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Treibstoffherstellung Mikroreaktor Biodiesel aus Altspeisefetten

Autor / Redakteur: Franz-Georg Elpers / Carina Schipper

Frische Pflanzenöle dienen als Grundlage für die Herstellung von Biodiesel. Dies geschieht unter Einsatz eines Katalysators, der nach der Umesterung aufwändig abgetrennt werden muss. Frische Pflanzenöle als Rohstoff stehen wegen ihrer Konkurrenz zur Lebensmittelherstellung in der Kritik. Forscher der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) entwickeln ein neues Verfahren auf Basis von Altspeisefett.

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Frische Pflanzenöle als Rohstoff, wie beispielsweise aus Soja oder Raps, sind wegen ihrer Konkurrenz zur Lebensmittelherstellung umstritten.
Frische Pflanzenöle als Rohstoff, wie beispielsweise aus Soja oder Raps, sind wegen ihrer Konkurrenz zur Lebensmittelherstellung umstritten.
(Bild: United Soybean Board, CC BY 2.0, flickr.com)

Die Anforderungen an die Verarbeitung dieses Rohstoffes sind groß, da er Verunreinigungen und freie Fettsäuren enthält, die die Umesterung erschweren. Im neuen Verfahren wollen die Wissenschaftler überkritisches Methanol in einem Mikroreaktor verwenden. Das Verfahren soll ohne Katalysator auskommen und ein Endprodukt von so guter Qualität liefern, dass aufwändige Reinigungsschritte nicht mehr nötig sind. Dazu sollen Methanol im überkritischen Zustand eingesetzt und gleichzeitig mikrostrukturierte Reaktoren verwendet werden. Die Verwendung von überkritischem Methanol, das bei Temperaturen von 250 bis 350° C und Drücken von 80 bis 400 bar realisiert wird, erfordert druckstabile Reaktoren wie beispielsweise die Mikroreaktoren des Forschungspartners, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Ferner bieten die Mikroreaktoren den Vorteil, durch ihr sehr großes Oberflächen-Volumen-Verhältnis hohe Wärmeleistungen rasch transportieren zu können. Das KIT bereitet zunächst eine Versuchsanlage vor, um Untersuchungen mit überkritischem Methanol in Mikroreaktoren durchzuführen. Die Projektverantwortlichen planen laserbasierte Verfahren, um innerhalb eines Mikrokanals die chemische Reaktion in-situ beobachten zu können. Dieser Versuchsanlage soll das Verfahren erproben und verbessern.

In einem zweiten Schritt sehen DBU und KIT die Verfahrensentwicklung sowie die Auslegung des Mehrkanal-Mikroreaktors und die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung vor. Ein erfolgreiches Projekts brächte folgende Vorteile mit sich:

  • Das Verfahren ermöglicht breiten Rohstoffeinsatz von Altspeisefetten mit hohem Gehalt an freien Fettsäuren.
  • Der Katalysator entfällt (und damit auch der Umgang mit einem Gefahrstoff).
  • Der Prozesswassereinsatz sinkt.
  • Der Anfall an minderwertigen Nebenprodukten und Seifen fällt weg beziehungsweise verringert sich.
  • Die Anzahl der Prozessschritte bei der Umesterung reduziert sich deutlich.
  • Die Verwendung der Mikroreaktoren erlaubt Wärmerückgewinnung und damit eine Erhöhung der Energieeffizienz.

Recycling unterstützt die Energiewende

Biokraftstoffe, wie Bioethanol oder Biodiesel, spielen eine wichtige Rolle beim Klimaschutz und bei der Energieversorgung, heißt es von der DBU. Durch ihre Verwendung sinkt die Abhängigkeit von immer knapper werdenden fossilen Rohstoffen. Mit der Erneuerbaren Energien Richtlinie der EU soll der Anteil der erneuerbaren Energien im Verkehrssektor bis zum Jahr 2020 auf 10 % ansteigen. Umweltvorteile liefert Biodiesel insbesondere dann, wenn der Rohstoff nicht frisches Pflanzenöl, sondern Altspeisefett ist. Dessen Verarbeitung zu Biodiesel erfordert aufgrund der recht inhomogenen Beschaffenheit und der Verunreinigungen eine besondere Prozessführung. Die heute etablierten Anlagen zur Herstellung von Biodiesel wurden ursprünglich überwiegend für die Verwendung von Rapsöl konzipiert und entwickelt. Altspeisefett, insbesondere jenes mit einem hohen Anteil an freien Fettsäuren, macht die Entwicklung neuer und effizienter Prozesse erforderlich. Biowerk Sohland GmbH ist jetzt schon in der Lage, Altspeisefett als Rohstoff zu verwenden – derzeit gewinnt das Unternehmen fast 80 % des Biodiesels aus Altspeisefett. Jedoch gelingt es nicht, Altspeiseöle mit sehr hohen Fettsäuregehalten oder anderen starken Verunreinigungen, wie Wasser und Feststoffen, energieeffizient und chemikalienarm zu verarbeiten. Aus Umweltgesichtspunkten sind aber gerade diese Rohstoffe von besonderem Interesse und versprechen ein besonders hohes Umweltentlastungspotenzial.

Bild: United Soybean Board, CC BY 2.0, flickr.com

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