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| Zur Einweihung der 1. Stufe der Biomass-to-Liquid-Pilotanlage des Forschungszentrums Karlsruhe (FZK), Herr Peter Paziorek: pdf |
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Der Herstellungsprozess erfolgt grob in drei Schritten.
Grundlage der Herstellung von Synfuel, zu dem auch BtL zu zählen ist, ist die Herstellung von Synthesegas (ein Gemisch aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2))
Als erstes wird Biomasse (vorwiegend Holz und Holzabfälle), die durch Prozessabwärme auf 15-20% Wassergehalt vorgetrocknet wurde, in einem Niedertemperaturvergaser zwischen 400°C und 500°C zu Biokoks (Holzkohle) und teerhaltigem Schwelgas, durch Teilverbrennung mit Sauerstoff (Verschwelung), vergast (Weiterentwicklung der Holzkohle und –gas Herstellung).
Als zweiter Schritt wird das Schwelgas in einen optimierten Flugstromvergaser mit Luft als Vergasungsmittel teiloxidiert.
C + 0,5 O2 => CO (ΔH: -110 kJ/mol)
Durch Brennstoffeinsatz und die durch Oxidation mit eingeleitetem Sauerstoff freiwerdende Wärme (exotherme Reaktion) wird das Schwelgas auf Temperaturen zwischen 1300°C und 1500°C erhitzt, welche über dem Ascheschmelzpunkt der eingesetzten Brennstoffe liegen. Diese hohen Temperaturen sind notwendig, damit die unerwünschte, langkettige Kohlewasserstoffverbindungen, wie Teer, zerfallen und sich am Ende dieses Prozesses ein Gas bildet, welches im Wesentlichen aus N2, CO, H2, CO2 und Wasserdampf besteht.
C + 0,5 O2 => CO (ΔH: -110 kJ/mol)
In den heißen Gasstrom aus der Brennkammer wird der abgekühlte und gemahlene Biokoks eingeblasen. Durch die energiebenötigende (endotherme) Reaktion mit Wasserdampf bei der Vergasung von Kohlenstoff wird die Gastemperatur sekundenschnell auf 800°C bis 900°C abgesenkt.
C + H2O => CO + H2 (ΔH: +131 kJ/mol)
C + CO2 <=> 2 CO (ΔH: +172,4 kJ/mol)
Dieses sogenannte „chemische Quenchen“ erhöht den Wirkungsgrad bei der Herstellung des teerfreien Rohgases. Das gewonnene Rohgas wird nun in verschiedenen Schritten gekühlt, entstaubt und in einer Gaswäsche von Chlor, Schwefel und anderen Schadstoffen gereinigt. Der Staub wird in die Brennkammer zurückgeführt und bildet mit denen in dem Koks enthaltenen anorganischen Stoffen eine Schlacke, die im Wasserbad abgeschreckt wird. Dadurch entsteht ein chemisch neutrales, glasartiges und wasserunlösliches Granulat, das für andere Zwecke genutzt werden kann, und Wasserdampf.
Im dritten Schritt wird in der Fischer-Tropsch-Synthese aus dem verdichteten und gereinigten aufbereiteten Rohgas (CO + H2) mit Hilfe eines Kobalt-Katalysators kettenförmige Kohlenwasserstoffe (Paraffine) gewonnen.
Die Fischer-Tropsch-Synthese ist eine Aufbaureaktion mit folgenden Schritten:
- Absorbtion des Kohlenmonoxids und Wasserstoffs an der Katalysatoroberfläche
- Beginn des Kettenwachstums mit Spaltung des Kohlenmonoxids und anschließender Addition des Wasserstoffs an Kohlenstoff und separat an Sauerstoff
- Kettenwachstum durch Anlagerung von weiterem Kohlenmonoxid und anschließender Wasserstoffsaddition
- Kettenabbruch und Desorption des Moleküls von der Katalysatoroberfläche
n CO + (2n+1) H2 => CnH2n+2 + n H2O
Das Fischer-Tropsch-Verfahren liefert aber Alkane niedriger Oktanzahlen, die anschließend einem Reforming-Prozeß (Upgrading) unterzogen werden müssen.
In diesem gewinnt man aus Alkanen und alicyclischen Kohlenwasserstoffen (Cyclopentan und Cyclohexan) durch Katalyse Benzin mit höherem Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen. In letzten Schritt entstandenes Wachs kann mit Hydrocracking auch in die gewünschten Kohlewasserstoffe umgewandelt werden. Hierzu muss aber eine große Menge Wasserstoff zugeführt werden.
Das flüssige Endprodukt ist Synfuel und kann als Diesel-, Kerosin- oder Benzinersatz verwendet werden.
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