Von Holz zu Ethanol: Alternative Kraftstoffe aus Holzresten

Die Einsparung fossiler Brennstoffe ist nicht nur nach der durch den Ukrainekrieg ausgelösten Energiekrise ein Thema. Mittelfristig wird es nötig sein, möglich diversifizierte Quellen für Energie zu nutzen. Ein möglicher Faktor könnten Kraftstoffe aus biologischen Quellen sein – zumindest so lange wir noch auf traditionelle Kraftstoffe angewiesen sind. Forscher:innen haben nun eine neue, effiziente Methode entwickelt, um Ethanol-Kraftstoff aus Abfällen zu gewinnen, die in der Forstwirtschaft anfallen. Neben Holzresten wird für die Synthese auch Wasserstoff aus Elektrolyse verwendet. Die Ausbeute liegt dabei deutlich über gängigen Verfahren zur Produktion von Ethanol.

Ethanol als Übergangslösung

Fossile Kraftstoffe sind im Verkehrssektor noch unverzichtbar. Dies bekommen Verbraucher derzeit besonders deutlich zu spüren – man schaue nur auf die hohen Kraftstoffpreise. Im Zuge des Klimaschutzes und der Bemühungen, Abhängigkeiten im Energiesektor zu verringern, wird derzeit eine Umstellung auf alternative Antriebe forciert, allen voran der Elektroantrieb. Um möglichst zeitnah Veränderungen zu ermöglichen, sind Übergangslösungen gefragt. Eine solche Übergangslösung können synthetische Kraftstoffe sein. Ein solcher alternativer Kraftstoff ist Ethanol, der sowohl fossilen Kraftstoffen beigemischt werden als auch als ED95 im Schwerlastverkehr Dieselkraftstoff ersetzen.

Ethanol wird in der Regel durch die Fermentation von Zuckern aus stärkehaltigen Rohstoffen wie etwa Mais oder aus Biomasse wie Holz oder Stroh hergestellt. Um eine möglichst gute CO2-Bilanz der Kraftstoffe zu erreichen, sollte die verwendete Biomasse aus Abfällen stammen. Der gesonderte Anbau von Energiepflanzen ist eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und erhöht zudem die CO2-Bilanz der Kraftstoffe.

Synthesegas für Ethanol

Ein Team rund im Kristian Melin von der Technischen Universität Lappeenranta-Lahti (LUT) in Finnland hat in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München nach Verfahren gesucht, mit denen Abfälle aus der Forstwirtschaft so effizient wie möglich zur Produktion von Ethanol für Kraftstoffe verwendet werden können. In dem von den Wissenschaftler:innen entwickelten Verfahren wird aus den Holzresten zunächst ein Synthesegas gewonnen, aus dem dann chemisch Methanol hergestellt werden kann. Dieses Methanol wird dann in Essigsäure umgewandelt, aus der dann unter Einleitung von Wasserstoff Ethanol gewonnen werden kann.

„ Der Gesamtprozess besteht überwiegend aus technisch ausgereiften Teilprozessen. Die Zusammensetzung der Prozessschritte und der finale Schritt, die Hydrierung von Essigsäure zur Ethanolgewinnung, sind allerdings neu„, erläutert Daniel Klüh von der TU München. Der benötigte Wasserstoff stammt aus einer Elektrolyse, einem unter Verwendung erneuerbarer Energien umweltfreundlichen Verfahren.

Verfahren ist besonders effizient

Auf Basis erster Tests konnten die Forscher:innen errechnen, dass das entwickelte Verfahren nicht teurer ist als gängige Varianten, jedoch eine erheblich bessere Ausbeute im Vergleich zu auf Fermentation basierenden Verfahren hat. Eine Tonne trockener Biomasse kann mit dem Verfahren zu 1350 – 1410 Litern Ethanol umgesetzt werden. Bei fermentationsbasierten Prozessen sind es dagegen nur 200 – 300 Liter.

In Gegenden, in denen große Mengen Holzreste anfallen, kann dieses Verfahren besonders sinnvoll eingesetzt werden. „Länder mit einem hohen Restholzpotenzial und grünem Strom, zum Beispiel Finnland oder auch Kanada, können als Produzenten von Essigsäure dienen, die im letzten Prozessschritt hydriert wird, um Ethanol zu gewinnen. Länder wie Deutschland haben dafür in Zukunft hoffentlich einen grünen Strommix und können im eigenen Land die Hydrierung der Essigsäure zu Ethanol durchführen. Allerdings hat Deutschland nicht das Restholzpotential für eine großskalige Biomassevergasung zur Synthese von Essigsäure„, so die Forscher:innen.

In Zukunft planen die Wissenschaftler:innen die Entwicklung weiterer Katalysatoren, ein Reaktordesign sowie den Betrieb einer Pilotanlage.

via TUM