Nutzung der Bioenergie in Deutschland heute und morgen. Kamm-20.11.06-1.pdf · Fachgespräch...

Fachgesprch Bioenergie in Deutschland, Chancen und Perspektiven, CDU/CSU Fraktion im Deutschen Bundestag, 20.11.2006

Nutzung der Bioenergie in Deutschland heute und morgen

presented by:Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit KammForschungsinstitut biopos, Teltow-Seehof und Brandenburgische Technische Universitt Cottbus 1


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Inhalt:1 Einleitung (Background)1.1 Ziele Biomasse-Technologien in den USA1.2 Ziele der EU und Deutschland bei Nutzung der Bioenergie2 Was ist eine Bioraffinerie ?3 Kurzer berblick ber internationale Bioraffinerie-Systeme4 Bioraffinerie Anlagen und Produkte (Beispiele)4.1 PLA-Anlagen und Produkte in den USA und Japan4.2 Ethanol-oriented LCF-Biorefinery in Island5 Zusammenfassung und Ausblick in Deutschland

presented by:Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit Kammbiopos, Teltow-Seehof und Brandenburgische Technische Universitt Cottbus

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1. Einleitung / Background Vision 2030

Etablierung einer Nachhaltigen Biobasierten Industrie als Grundlage moderner und stabiler Lebens- und Erwerbsmglichkeiten

Produkte und MarktLand- und Forstwirtschaft Industrie

AgroIndustrie

Nationale Ziele bei Biomasse Technologien in den USA Biomass Technical Advisory Committee (U.S.A.)*, [ ]

Jahr 2002 2010 2020 2030

Bioenergie aus BiomasseBiomasse Anteil bei Elektrizitt & Wrme

2.8 %(2.7 quads)

4 %(3.2 quads)

5 %(4.0 quads)

5 %(5.0

quads)

BiokraftstoffeBiomasse Anteil bei Kraftstoffen

0.5 %(0.15

quads)

4 %(1.3 quads)

10 %(4.0 quads)

20 %(9.5

quads)

Biobasierte ProdukteAnteil an biobasierten Chemikalien und Materialien

5 % 12 % 18 % 25 %

quads: 1 quad = 1 quadrillion BTU = 1 german billiarde BTU(BTU = British Thermal Unit ; 1 BTU = 0,252 kcal, 1KW = 3413 BTU, 1kcal = 4,186 kJ)

* A group from industry, academia, non-profits, the agriculture and forestry sectors:(among other things) Dow Chemical; E.I. du Pont; Cargill Dow; Cargill, Genencor Inc.;

National Corn Growers Assoc.; Natural Resources Defense Council .. (oct. 2002)

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Ziele der EU und Deutschland beim Einsatz von erneuerbaren Rohstoffen und Energien [ ]

Jahr 2002 2005 2010 2020 - 2050

Bioenergie [2]Anteil von Windkraft, Fotovoltaik, Biomasse und Geothermie bei Elektrizitt & Wrme

7,5 % - 12,5 % 26% (2030) [3]58% (2050)

Biokraftstoffe [1]Biomasse Anteil bei Kraftstoffen (Otto- und Dieselkraftstoffe)

1,4 % 2,8 % 5,75% 20% (2020) [4]

Biologisch (bio)basierteProdukteAnteil an biobasierten Chemikalien

7 -9% ? ? ?

Im Bereich der Biologisch Basierte Produkte (Biobasierte Produkte) Dritte Sule gibt es in der Europischen Union derzeit noch keine Richtlinie. Nach den Direktiven fr Bioenergie und Biokraftstoffe steht eine solche Richtlinie politisch auf der Tagesordnung. In Deutschland: Deutscher Bundestag, Drucksache 154943, 23.02.2005

5

[ 1] European Parliament and the Council; On the promotion of the use of biofuels, Directive 2003/30/EC, 08 May 2003 .

[ 2] Gesetz fr den Vorrang Erneuerbarer Energien [Erneuerbare Energiegesetz (EEG)], EEG/EnWGuandG. (29. Mrz 2000), BGBl I 2000, 305

[ 3] Nitsch u.a.: Klimaschutz durch Nutzung erneuerbarer Energien, UBA-Berichte 2/2000

[ 4] The European Parliament and Council; Green Paper "Towards a European strategy for the security of energy supply" KOM2002/321 26.06.2002

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1. Einleitung /BackgroundBioraffinerien und Biobasierte Industrielle Produkte

27%

10%

8%

55%

Erdl

Erdgas

Kohle

NachwachsendeRohstoffe

Ausgangssituation

Der Erhalt und die Bewirtschaftung der Ressourcen ist wesentlich fr Nachhaltige Entwicklung.

Ein nachhaltiges Wachstum erfordert sichere Rohstoffressourcen fr Industrielle Produktion.

Es mssen Lsungen gesucht werden, den Verbrauch an fossilen Ressourcen (Erdl, Erdgas Kohle, Mineralien) zu Reduzieren.

Ausgangssituation

Der Erhalt und die Bewirtschaftung der Ressourcen ist wesentlich fr Nachhaltige Entwicklung.

Ein nachhaltiges Wachstum erfordert sichere Rohstoffressourcen fr Industrielle Produktion.

Es mssen Lsungen gesucht werden, den Verbrauch an fossilen Ressourcen (Erdl, Erdgas Kohle, Mineralien) zu Reduzieren.

Rohstoffeinsatz in der Chemischen Industrie

(Gesamtweltverbrauch: 245 Mill. t, 2000)

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1. Einleitung / Background Bioraffinerien und Biobasierte Industrielle Produkte

Lsungsanstze

Umsetzung, eines Drei-Sulen-Konzeptes aus: BioEnergie BioKraftstoffe Biobasierte Produkteunter dem Dach einer Biobasierten Wirtschaft

Fr die Stoffwirtschaft (Materialien und Produkte ) gibt es nur die Alternative der Substitution fossiler Rohstoffe durch biologische Rohstoffe.

Drei-Sulenmodell einer zuknftigen Biobasierten Wirtschaft

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Nutzung der Bioenergie heute und morgen

Biorefining oder Bioraffinationist letztendlich nicht anderes als die bertragungvon Effizienz und Logik der fossil-basierten Chemischen und Stoffwandelnden Industrie und Produktion von Energie auf die Biomasse.

Kamm, B.; Gruber, P. R.; Kamm, M.; Biorefineries- Industrial Processes and Products: Ullmanns Encyclopdia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2006

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2. Was ist eine Bioraffinerie?

Eine Bioraffinerie ist ein komplexes und integriertes System von Prozessen und Anlagen in welchem Biomasse in eine Vielzahl von Produkten umgewandelt wird.

Bioraffinerie ist dem Konzept einer petrochemischen Raffinerieangelehnt.

Bioraffinerien vereinen die Technologien zwischen den biogenen Rohstoffen und industriellen Zwischen- und Finalprodukten.

Eine Bioraffinerie ist ein komplexes und integriertes System von Prozessen und Anlagen in welchem Biomasse in eine Vielzahl von Produkten umgewandelt wird.

Bioraffinerie ist dem Konzept einer petrochemischen Raffinerieangelehnt.

Bioraffinerien vereinen die Technologien zwischen den biogenen Rohstoffen und industriellen Zwischen- und Finalprodukten.

Erdl Biomasse

Chemie

Kraftstoffe und Energie

Raffinerie Bioraffinerie

Kraftstoffe und Energie- Bioethanol- Biodiesel- Biogas

Stoffliche Verwertung,Chemie- Basis- und Feinchemikalien- Biopolymere/Kunststoffe

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Technologie und Produkte (Beispiele)

Furfural

Zucker

Proteine

Lignin

Lysin

Gehusekunststoffe auf Basis von Lignin

Strke

Klebstoffe

Superabsorber auf Strkebasis

Schaumstoffe Polyurethane

LCF-Bioraffinerie

SP-Bioraffinerie

Grne Bioraffinerie

Chemie

Kraftstoffe und Additive

Ethanol

Milchsure

Lvulinsure

Ethylen

VerpackungenFolien

NylonBekleidung

SP - StrkepflanzenLCF - Lignocellulose Feedstock

http://www.henkel.de/int_henkel/adhesives_de/channels/ac_channel_text_teaser.cfm?Page=info_pritt_stifthttp://www.presseportal.de/story.htx?nr=636551&action=bigpic&att=36216&firmaid=6955&keygroup=bildhttp://194.112.102.109/scripts/Redirect.php?fid=29&url=http%3A%2F%2Fwww.neckermann.de%2Fextern%2Fkaufguide%2Fgodb.mb1%3Fp_id%3D10069391%26nav_id%3D10009076%26partner%3D%2A&mrd=41&oid=41de10069391&prc=EUR14.50&qry=wendejackehttp://194.112.102.109/scripts/Redirect.php?fid=29&url=http%3A%2F%2Fwww.neckermann.de%2Fextern%2Fkaufguide%2Fgodb.mb1%3Fp_id%3D10069391%26nav_id%3D10009076%26partner%3D%2A&mrd=41&oid=41de10069391&prc=EUR14.50&qry=wendejackehttp://194.112.102.109/scripts/Redirect.php?fid=29&url=http%3A%2F%2Fwww.neckermann.de%2Fextern%2Fkaufguide%2Fgodb.mb1%3Fp_id%3D10069391%26nav_id%3D10009076%26partner%3D%2A&mrd=41&oid=41de10069391&prc=EUR14.50&qry=wendejackehttp://www.neckermann.de/produkt/produkt_detail.mb1?mb_f020_id=7IY2CSRpjS_jDDLLHQjD9&produkt_id=10101517&nav_id=10009077&suchparam=4bb432b4aa2eb632b3524acbcc29492d52b24e0489645a19401860a9f4a2d2828254256b30c7d0c0d8ccd848c9bab6b61600&wmnr=84&nummer=2&mb_v301_s=1&mb_v301_ch=d5690

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3. Internationale Bioraffinerie-Systeme

Gegenwrtig werden in Forschung, Entwicklung und Praxis vierSysteme stark forciert:

1) Die LCF-BIORAFFINERIE Lignocellulose Feedstock Biorefinery(Rohstoffe: naturtrockene Biomasse, cellulosehaltige Biomassen und Abflle).

2) Die GETREIDE-BIORAFFINERIE Cereale-Biorefinery /Corn-Refinery(Rohstoffe: Getreide-Ganzpflanzen, z.B. Triticeen; Strkepflanzen, z.B. Mais). Auch: Ganzpflanzen Raffinerie, Trocken- und Nassverfahren

3) Die GRNE BIORAFFINERIE Green Biorefinery(Rohstoffe: naturfeuchte Biomassen, grnes Gras, Luzerne,Klee, unreifes Getreide).

4) Das Zwei-Plattform Konzept - Biorefinery two platforms concept

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Lignocellulose Feedstock Bioraffinerie

Die Generalgleichung der LCF-Biorefinery lautet wie folgt:

Lignocellulose + H2O Lignin + Cellulose + HemicelluloseHemicellulose + H2O Xylose

Xylose (C5H10O5) + saurer Katalysator Furfural (C5H4O2) +3H20Cellulose (C6H10O5) +H2O Glucose (C6H12O6)

Die LCF-BIORAFFINERIE Lignocellulose Feedstock Biorefinery

Rohstoffe: naturtrockene Biomasse, Holz, Stroh, cellulose- und ligno-cellulosehaltige Biomassen und Abflle.

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Cellulosebiotech-chemisch

Kraftstoffe,Chemikalien,Materialien

LigninRohstoff

Hemicellulosebiotech-chemisch

Ligninchemisch

LignocelluloseBiomasse

(LCF)

ZuckerRohstoff

Kraft-Wrme-Kopplung

Rckstnde

Vorteile:bercksichtigt den Erhalt von der Natur vorgeprgten Strukturen und Strukturelementen, Erhaltder Heteroatome, billiger Rohsstoff, groe Produktvielfalt, ausgeprgt stammbaumfhigeRaffinerie

Nachteile:noch Entwicklungsbedarf: z.B. Ligninverwertung, saubere PrimrRaffination zu Cellulose, Hemicellulose, Lignin

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Lignocellulose Feedstock Bioraffinerie (LCF-Bioraffinerie)

Lignocellulose Feedstock (LCF, LC-Rohstoff)z.B. Getreide (Stroh, Spreu); Lignocellulose Biomasse (Grser, Schilf, Schilfgras u.a.);

Forst-Biomasse (Unterholz, Holz); Papier- und Cellulosehaltige Kommunale Abflle

Lignocellulose (LC)

LigninPhenol-Polymer

HemicellulosePentosane, Hexosane

CelluloseGlucose-Polymer

Xylose(Pentose)

XylitZuckeraustauschstoff

PflanzengummiVerdickungsmittel, Klebstoffe,

Schutzkolloide und Emulgatoren, Stabilisatoren

Natur Kleber& Bindemittel

Sub-bituminseKohle

SchwefelfreierFestbrennstoff

Furfural

Glucose(Hexose)HMF

(5-Hydroxymethyl-furfural)

Lvulinsure

Cellulose-Applikationen

Fermentations-Produkte Brennstoffez.B. Ethanol, Organ. Surenz.B. Milchsure, LsungsmittelAceton, Butanol

Nylon 6 Nylon 6,6

Weichmacher &Lsungsmittel

Chemieprodukte &Polymere

Schmierstoffe

Furanharze

Chemieprodukte

HydrolyseHydrolyse(E/C)

ChemieproduktePhenole u.a.

Zusammensetzung

Getreidestroh %

Cellulose 38-40

Hexosen 2-5

Pentosen 17-25

Lignin 6-21

ZusammensetzungLaubholz %

Cellulose 30-43

Hexosen 2-5

Pentosen 17-25

Lignin 20-25

Beispiel - Anlagenkapazitt: RM/Lignocellulosehaltiger Rohstoffmix, Optimum: 4.360 t/day Hauptprodukte: 47.5 Mio gallons Ethanol ($1.25) und 323 Tt Furfural ($0.32/pound) im Jahr; Jobs: 6.095 (ohne Bau); Erstellungskosten (Bau): $ 455 Mio,

van Dyne et al., Perspectives of new crops and uses. ASHS Press, 1999, USA

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Getreide-/Ganzpflanzen Bioraffinerie

Die GETREIDE-BIORAFFINERIECereale-Biorefinery, Corn-Refinery

Rohstoffe: Getreide-Ganzpflanzen, Strkepflanzenz.B. Triticeen-Gruppe, Mais

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Getreide-/Ganzpflanzen Bioraffinerie

Kornbiotech-chemischphysiko-chemisch


LignocelluloseRohstoff

Mehlphysiko-chemisch

Strohbiotech.-chemisch

GanzpflanzeGetreide

Trockenmhle

StrkelinieZucker

Rohstoff

Kraft-Wrme-Kopplung

Rckstnde

Vorteile:bercksichtigt den Erhalt von der Natur vorgeprgten Strukturen und Strukturelementen (Strke, Cellulose), Erhalt der Heteroatome, eingefahrene Basistechnologie und Verarbeitungslinien.

Nachteile:basiert im Wesentlichen auf Ackerfrchte, d.h. hohe Rohstoffkosten.

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Getreide-Bioraffinerie (Trockenmhle)

GETREIDE

STROH

STRKEAufschluss-verfahren

Syn

gas

Druck-vergasung

Acker

KORN MEHLMahlung

VerbrennungVerstromung

Energie

CEL

LULO

SE

LIG

NIN

HEM

ICEL

LULO

SE

Extrusion

VerkleisterungAufschluss

Plastifizierung

Biotechnol.Konversion

Chem.Konversion /Modifizierung

Ver

este

rung

Ver

ethe

rung

GLUCOSE

Bindemittel(Brikettierung)

Kleber, Fllstoff

ZementBauindustrie

ThermoplasteBioplaste

Co-/Misch-PolymerisatePE/PP/PS/Strke

Acetat-strken

Carboxy-methylstrke

Red

. Am

inie

rung

Fermentation

Ethanol

Met

hano

l

Hyd

r. S

paltu

ngS

orbi

tol,

Gly

cerin

, P

ropy

leng

lyco

l

PH

BP

olyh

ydro

xybu

tters

ure

Glu

coam

ine

Direktverwertung

CoextrusionCopolymeris.

Milchsure

enzym. Hydrolyse

saure Hydrolyse

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Die Grne Bioraffinerie

Die GRNE BIORAFFINERIE Green Biorefinery

Rohstoffe: naturfeuchte Biomassen,grnes Gras, Luzerne, Klee, unreifes Getreide, wssrige Biomasseabflle

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Press-Saftbiochemisch

biotech-physikalisch

Press-Kuchenhydrothermisch

enzymatischthermochemisch

Futter,Kraftstoffe,

Chemikalien,Materialien

CelluloseLignocellulose

BiogasKraft-Wrme-

Kopplung

Rckstnde

Rckstnde

Proteine Lsl. Zucker

GrneBiomasse

Presse

Aktivitten:z.B. in Deutschland, Dnemark, sterreich, Frankreich

Vorteile:groer Biomasse-Ertrag/ha, gute Kopplung mit Agroproduktion, gutes biotech-chemischesPotential, simple Basistechnologien

Nachteile:schnelle Primrverarbeitung oder zu kontrollierende, da rohstoffverndernde Lagerung (Silage),

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Grngut -TrockenwerkNafraktionierung/ Presse

Biomasse-Heiz- & Kraftwerk

Grne Pellets, Futter

Cellulose-Rohstoff

Chemie-Rohstoffe( Lvulinsure u.a.)

Festbrennstoffe

SeparatorTrenn-

verfahren

Proteine, Feststoffe

Enzyme

Kohlenhydrate

Geschmacksstoffe

Farbstoffe

Fermentation

Milchsure, Lactate

Aminosuren

Proteine (SCP)

Enzyme

Organische Suren

Ethanol

Biogas

Energie

Wrme, Strom

Stroh, Weidenholz, Biogas

Dnger

Vor-behandlung

Korn u./o. Stroh

Kartoffeln u./o. Saft

Melasse

Getreide, Ganzpfl.

StrohFasern, Cellulose

SAFTGras, Luzerne, Blattwerk, Kraut u.a.

Fll- & Dmmstoffe

Press-Kuchen

Press-Saft

Ein System Grne Bioraffinerie gekoppelt an ein Grngut-Trockenwerk. Konzept der Havelland-Bioaffinerie, Selbelang, Brandenburg.

Grngut-Trockenwerk Selbelang (Havelland)

Vorhaben: Bau eines PrototypsPrimrBioRaffinerie SelbelangAnlagenkapazitt: 1 .Stufe: 8.000 t TM (8 M/J), Grngut: Luzerne, WM-GrasPrimrRaffineriestufen: Pellets, Chlorophyll, Prenacell-Faser, Milchsure (Andocklinie), Proteine, Biogas-KWK-Kopplung;Invest-Kosten: Euro 5 Mio Kamm, Kiel et al., 1996-2001

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Bioraffinerie Zwei-Plattform-Konzept

Das Zwei-Plattform Konzept - Biorefinery two platforms concept

Zucker Plattformbiochemisch

Syngas Plattformthermochemisch


konditioniertesGas

Kraft-Wrme-Kopplung

Rckstnde

Reines Gas

ZuckerRohstoff

Biomasse

Vorteile:bercksichtigt Energie, Kraftstoffe und biobasierte Produkte, wenige grotechnische Basistechnologien ntig

Nachteile:Sieht die Prkursoren Lignin (z.T. 30%), Proteine (z.T. 20%) und le nur als thermische/ thermochemische Ressource, Hochtemperaturtechnologie(Bestimmte Basischemikalien wie Furfural, Lvulinsure, HMF u.a. haben nur indirekt Zugang im Konzept )

z.B. NREL, National Renewable Research Energy Laboratory, USA

Internationale Bioraffinerie-Systeme

4. Bioraffinerie Anlagen und Produkte (Beispiele)

presented by:Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit Kammbiopos, Teltow-Seehof und Brandenburgische Technische Universitt Cottbus 22

Example for an existing Industrial Biorefinery

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NatureWorks LLC (former Cargill Dow) Polylactide Polymer (PLA) Plant

PLA & Lactide Plant; Blair, NERTO: November 2001300 MM Lbs. PLA Capacity

Lactic Acid Plant; Blair, NE, USARTO: January 2003400 MM Lbs. Lactic Acid Capacity

PLA (biobased Polymer) for Materials- Packaging, Foils, Fibers andothers

BiotechnologyChemistry

Material processing

Maize (Corn) as Raw MaterialPLA Plant is combined wit a Cargill Starch Plant

Agriculture

MM Lbs = Million Metric Pounds Pictures: by courtesy of NatureWorks LLC

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Volume-Price Curve for Various Plastics

Nylon 6Nylon 66

PVCPP

HDPE

LDPE

PS

PET

PCABS0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

16,000

$0.25 $0.45 $0.65 $0.85 $1.05 $1.25 $1.45 $1.65

Price

Volu

me

(mill

ion

lbs)

Source: SRI Chemical Economics Handbook for the U.S. Market 2000/2001 volumes, 2003 pricing

Low PLA prices are required to achieve large volume

Polymer Volume Increases as Price is Reduced

NatureWorks PLA, 2003

Fossil Energy Use in Common Plastics

142

91 87 77 76

731

92

020406080

100120140160

Nylon

66 HIPS

Cello

phan

e*GP

PS PPPE

T amo

rph.

PLA

Now

PLA

future

MJ

/ kg

Sources: Glassner, D.; NatureWorks LLC, 2005 25

PLA-based Products - some Examples from USA

26

NatureWorks PLA brand name for

packaging made from PLA resin

Ingeo fiber brand name given to

fiber made from NatureWorks PLA

Sources: Glassner, D.; NatureWorks LLC, 2005

PLA-based Products - some Examples from USA

27

Fortei

Prof. B. Kamm, 605. DECHEMA-Kolloquium

28

PLA-based Products - some Examples from Japan

Types of Feedstocks

Grains(such as corn)

LC-Biomass(Lignocelluloses)

Softwoods GrassesHardwoods

Crop residues (e.g., corn stover, cereal straw, sugar cane

bagasse, etc.)

Future Vision for PLA production

29Sources: Glassner, D.; NatureWorks LLC, 2005

Future Vision for PLA production

45%5%

25%25%

Lignin

OtherCellulose

(Chains of sugar)

Hemicellulose(Chains of sugar)

(Young clean coal)

Biomass Composition

The whole plant-based (botanical) biomass consists of approx. 70% carbohydrates!

Biobased Carbohydrates Economy30

31

Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie Technologieentwicklung und Umsetzung

LCF Bioraffinerie Pilotanlage

Die Die IcelandicIcelandic ethanolethanol--orientedoriented biorefinery biorefinery Rohstoff: Islndische lignocellulosehaltige BiomasseRohstoff: Islndische lignocellulosehaltige Biomasse

Modellprojekt Modellprojekt -- Pilotanlage Pilotanlage 20.000 t Lignocellulose/Jahr20.000 t Lignocellulose/Jahr

32


Hemicellulosen(HCl 32%ig)


Cellulose (HCl 42%ig)

Lignin(fester Reststoff)

LignocelluloseBiomasse

(LCF)

Kraft-Wrme-Kopplung

Abbildung: Grobschema einer Lignocellulose Bioraffinerie (Salzsure-Hydrolyse)

33



Die Icelandic ethanol-oriented biorefinery auf Lignocellulosebasis

Islndische Bioraffinerie Region I: Sd-Island, Selfoss-Sklholt-Fldir

34



Islndische lignocellulosehaltige Biomasse - Region Sdisland

Nootka Lupine (Stroh)aus Landschaftspflege3-5 t/ha (TS)Potenzial: 100.000 ha in Sdisland

Heuaus Landschaftspflegeand Landwirtschaft8-10 t /ha (TS) in S-Island

Gerste (Stroh)aus der Landwirtschaft6-10 t/ha (TS) Ganzpflanze~ 50% Stroh

RALA, The Agricultural Research Institute, Keldnaholti, Reykjavk, Iceland

35


Regional Farmers Biomass Producer

Barley, Hey, Lupine Vegetables Producer

Salad, Tomato, a.o. Animal husbandry

Sheep, CattleEnergy

Regional SourcesGeothermal Heat

InhabitantsRegional Jobs

TourismEducational Leave

Hotel Sector

Ethanol

Proteins

Carbon dioxide

Icelandic BiorefineryBiomass Conversion Mill

Biobased Products FactoryChemical/Enzymatic Hydrolysis

Conversion, Fermentation, DistillationSeparation, Packaging, Storage

Fertilizer

Fuel IndustryChemical and

Producing Industry

Carbon dioxideProteins, Yeast

FertilizerCarbon dioxide

Proteins

Biomass

Lignin

Model of the Icelandic ethanol-oriented biorefinery based on lignocelluloses

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Die Icelandic ethanol-oriented biorefinery (Pilotanlage) - Eckdaten

Menge / Preis Bemerkungen

Betreiber

Icelandic Biomass Company Sitz : Reykjavik, IS

Rohstoff

Lignocellulose Biomasse (Mix) 20.000 t/Jahr

1,25 /t

7 Mio l/Jahr

12 Mio

Lupine Stroh, Gerstenstroh, Heu

Haupttechnologie

Saure Hydrolyse zu Zucker, Fermentation zu Ethanol

modifizierter Bergius/Rheinau Prozessbiorefinery.de GmbH Technologien

Hauptprozessenergie

Geo-thermischer Dampf Dampf: 170C /7 bar

Standort der Anlage

Greenhouse Region, Nhe Fldir Sd-Island

Hauptprodukte (Phase I)

Ethanol fr E10 Kraftstoff 0,46 /l

Kosten Inkl. F&E 14 Mio

37


Die Icelandic ethanol-oriented biorefinery Hauptprozessmodule

38


Vorteile einer Ethanolproduktion

Ethanol ist nicht nur ein Kraftstoff, sondern auch eine Basischemikalie fr eine Vielzahl von Lsungsmitteln, Produkten und Materialien.

Ethanol Solvents

Fuels

Fuel additive

Mobile Process

Steam cracker

Synthetic Naphtha

Esterification DehydratingOxidation

Keton synthesis

Ether formation

LebedewProcess

Acetaldehyde

Butadiene Acetic acid

Ethene

Acetic anhydride

Vinyl acetate

PolymersRubber

Diethyl ether

Acetone

Ethyl lactate

Ethyl levulinate

other

EthenePropyleneC4-cutBenzineCrack gasAromatics

39


Die Icelandic Ethanol-oriented biorefinery Zusammenfassung

Die Icelandic Ethanol-oriented Biorefinery (Pilot Anlage) wird7 Mio. Liter Ethanol/Jahr effizient produzieren.

7 Mio. l Ethanol (100%) entsprechen 70 Mio. l E10 Kraftstoff.E10 Kraftstoff ist ein Ottokraftstoff mit 10% Ethanol.

Jeder Islnder knnte also 233 Liter E10 Kraftstoff im Jahr tanken.

40

Die Icelandic Ethanol-oriented biorefinery Zusammenfassung

Warum ist eine solche (small scale) ethanolorientierte LCF-Bioraffinerie profitabel?- Forschung und Entwicklung wurde gefrdert durch die European Commission (BESUB project) und der Islndischen Regierung.

- Island hat einen effizienten und low price non-fossil Energiemarkt (geo-thermische Energie). Dadurch werden auch energieintensivere Prozesses (z.B. Surerckgewinnung) konomisch und umweltfreundlich.

- Private Betreiber, Finanzwesen and Regierung arbeiten zusammen.- Ein wirtschaftlicher Rohstoff- and Produktmarkt konnte organisiert werden (ohne Subvention).



Zusammenfassung

Regionale kleine und mittlere Bioraffinerien knnen auch in Regionen ohne geo-thermische Energie profitabel sein.

Fr die notwendige Prozessenergie kann genutzt werden:

Die Lignin Fraktion, ca. 30% in LignocelluoseDie Heizwerte von Ligninen liegen zwischen 13 MJ/kg und 19 MJ/kg (TS) (Holz: 18 MJ/kg, Heizl: 30-35 MJ/kg).

Biogas und effiziente Kraft-Wrme-Kopplung: Wrme and Elektrizitt.

41

Nutzung der Bioenergie in Deutschlandheute und morgen

Internationale Bioraffinerie-Systeme

5. Zusammenfassung und Ausblick in Deutschland und EU

Potenziale/Akteure- BioVision 2030 Group (Dow, FHG-ICT, biorefinery.de, biopos u.a.),- Bioraffinierie-Verbund Mitte-Ost(Inno Regio, Innovative Wachstumskerne des BMBF),

- DECHEMA- Arbeitskreis LCF-Bioraffinerie,- Osnabrcker Gesprchskreis der DBU zwischen Forschung und Industrie

presented by:Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit Kammbiopos, Teltow-Seehof und Brandenburgische Technische Universitt Cottbus 42

Outlook: Biobased Economy in Germany (one Example only by Straw)

German fossil-basedChemical Industry German Agriculture

equivalent to ~ 50 Mio tons onavailable Straw per year

1 ton Straw is equivalent to 280 kg Ethanol

14 Mio tons Ethanol

produced 5 Mio tonsEthylene per year

Basic Chemical for Polymers

8,5 Mio tons Ethanol

for Ethylene

marketed 25 Mio tonsGasoline per year

~ 33.8 Mio m3

Fossil-basedFuel Industry in Germany

5,5 Mio tons Ethanol

6,97 Mio m3for Fuels a.o.

for E10 Gasoline(based on 25 Mio tons)needed ~ 3,38 Mio m3

Spill-over Ethanol~ 3,59 Mio m3

for other ApplicationsE85 Gasoline, Chemistry

BiobasedEconomy

produced approx. 50 Mio tonsCereals (Grain for Food) per year

E10 Gasoline is normal Gasoline (Otto Petrol) with 10% Ethanol 43


Kontakt:

Prof. Dr. Birgit KammFI biopos e.V. und BTU CottbusForschungsstandort Teltow-SeehofKantstrae 55, D-14513 TeltowFon: 03328-3322-10 Fax: 03328-3322-11Email: [email protected]: www.biopos.de, www.biorefinica.de

44

45

Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit

Potsdam Schloss Babelsberg

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