VALORKON – Valorisierung von Kondensatströmen aus der Torrefizierung von Biomasse

Ausgangssituation

Heu, Stroh, Holz- und Pflanzenreste stellen in Deutschland mit über 100 000 GWh bzw. 370 PJ (Basisdaten Bioenergie Deutschland 2017, Fachverband Nachwachsende Rohstoffe e.V.) ein bisher nur unzureichend genutztes energetisches und stoffliches Potenzial dar. Bei einer direkten Verbrennung oder Torrefizierung nach dem Stand der Technik werden werthaltige organische Inhaltsstoffe wie Säuren (Essigsäure, Lävulinsäure, Ameisensäure), Furfurale oder aromatische Verbindungen (Phenol, Vanillin) jedoch nicht ganzheitlich im Sinne einer Bioraffinerie verwertet; die Wirtschaftlichkeit der energetischen Nutzung bleibt begrenzt.

Projektziel und Lösungsansatz

Mit VALORKON wird ein vollständig neues – fermentationsfreies – Bioraffinerie-Konzept für Biomasse aus land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen entwickelt. Hierbei kommt ein Verfahren zur Trocknung und Torrefizierung mit überhitztem Dampf (superheated steam, SHS) zur Anwendung, das das Fraunhofer IGB gemeinsam mit dem Projektpartner Heckmann in vorangegangenen Projekten entwickelt hat. Das SHS-Verfahren eignet sich hervorragend dazu, aus lignocellulosehaltigen Reststoffen hocheffiziente, lagerstabile Feststoffe herzustellen, die eine Nutzungsvielfalt als hoch qualitative Brennstoffe, Adsorbenzien, Bodenverbesserer oder Eingangsmaterial für Pyrolyse- oder Vergasungsprozesse ermöglichen.

Die Innovation in VALORKON ist es, neben der Konditionierung der Reststoffe zu einem hydrophoben Material zusätzlich wertvolle Basischemikalien hoher Qualität (Reinheit > 95 Prozent) zu gewinnen. Dazu entwickeln Fraunhofer IGB und Heckmann eine Prozesskette, mit der diese Wertstoffe selektiv aus der bei der Torrefizierung freigesetzten volatilen Phase abgetrennt werden können.

Zusätzliche Wertschöpfung durch Valorisierung der kondensierbaren Volatilen

Als Nebenprodukt der SHS-Torrefizierung entsteht ein Kondensat aus Wasser und potenziellen Wertstoffen wie organischen Säuren, Methanol oder Furfural. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt VALORKON entwickelt das Fraunhofer IGB Trennprozesse, mit denen diese Plattformchemikalien in hoher Reinheit aus dem Kondensat der Torrefizierung von Buchenholz-Hackschnitzeln gewonnen werden können.

Auftrennung der Kondensatströme

Für die Trennung der Kondensatströme in einzelne Wertstofffraktionen wurde am Fraunhofer IGB eine Batch-Rektifikationsanlage in Betrieb genommen. In Kombination mit weiteren Trennverfahren wie Extraktion und Elektrodialyse konnte Furfural mit einer Reinheit von ca. 95 Prozent aus dem Kondensat gewonnen werden. Die Aufreinigung weiterer Wertstofffraktionen, beispielsweise organischer Säuren, ist Teil der noch laufenden Arbeiten.

Ökologische und wirtschaftliche Bewertung

Parallel zu den technischen Arbeiten am Fraunhofer IGB führte die Hochschule Reutlingen eine ökologische und wirtschaftliche Bewertung des Gesamtprozesses, bestehend aus Trocknung, Torrefizierung und Wertstoffgewinnung aus dem Kondensat durch. Diese zeigt bereits für den derzeitigen Prozess eine positive CO₂-Bilanz sowie vielversprechendes wirtschaftliches Potenzial.

Ausblick: Bioraffinerie-Gesamtprozess     

Die nächsten Schritte hin zu einer vorindustriellen Entwicklung beinhalten die Gewinnung weiterer Produkte aus dem Kondensat, die Übertragung in einen kontinuierlichen, skalierbaren Gesamtprozess sowie die Verwertung weiterer biogener Reststoffe.

Weiterhin ist eine gemeinsame Veröffentlichung mit der Hochschule Reutlingen zum ökologischen und wirtschaftlichen Potenzial des gesamten Bioraffinerie-Konzeptes geplant.