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Aus Klärschlamm wird Treibstoff und Wasserstoff

Projektlogo TO-SYN-FUEL - Das Akonoym steht für die Wandlung von biogenen Abfallstoffen zu nachhaltigen Kraftstoffen und grünem Wasserstoff
Das Projekt wird im Horizon 2020 Programm durch die EU gefördert
© Fraunhofer UMSICHT
Prozessschema TO-SYN-FUEL: Aus Abfall-Biomasse werden über die Fraunhofer TCR-Technologie und weitere Prozessstufen dezentral Kraftstoffe erzeugt.

Am 01. Mai 2017 startete das EU-Projekt »The Demonstration of Waste Biomass to Synthetic Fuels and Green Hydrogen« (Akronym: TO-SYN-FUEL). Das Horizon 2020 Projekt wird federführend von Fraunhofer UMSICHT Sulzbach-Rosenberg, Abteilung Energietechnik gemeinsam mit weiteren Partnern durchführt.

Das Projekt hat ein Volumen von insgesamt über 14 Mio. Euro und eine Laufzeit von 48 Monaten. Das Vorhaben soll zeigen, wie aus Restbiomasse (in diesem Fall Klärschlamm) erstmalig dezentral flüssige, synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff hergestellt werden kann.

Hintergrund  und Motivation

Millionen Tonnen organischer Abfälle (biogene Rest- und Abfallstoffe) aus verschiedenen Sektoren landen heute weltweit auf Deponien oder werden verbrannt. Dies führzt zu signifikanten Mengen an Treibhausgasemissionen und entsprechenden Luft-, Boden- und Wasserverschmutzungen.

Im Projekt TO-SYN-FUEL sollen solche Abfallstoffe aus Biomasse (z.B. organische Abfälle wie Bioabfälle, anaerobe Gärreste und getrockneter Klärschlamm) mit Hilfe einer Kombination von verschiedenen Technologie entsorgt und genutzt werden. In einer neu entwickelten Großanlage werden sie in nachhaltige Biokraftstoffe, grünen Wasserstoff und Biokohle umgewandelt.

Ausgangslage

Energie aus erneuerbaren Quellen ist der Schlüssel zur Minderung des Klimawandels

EU-Ziel: 10 Prozent der Energie, die im Verkehr verbraucht wird, soll aus erneuerbaren Quellen stammen

Biokraftstoffe der ersten Generation ("Biodiesel") sind ökologisch und sozial nicht nachhaltig, weil der Anbau von Energiepflanzen mit der Nahrungsmittelproduktion konkurriert

Es besteht die Notwendigkeit der Markteinführung fortschrittlicher Biokraftstoffe unter Verwendung von lignocellulosehaltiger Biomasse

Biochemische Prozesse wie die Fermentation sind zu langsam und eignen sich schlecht für Rest- und Abfallstoffe, weil diese eine gemischte Zusammensetzung und einen geringen Cellulosegehalt aufweisen

Thermochemische Prozesse wie Vergasung und Pyrolyse sind in Bezug auf die Einsatzstoffe flexibler, können aber bislang nur in großen zentralen Anlagen kostengünstig durchgeführt werden

Ziele im Projekt

Demonstration der technischen Machbarkeit und Kostenwettbewerbsfähigkeit der Bioenergie-Wertschöpfungsketten TCR-> PSA-> HDO

Herstellung von grünem Wasserstoff sowie grünen Diesel- und Benzinäquivalenten aus Klärschlamm

Validierung der logistischen Vorteile der integrierten kleinräumigen Wasserstofftrennung und -reinigung (PSA) und HDO-Module mit der TCR-Einheit im Vergleich zur zentralen petrochemischen Infrastruktur.

Beitrag zu den Zielen der Richtlinie über erneuerbare Energien für erneuerbare Energien durch Validierung von Abfallrohstoffen für die Herstellung von Kraftstoffen.

Schaufenster für zukünftige nachhaltige Investitionen und Wirtschaftswachstum in ganz Europa

Entwicklung eines Business Case, LCA und Verbreitung der Ergebnisse

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Spatenstich zum Bau der Demonstrationsanlage mit Ehrengast Walther Röhrl

TCR®-Technologie als Lösungsansatz

© Fraunhofer UMSICHT
TCR ® -Schema: Beim thermo-katalytischen Reforming werden organische Reststoffe zu Öl, Gas und Biokoks gewandelt

Die entwickelte TCR-Technologie von Fraunhofer UMSICHT ist eine global anwendbare Lösung. Durch das thermo-katalytische Reforming TCR werden erneuerbare, flüssige Kraftstoffe aus Abfallbiomasse produziert, welche fossile Brennstoffe ersetzen können. Die hergestellten Kraftstoffe von Fraunhofer UMSICHT entsprechen den europäischen Normen für Benzin und Diesel EN228 bzw. EN590, was im Technikum-Maßstab bereits nachgewiesen wurde. Diese sehr hohe Öl-Qualität wird durch das thermo-katalytische Reforming TCR® erreicht. Die TCR®-Technologie wandelt im Wesentlichen alle Arten von Restbiomassen in drei Hauptprodukte um: H2 reiches Synthesegas, Biokohle und flüssiges Bio-Öl, welches upgegradet werden kann.

Bau einer Demonstrationsanlage

© Fraunhofer UMSICHT
Übersichtskarte
© Susteen
© Fraunhofer UMSICHT
Spatenstich für die Demonstrationsanlage im November 2018

Der letzte Teil des Projekts besteht in der Entwicklung und Implementierung einer großtechnischen Technologie, die darauf abzielt, getrockneten Klärschlamm und andere Arten von Biomasseabfällen unter Standardbedingungen in flüssige Treibstoffe umzuwandeln, die in konventionellen Verbrennungsmotoren und grünem Wasserstoff eingesetzt werden können.  

Die Anlagen zur Kraftstofferzeugung werden im Markt Hohenburg (Landkreis Amberg-Sulzbach, Oberpfalz) errichtet. Der Standort bietet zahlreiche Vorteile: vor Ort besteht jahrelange Erfahrung in der Trocknung und der Handhabung von Klärschlamm. Die Mengen und Qualität an Einsatzstoff, wie sie im Projekt gefordert sind, sind in Hohenburg verfügbar. Der Spatenstich im Industriepark Hohenburg fand am 7. November 2018 statt.

Die großtechnische Produktion der To-Syn-Fuel-Demonstrationsanlage wird einen echten Geschäftsvorteil darstellen. Sie bietet eine langfristige Möglichkeit für die Umwandlung von organischen Abfällen in erneuerbare Brennstoffe. Diese können dann direkt in die bestehende Erdölinfrastruktur eingebracht werden. Hunderte solcher Anlagen, die in ganz Europa installiert werden könnten, würde ausreichen, um bis zu 32 Millionen Tonnen organische Abfälle pro Jahr in nachhaltige Produkte und Biokraftstoffe umzuwandeln. Dies würde bis  zu 35 Millionen Tonnen Treibhausgaseinsparungen pro Jahr bedeuten. Im Hinblick auf die sozioökonomische Entwicklung würden 100 Werke mindestens 5.000 qualifizierte Arbeitsplätze schaffen.

Standort: TO-SYN-FUEL in Hohenburg, Bayern

Technikumshalle für das TO-SYN-FUEL Projekt im Markt Hohenburg, Landkreis Amberg-Sulzbach

Februar 2020: Die Technikumshalle für die To-Syn-Fuel-Demonstrationsanlage ist fertiggestellt und erste Komponenten wie der Wasserstoffspeicher und das Blockheizkraftwerk sind bereits vor Ort. Bis zum Sommer diesen Jahres werden nach und nach die wesentlichen Anlagenkomponenten der TCR-Technologie aufgebaut und schrittweise in Betrieb genommen.

Der Klärschlamm der Trocknungsanlage in Hohenburg wurde bereits im Technikum bei Fraunhofer getestet und kann aufgrund des optimierten Trocknungsprozesses ohne weitere Vorbehandlung umgesetzt werden.

Anlieferung Wasserstofftank

Update Februar 2020

© Fraunhofer UMSICHT

Die Technikumshalle für die To-Syn-Fuel-Demonstrationsanlage ist fertiggestellt und erste Komponenten wie der Wasserstoffspeicher und das Blockheizkraftwerk sind bereits vor Ort. Bis zum Sommer diesen Jahres werden nach und nach die wesentlichen Anlagenkomponenten der TCR-Technologie aufgebaut und schrittweise in Betrieb genommen.

HyGear PSA an den Standort des To-Syn-Fuel-Werks geliefert

Update Juli 2020

© Fraunhofer UMSICHT

Der Wasserstoff muss zunächst gereinigt werden. Dann wird dieser mit einer der Schlüsseltechnologien des Projektpartners HyGear von anderen Gasen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan getrennt mittels der Druckwechsel-Adsorption (PSA). Die Trennung basiert auf der Variation der Adsorptionskapazität eines Adsorptionsmittels als Funktion des Betriebsdrucks. Der gereinigte Wasserstoff wird komprimiert und in die Hydrodeoxygenierungsreaktoren (HDO) umgeleitet. 

 Das System soll im Laufe des Sommers installiert werden. Das erste TCR-Gas wird im September 2020 gereinigt werden.

 

Medienbeiträge zum Bau der Demonstrationslanage

8.11.2018

Publikation

Open Access Government edition 22 (April 2019)  

»The implementation of a green waste valorisation technology to produce value-added products from sewage sludge«

17.2.2020

Onetz.de Pressemeldung

Hohenburg und Fraunhofer UMSICHT sollen weiter profitieren

8.11.2018

Onetz.de Pressemeldung

Klärschlamm wird Kraftstoff

Presseinformationen zum To-Syn-Fuel-Projekt

 

Update ToSynFuel / 2.7.2020

HyGear PSA an den Standort des To-Syn-Fuel-Werks geliefert

 

Update ToSynFuel / 6.2.2020

Anlieferung Wasserstofftank

 

8.11.2018

Grünes Benzin aus Klärschlamm: Spatenstich für Fraunhofer-Demonstrationsanlage

 

25.6.2018

TO-SYN-FUEL Projekt: Konsortium Treffen in Sulzbach-Rosenberg

 

31.7.2017

Neue EU-Projektpage TO-SYN-FUEL

 

15.5.2017

Start des EU-Projektes: Wandlung von Klärschlamm in Treibstoff und Wasserstoff

 

3.4.2017

EU-Projekt in Vorbereitung

Ansprechpartner

Robert Daschner

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Robert Daschner

Abteilungsleiter Energietechnik

Telefon +49 9661 8155-410

Andreas Apfelbacher

Contact Press / Media

Dr. Andreas Apfelbacher

Gruppenleiter Thermochemische Prozesse

Telefon +49 9661 8155 419