Aus Klärschlamm wird Kraftstoff und Wasserstoff

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 führt 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 Technologien entsorgt und verwertet werden. In einer neu entwickelten Großanlage werden sie in nachhaltige Biokraftstoffe, grünen Wasserstoff und Biokohle umgewandelt.

Ausgangslage

• Die EU strebt bis 2050 eine 60%ige Verringerung der verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 an. 
• Der Anteil CO2-emissionsarmer nachhaltiger Flugkraftstoffe soll 40% betragen
  
• Biokraftstoffe der ersten Generation (»Biodiesel«) sind ökologisch und sozial nicht nachhaltig, weil der Anbau von Energiepflanzen mit der Nahrungsmittelproduktion konkurriert
• Die Nutzung fortschrittlicher Biokraftstoffe auf Basis von lignocellulosehaltiger Biomasse aus biogenen Reststoffen ist industriell noch nicht verfügbar
  
• 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 einer Bioenergie-Wertschöpfungskette mit einem thermochemischen Kernprozess (TCR-Verfahren)
  
• Herstellung von grünem Wasserstoff sowie grünen Diesel- und Benzinäquivalenten aus Klärschlamm im Demonstrationsmaßstab
  
• Validierung der Machbarkeit einer integrierten kleinräumigen Wasserstofftrennung (durch Pressure Swing Adsorption) und vor Ort Aufbereitung der TCR-Produkte im Vergleich zur zentralen petrochemischen Infrastruktur
• Bemessung des möglichen Beitrags zu den EU Zielen für erneuerbare Energien durch Validierung von Abfallrohstoffen für die Herstellung von Kraftstoffen
• Schaufenster für zukünftige nachhaltige Investitionen und Wirtschaftswachstum
  
• Entwicklung eines Business Case, LCA und Transfer der Ergebniss
   

Der Kern des Projekts besteht in der Entwicklung und dem Betrieb einer integrierten großtechnischen Anlage, die getrockneten Klärschlamm und andere Arten von Biomasseabfällen unter Standardbedingungen in flüssige Treibstoffe umwandeln kann. Diese Treibstoffe sollen in konventionellen Motoren und Wassserstoff-Anwendungen eingesetzt werden können.  

Die Demonstrationsanlage wurde im Markt Hohenburg (Landkreis Amberg-Sulzbach, Oberpfalz) errichtet. Der Standort bietet den Vorteil, dass hier eine jahrelange Erfahrung in der Trocknung und der Handhabung von Klärschlamm besteht. 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.

Im Projekt soll der langfristige Nutzen der Technologie für die Verwertung von organischen Abfällen wie Klärschlamm erörtert werden. Insbesondere soll geprüft werden, ob die erzeugten Produkte direkt in die bestehende petrochemische Infrastruktur eingebracht werden und somit zur Defossilisierung beitragen können.

Perspektivisch könnten hunderte dezentraler Anlagen in Europa bis zu 32 Millionen Tonnen organische Abfälle pro Jahr in nachhaltige Produkte und Biokraftstoffe umwandeln. 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.