Aus Klärschlamm wird Kraftstoff und Wasserstoff

Die bei Fraunhofer entwickelte TCR-Technologie stellt den Kernprozess für das To-Syn-Fuel Projekt dar: Durch das thermo-katalytische Reforming (TCR) lassen sich nachhaltige Energieträger aus Abfallbiomasse produzieren.

Alle Arten von Restbiomassen lassen sich als Einsatzstoff verwenden. Diese werden in drei Hauptprodukte umgewandelt: H₂-reiches Synthesegas, Biokohle und flüssiges Bio-Öl.

Im Vergleich zu anderen Pyrolyse Prozessen wird eine sehr hohe Öl-Qualität erreicht. Dadurch lassen sich TCR-Öle zu Kraftstoffen aufbereiten, die den europäischen Normen für Benzin und Diesel EN228 bzw. EN590 entsprechen, aber einen um 85% geringeren CO₂-Fußabdruck aufweisen.

Im Projekt »To-Syn-Fuel« wurde ein von Fraunhofer UMSICHT entwickeltes Verfahren zur Herstellung von Kraftstoffen aus Biomassereststoffen im großtechnischen Maßstab umgesetzt. Aus 500 Tonnen Klärschlamm wurden bislang mehr als 50.000 Liter biogenes Rohöl gewonnen. Die Aufbereitung der Öle über einen Hydrierprozess zu normgerechten Kraftstoffen konnte ebenfalls nachgewiesen werden. Mit diesem Projekt hat Fraunhofer UMSICHT gezeigt, dass sich Abfall- und Restbiomasse als Baustein auf dem Weg zu einer klimaneutralen Mobilität eignen.

Die Forschung und Entwicklung zur Technologie sollen weitergehen: aktuell beschäftigen sich die Fraunhofer Wissenschaftler beispielsweise damit, wie die biogenen Öle als Grundstoffe in der chemischen Industrie eingesetzt werden können, um CO₂-neutrale Produkte herzustellen.

Das EU geförderte Fraunhofer UMSICHT Projekt To-Syn-Fuel steht vor seinem Abschluss.

Vor der Großanlage zur Konversion von Klärschlamm in Kraftstoffe befüllt das Projektteam einen Serien-PKW als Testfahrzeug. Das Fahrzeug wird mit dem nachhaltigen, CO₂-neutralen Diesel eine Strecke von über 600 km zurücklegen. Folgende Zwischenstopps sind auf der Strecke geplant: Treffen mit dem deutschen Rallye-Weltmeister Walter Röhrl auf einer Rennstrecke in CZ, ein Termin mit dem Bayerischen Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger und eine Visite in Brüssel. Die Car-Tour endet in der KW 38 mit einem Abschlussevent am Großdemonstrator in Hohenburg / Bayern.

Die aktuelle Phase des To-Syn-Fuel-Projekts ist der integrierte Betrieb der Systeme und die Produktion von flüssigen Kraftstoffen und grünem Wasserstoff aus Klärschlamm.

Die ersten Testkampagnen mit dem TCR-Gesamtsystem zeigten eine sehr zufriedenstellende Leistung. In über 500 Betriebsstunden wurden mehr als 200 Tonnen getrockneter Klärschlamm in über 20.000 Liter TCR®-Öl umgewandelt. Die Ausbeute und die Qualität der erzielten Produkte ist wie erwartet.

In den folgenden Monaten sind weitere Kampagnen geplant, um 12 Tonnen getrockneten Klärschlamm pro Tag zu verarbeiten und weitere Langzeiterfahrungen mit der Technologie zu sammeln. Neben der Herstellung des Kraftstoffs werden umfassende Motorentests durchgeführt, um zu ermitteln, ob die Kraftstoffe als Drop-In eine vergleichbare Motorleistung und vergleichbare Emissionen aufweisen wie Kraftstoffe fossiler Herkunft.

Am Ende des Projekts wird die Technologiekombination TCR®/PSA/HDO bei TRL-7 (Systemprototyp-Demonstration in betrieblicher Umgebung) validiert sein inkl. einer Ökobilanzierung des Gesamtsystems.

Der TCR Prozess ist das Kernstück des To-Syn-Fuel Demonstrators. Der Schneckenreaktor mit einer Länge von 12 Metern und über 20t Gewicht wurde in Italien gefertigt. Die Installation in der Technikumshalle erfolgte innerhalb weniger Stunden mit einem Portalkran.

Die Technikumshalle für die To-Syn-Fuel-Demonstrationsanlage ist fertiggestellt und Komponenten wie der Wasserstoffspeicher und das Blockheizkraftwerk sind bereits vor Ort. Bis zum Sommer 2021 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.

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.  

Der Wasserstofftank dient im To-Syn-Fuel als Pufferspeicher. Aus dem Synthesegas des TCR-Prozesses wird der Wasserstoff mittels Pressure-Swing-Adsorption abgetrennt, komprimiert und bei 50 bar zwischengespeichert. Der 20 Meter hohe Speicher hat eine Kapazität von 360 kg lokal erzeugten Wasserstoff. Anschließend steht dieser im Projekt für die Hydrierung des TCR-Öls zur Verfügung.