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Postfossiles Flüssiggas: Wege in eine grüne Zukunft


Flüssiggas - epaper ⋅ Ausgabe 1/2020 vom 14.02.2020

Im Vergleich zu leichtem Heizöl weist der Brennstoff Flüssiggas ein extrem niedriges Treibhauspotenzial auf. Zu dem um 11 % niedrigeren CO2-Emissionsfaktor kommen um 40 % niedrigere Stickoxid-Werte und ein bis zu 80 % geringerer Feinstaub-Ausstoß. Flüssiggas ist also bereits in seiner konven tionellen Form eine umweltfreundliche Alternative. Mit dem Kauf von CO2-Zertifikaten im Rahmen des Emissionshandels laut Kyoto-Protokoll und Pariser Klimaschutzvertrag haben Versorger die Möglichkeit, ihre CO2-Emissionen zu kompensieren, indem sie umwelt- und so zialverträgliche Projekte in Schwellenländern ...

Artikelbild für den Artikel "Postfossiles Flüssiggas: Wege in eine grüne Zukunft" aus der Ausgabe 1/2020 von Flüssiggas. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Flüssiggas, Ausgabe 1/2020

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... finanziell unterstützen. Dadurch können Sie ihre Produkte offiziell klimaneutral stellen. Um allerdings das sportliche europäische Ziel der Netto-Null-Treibhausgasgrenze zu erreichen, ist das nicht genug. Mittel- bis langfristig wird der Übergang vom fossilen zum regenerativen Flüssiggas unausweichlich.


In ihrer Raffinerie in Rotterdam produziert die finnische Aktiengesellschaft Neste Oyj den „Neste Renewable Biodiesel“, ein sogenanntes hydriertes Pflanzenöl (Hydrotreated Vegetable Oil – HVO). Als Nebenprodukt wird BioPropan gewonnen. Es weist die gleichen Eigenschaften auf wie herkömmliches Propan.


Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, Propan – den Hauptbestandteil von LPG – zu erzeugen: Zum einen als Nebenprodukt der Herstellung von Treibstoff aus biogenen Rohstoffen, zum anderen, indem man (Erneuerbare) Energie mithilfe von Wasserstoff und Kohlenstoff in synthetisches Gas transformiert. Das Ergebnis beider Methoden unterscheidet sich vom konventionellen Gas in keiner Weise. Es hat die gleichen chemischen und physikalischen Eigenschaften und ist genauso vielseitig einsetzbar. Dadurch eignet es sich auch problemlos als Beimischung.

Der Energieaufwand, der für die Herstellung notwendig war, und die Art der verwendeten Rohstoffe ist ausschlaggebend für das CO2Äquivalent des Gases. So lassen sich mit BioLPG aus Abfällen und Reststoffen bis zu 80 % Kohlen dioxid einsparen, mit BioLPG aus nachwachsenden Rohstoffen sind es immerhin noch 40 bis 60 %. Diese beeindruckenden Werte waren sicher mit ausschlaggebend dafür, dass biogenes Flüssiggas als eigenständige Art „gasförmiger Biomasse“ in den GEGEntwurf mit aufgenommen wurde. Auf dem deutschen Markt ist der alternative Energieträger bereits verfügbar. E r wird seit 2018 exklusiv von der Firma P rimagas Energie GmbH & Co. KG vertrieben, die sich ein jährliches Kontingent von 2000 t gesichert hat.

Vom HVO zum BioLPG

Hergestellt wird das BioFlüssiggas in Rotterdam. Hier hat die finnische Aktiengesellschaft NESTE Oyj 2015 die weltweit erste BioLPGAnlage errichtet. Sie ist Teil der Raffinerie, in der mit NEXBTLTechnologie der „Neste MY Renewable Diesel“ aus 100 % biologischen Abfällen erzeugt wird. Während konventioneller Biodieselkraftstoff (FAME) mit der Veresterungsmethode hergestellt wird, basiert die innovative NEXBTLTechnologie auf der Wasserstoffbehandlung von Pflanzenund Abfall ölen. Beim Neste Renewable Diesel handelt es sich um ein sogenanntes hydriertes Pflanzenöl (HVO), das herkömmlichen Bio dieselkraftstoffen qualitativ überlegen ist. Bei verschiedensten Anwendungsgebieten bleibt die Qualität dieses Kraftstoffs auf gleichbleibend hohem Niveau. Ein weiterer, entscheidender Vorteil der NEXBTLTechnologie: Beim Herstellungsprozess von Biodiesel der zweiten Generation entstehen parallel 7 bis 8 % Propan. Bei einer BiodieselKapazität Von 970 000 t können somit in Europa perspektivisch rund 70 000 t Biopropan pro Jahr erzeugt werden. Mittlerweile produzieren bereits vier derartige Anlagen.

Als Rohstoff e dient ein fl exibler Mix aus Fettabfällen und Pfl anzenölen. Mittlerweile ist die Auswahl an eingesetzten Rohstoff en auf mehr als zehn angewachsen, darunter TierfettAbfälle aus der Lebensmittelindustrie, FettAbfälle aus der Fischverarbeitung, Abfall und Rückstände aus der Verarbeitung von Pfl anzenöl, gebrauchtes Kochund Frittieröl, technisches Maisöl, rohes Palmöl aus zertifi ziertem Anbau, Rapsöl, Sojabohnenöl, Leindotteröl. Zu Weihnachten wird ein ganz besonderer Rohstoff verarbeitet: Finnische Haushalte können das Fett ihres tradi tionellen Weihnachtsschinkens spenden. Neste stellt daraus „WeihnachtsschinkenDiesel“ her. Der Verkaufserlös kommt einer wohltätigen Organisation zugute.

Seit 2007 hat Neste den Anteil an Restund Abfallmaterial kontinuierlich angehoben. Mittlerweile liegt er bei über 80 %. Und das Ende der Fahnenstange ist noch nicht erreicht. Die Finnen geben jährlich 40 Mio Euro für Forschung und Entwicklung aus, von denen ein Großteil für die Erforschung von erneuerbaren Rohstoff en verwendet wird. Für die Zukunft sind Abfallöle und fette, Algen, Lignocellu lose, Plastik, Müll und CO2 als zusätzliche Rohstoff e angedacht. Außerdem gibt es weitere vielversprechende Optionen, deren größte Anwendungsherausforderung aber ihre Zugänglichkeit und fi nanzielle Rentabilität im industriellen Maßstab ist.

Mit ca. 2,6 Mio. t ist Neste weltweit der größte Hersteller von HVO, alle anderen bringen es zusammen auf knapp 2 Mio t. Der kontinuierliche Einsatz für klimafreundliche Produkte wird durchaus anerkannt: In den letzten drei Jahren landeten die Finnen dreimal unter den Top 3 der renommierten CorporateKnightsListe der 100 nachhaltigsten Unternehmen. Insgesamt wurde Neste bereits 14Mal in Folge in die Liste aufgenommen – öft er als jedes andere Energieunternehmen. www.neste.de

BioLPG aus Glycerin und Cellulose

Einen ganz anderen Ausgangsrohstoff wählten Christian Hulteberg, Andreas Leveau und Øyvind Nørregård, die im Auft rag der Schwedischen EnergieAgentur Energiforsk die Produktion von LPG erforschten. Im Rahmen des Projekts bauten sie eine PilotDemonstrations anlage zur Herstellung erneuerbarer Flüssiggase für mehr als 3000 Stunden ge plant, gebaut und betrieben. Das Produkt, Propan, entsprach in etwa den Spezifi kationen von abgefülltem LPG, muss jedoch noch mindestens einen weiteren Reinigungsschritt durchlaufen, bevor die Anforderungen erfüllt werden. Zusätzlich wurde eine alternative Rohstoff quelle untersucht.

Das Hauptverfahren verwendet Glycerin. Es entsteht als Reststoff bei der BiodieselProduktion, bei der ZelluloseHerstellung, in der EthanolIndustrie und auch in der tradi tionellen Industrie. Aus dem Reststoff Glycerin werden durch eine inzwischen bewährte Technologie hochwertige gas förmige Kohlenwasserstoff gemische erzeugt. Sobald die Ausbeute an C3Kohlenstoffk etten auf ein vernünft iges Maß (90 %) erhöht ist, startet die Produktion von Propan und wird einige Zeit fortgesetzt. Die Rückführung von Wasserstoff beginnt ca. um die 200. Stunde. Im Laufe der Zeit hat sich die Propanausbeute erhöht, und es gibt keinen Trend zur Verringerung der Produk tion.

Außerdem wurde in der Studie die Möglichkeit aufgezeigt, Cellulose als Ausgangspunkt für die LPGProduktion zu verwenden. Die Methode funktioniert, es steht jedoch fest dass zusätzliche Arbeit erforderlich ist, um diesen Prozess kommerzialisieren zu können.

Bei der Herstellung eines alternativen Ausgangsmaterials für das Verfahren aus erneuerbaren Quellen wurden erhebliche Fortschritte erzielt. In Bezug auf die verwendeten Katalysatoren und das Verfahren besteht jedoch noch weiterer Entwicklungsbedarf, bevor eine Kommerzialisierung erfolgen kann.

www.biofuel.de

LPG aus Methan

In den letzten Jahren wurden einige Studien und Forschungsarbeiten in Auftrag gegeben und durchgeführt, die neue Methoden für die BioFlüssiggasherstellung ent wickeln und die Möglichkeiten der Marktimplementierung abklären sollten. Vor allem die Suche nach weiteren geeigneten Rohstoffen stand – und steht – im Fokus. Algenöl ist immer noch im Gespräch, ebenso mikrobielles Öl und Tallölpech. Experimentiert wird auch mit Mikro organismen, Viehdung, Klärschlamm oder Deponiegas. Und – ganz neu: Jetzt wird auch über Insekten nachgedacht.

Die Crux ist: Theoretisch ist alles möglich, allerdings hat es bisher keins der vor gestellten Verfahren zur Marktreife gebracht: Der Aufwand steht (noch) in keinem gesunden Verhältnis zum Ertrag.

Die Ergebnisse sind in Schub laden gelandet und werden wohl erst wieder hervorgekramt, wenn sich die Rahmenbedingungen verändert haben.

Grafik: DVGW

Von Methan zu Propan

Es klingt fast zu schön, um wahr zu sein: Die amerikanische Firma PlasMerica hat eine äußerst vielversprechende Methode entwickelt, mit der das umweltschädliche Treibhausgas Methan in sauberes Propan umgewandelt werden kann. Und das ohne unerwünschte Abfallstoffe oder Nebenprodukte.

In ihrer zum Patent angemeldeten Technologie nutzen die Firmengründer Jerry Pellizzon und Dennis Manning den „vierten Materiezustand“, Plasma, um die molekulare Ketten länge von Methan in längerkettiges Propan umzuwandeln. Das nichtkatalytische Verfahren läuft einstufig, bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck ab, ohne dass zusätzliche Reaktanten erforderlich sind. Bei der Erzeugung des höherwertigen Propans wird Methan auf saubere und umweltfreundliche Weise einfach verbraucht. „Wir glauben, wir haben ein Produkt, das wirtschaftlich sinnvoll und vor allem umweltfreundlich ist“, sagt Jerry Pellizzon, CEO und Mitbegründer von PlasMerica.

Auf der Global Technology Conference der World LPG Associaton (WLPA) im letzten Jahr wurde die Erfindung mit dem Innovationspreis 2019 ausgezeichnet.

Dass sich Technologien mit der Spezifikation von Gas befassen, ist an sich nichts Neues. Das Endprodukt ist jedoch häufig Biodiesel. PlasMerica hat sich zum Ziel gesetzt, Biopropan zu seinem Hauptprodukt zu machen. „Wir zielen auf Propan als primäres Produkt und primäres Endpunktziel ab, während wir mehrere Arten von Ausgangsmaterialien verwenden“, erklärt er. “ Als mögliche Rohstoffquellen kommen fossile Brennstoffe aus einer Raffinerie, Ethan, BiolandfillQuellen oder Fermentationsanlagen in Betracht.

Methan (CH4) be ginnt mit einem Kohlenstoffmolekül. Die Technologie des Unternehmens verknüpft in einer kontrollierten Reak tion drei dieser Methanmoleküle zu Propan (C3H8).

Die LPGIndustrie zeigt begreiflicherweise großes Interesse an diesem Verfahren. Eine wettbewerbsfähige Positionierung von Propan beispielsweise gegenüber Diesel und Benzin zu günstigeren Produktionskosten könnte ihr einen wesentlichen Vorteil bringen. „Der Wert von Propan ist ungefähr gleich oder geringfügig höher als der von Benzin oder Diesel, aber die Energie, die zur Propanvermehrung aus Methan benötigt wird, macht nur etwa 25 % der Energie aus, die für die Umwandlung von Methan in Benzin oder Methan in Diesel benötigt wird“, so Manning. Auch für PlasMerica sehen die Pronosen nicht schlecht aus. Einer vorläufigen Wirtschaftsanalyse zufolge kann das Verfahren eine sehr attraktive Rendite liefern, wenn es Methan aus abgefackelten oder belüfteten Quellen verwendet.

Das Herstellungsprinzip synthetischer Gase: Mithilfe von Strom aus Erneuerbaren Energien wird Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Fur die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen – wie Propan und Butan – ist zusatzlich Kohlenstoff erforderlich. Dieser wird entweder durch „Direct Air Capture“ aus der Luft gewonnen oder aus organischen Biound Reststoffen. Mittels Synthese nach FischerTropsch werden die Einzelbausteine zu synhetischem Flussiggas verarbeitet, das ebenso vielseitig einsetzbar ist wie das konventionelle Flussiggas.


Graphik: DVFG / c designburo Ehmer

Das erneuerbare Propan bietet auch dem Endverbraucher Kostenvorteile, da der Preis nicht länger an die Rohölpreise gekoppelt ist. Manning und Pallizzon haben sich vorgenommen, den synthetischen Treibstoff möglichst günstig auf den Markt zu bringen.

www.plasmerica.com

Neuer Katalysator

Mehrere neuere Studien haben sich in letzter Zeit erfolgreich mit der Rückumwandlung des Treib hausgases Kohlendioxid in nutzbare Kraftstoffe beschäftigt. Ein neuartiger Ansatz von Ingenieuren der Stanford University liefert nun 4mal mehr Ethan, Propan und Butan als gängige Methoden, die ähnliche Verfahren verwenden. Der Fortschritt ist zwar kein Allheilmittel für das Klima, könnte jedoch die kurzfristigen Auswirkungen auf die globale Erwärmung erheblich verringern.

„Man kann sich einen kohlenstoffneutralen Kreislauf vorstellen, bei dem aus Kohlendioxid Kraftstoff erzeugt und anschließend verbrannt wird. Dabei entsteht neues Kohlendioxid, das wieder in Kraftstoff umgewandelt wird“, sagte Matteo Cargnello, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen bei Stanford, der die Forschung leitete.

Obwohl es sich bei dem Verfahren nur um einen laborbasierten Prototyp handelt, gehen die Forscher davon aus, dass es erweitert werden kann, um brauchbare Mengen an Kraftstoff zu produzieren. Es bleibt jedoch noch viel zu tun, bevor der Durchschnittsverbraucher Produkte auf der Grundlage solcher Technologien kaufen kann. www.stanford.edu

Power-to-X

Die Stromproduktion aus Erneuerbaren Energien ist extrem vom Wetter abhängig. Viel zu viel Energie geht bisher verloren, weil Stromspitzen mangels Speicherkapazität nicht abgefangen werden können. PowertoGas ist ein probates Mittel, um überschüssigen Ökostrom in größeren Mengen zu speichern. Mit der elek trischen Energie wird durch Elektrolyse aus Wasser Wasserstoff gewonnen. Zusammen mit Kohlenstoff aus der Luft oder aus organischen Biound Reststoffen wird dieser mittels Synthese in einer FischerTropschAnlage zu sauberem synthetischen Gas transformiert, das in Flaschen, Tanks oder Kavernen gelagert werden kann und genauso vielseitig einsetzbar ist wie konventionelles Flüssiggas. Der Nachteil der Methode: Während des Herstellungsprozesses geht ein Großteil der Energie (ca. 65 %) verloren. Technische Neuerungen werden die Ertragswerte in Zukunft sicher noch verbessern.

Der Vorteil: Das gewonnene Flüssiggas ist nicht netzgebunden. Somit hätte z. B. auch das gescheiterte DesertecProgramm wieder eine Chance: Günstiger Solarstrom aus der Wüste nutzt die FlüssiggasInfrastruktur.


Foto: Neste Oyj