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Förderung von Zellulose-Biokraftstoffen
Das Energieministerium Nationale Labore für erneuerbare Energien (NREL) soll mit der Erprobung eines Katalysators beginnen, der von entwickelt wurde Dow Chemical, der Industriegigant mit Sitz in Midland, MI, um zu sehen, ob sich damit die Produktion von Ethanol aus Biomasse massiv steigern lässt.
Biokraftstoffpakt: NREL und Dow Chemical arbeiten zusammen an der Verbesserung thermochemischer Prozesse zur Herstellung von Ethanol-Biokraftstoff aus zellulosehaltiger Biomasse wie Holzabfällen. Die Gruppen hoffen, mithilfe eines Dow-Katalysators die Umwandlung von Synthesegas in Ethanol zu verbessern.
Die Partnerschaft wird versuchen, mithilfe thermochemischer Verfahren Biokraftstoffe aus Zellulose-Biomasse wie Mais- oder Holzabfällen herzustellen, um Ethanol-Biokraftstoff herzustellen. Konkret möchte NREL einen Dow-Katalysator verwenden, um Synthesegas – eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlendioxid, die aus der Vergasung der Biomasse gewonnen wird – in eine Mischung aus Alkoholen, einschließlich Ethanol, umzuwandeln. Die gemeinsame Vereinbarung fordert die Partner auf, das Verfahren im Pilotmaßstab zu demonstrieren und die Machbarkeit einer integrierten Anlage im kommerziellen Maßstab zu bewerten.
Die Hoffnung ist, dass ein von Dow in den 1980er Jahren entwickelter Molybdänsulfat-Katalysator den Synthesegas-Umwandlungsprozess verbessern wird. Bei Erfolg könnte ein katalytischer Prozess theoretisch Produktionsraten von 130 Gallonen Alkohol pro Tonne Biomasse erreichen, eine signifikante Verbesserung gegenüber den 60 bis 80 Gallonen Ausbeuten, die von bestehenden biochemischen Fermentationsanlagen produziert werden, sagt Mark Jones, ein Wissenschaftler für Technologiestrategieentwicklung mit Dow.
NREL entwickelt bereits thermochemische Reaktionen wie die Vergasung, um aus Biomasse Ethanol herzustellen. Im Vergleich zu biochemischen Ethanol-Fermentationsanlagen sei die thermochemische Produktion viel schneller, sagt Stephen Gorin, leitender Wissenschaftler am NREL in Golden, CO. Der Durchsatz sei sehr hoch, sagt er. Von vorn nach hinten sprechen Sie von Sekundenaufträgen im Gegensatz zu fünf bis sechs Tagen bei der biochemischen Produktion.
Die hohen Temperaturen bei der Vergasung können nahezu jede Form von Biomasse abbauen und den hohen Ligningehalt, der bis zu 25 Prozent vieler Arten von Biomasse ausmachen kann, problemlos bewältigen. Dies bedeutet, dass nicht essbare Rohstoffe, wie Holzabfälle und Stängel und Blätter von Pflanzen, verwendet werden können.
Ein Problem bei der thermochemischen Produktion liegt jedoch in den Endstufen der Synthese, wo Katalysatoren verwendet werden, um das Synthesegas in eine gemischte Mischung aus ethanolhaltigen Alkoholen umzuwandeln. NREL will das Verfahren für die Ethanolsynthese selektiver gestalten und die Ausbeuten steigern.
Es sei sinnvoll, dass NREL mit Dow zusammenarbeitet, sagt Gorin, da das Chemieunternehmen über langjährige Erfahrung in der Herstellung des Katalysators verfügt und über Erfahrung in der Skalierung industrieller Prozesse auf die für die kommerzielle Produktion erforderliche Größe verfügt.
Dow arbeite schon seit geraumer Zeit an seinem Katalysator, sagt Paul Dauenhauer, Chemieingenieur an der Universität von Minnesota , in Minneapolis. Beim thermochemischen Ansatz zur Herstellung von Biokraftstoff ist der katalytische Schritt der Umwandlung von Synthesegas in Alkohole der limitierende Faktor in Bezug auf Kosten und Design, sagt er. Der andere limitierende Faktor ist die Skalierung. Es sei alles andere als einfach, mit einer Pilotanlage die gleichen Ergebnisse im industriellen Maßstab zu erzielen, sagt Dauenhauer.
Dow ist zuversichtlich, dass der Katalysator die von NREL benötigten Erträge erzielen wird, aber die Herausforderung besteht darin, die Produktion zu steigern, sagt Jones. Es gibt alle Arten von Variablen, die sich ändern können, wenn die Größe einer Produktionslinie erhöht wird, wie z. B. die Heizraten, das Design der Ausrüstung und der Umgang mit Verunreinigungen, sagt er. Dow hat bereits die komplette Produktion des Molybdänsulfat-Katalysators hochskaliert, sagt Jones. Und Dow hat die Ethanolproduktion mit einer Tonne Biomasse nachgewiesen.
Als Gegenleistung für seinen Beitrag erhält Dow die Expertise von NREL in der großtechnischen Vergasung. Dows Interesse an der Ethanolproduktion liegt nicht in der Entwicklung von Kraftstoffen für den Verkehr, sondern eher in der Verringerung der eigenen Abhängigkeit vom Öl, sagt Jones. Die petrochemische Industrie macht nur etwa 1 Prozent des gesamten Ölverbrauchs aus, benötigt es aber dennoch als Rohstoff für die Herstellung der unterschiedlichsten Materialien. Unser Ziel ist es, unsere Rohstoffposition zu verbessern, sagt Jones.
Insbesondere Ethanol sei eine sehr schöne Vorstufe, um zu Ethylen zu gelangen, sagt er. Ethylen ist ein Grundbaustein für viele Chemikalien und Kunststoffe. Rohstoff- und Energiekosten machen derzeit knapp die Hälfte der gesamten Produktions- und Betriebskosten von Dow aus. 2007 gab Dow 24 Milliarden US-Dollar für den Kauf von Rohstoffen und Energie aus.
Ziel der Partnerschaft ist es, bereits im Oktober mit dem Testen und dem Versuch, die Leistung des Katalysators zu verbessern, zu beginnen, sagt Gorin. Aber die genauen Details der dreijährigen Partnerschaft müssen noch konkretisiert werden, und die Leistungsziele für den Katalysator bleiben urheberrechtlich geschützt.