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Spatenstich für Zellulose-Ethanol
Range Fuels, ein Startup mit Sitz in Broomfield, CO, hat den Grundstein für eine Anlage gelegt, die möglicherweise die erste Anlage ist, die Ethanol aus Zellulosebiomasse in kommerziellem Maßstab herstellt. Aber die Nachricht ist nicht unbedingt ein Signal dafür, dass Ethanol aus Holzspänen und Gras bereit ist, mit Ethanol aus Maiskorn zu konkurrieren. Kommerziell brauchbares Zellulose-Ethanol kann noch viele Jahre entfernt sein.
Kraftstoffchips: Range Fuels mit Sitz in Broomfield, CO, hat ein Verfahren zur Umwandlung von Holzspänen in Ethanol entwickelt.
Das Werk von Range Fuels im Südosten Georgias könnte bereits im nächsten Jahr Ethanol produzieren. Es wird vom U.S. Department of Energy (DOE) im Rahmen der Bemühungen der Behörde finanziert, den Einsatz von Biokraftstoffen zu erhöhen. Das DOE stellt dem Unternehmen insgesamt 76 Millionen US-Dollar für den Bau seines neuen Werks zur Verfügung. Zunächst wird es 20 Millionen Gallonen produzieren und diese Menge schließlich auf 100 Millionen erhöhen.
Fast das gesamte der mehr als 5 Milliarden Gallonen Ethanol, das in den Vereinigten Staaten produziert wird, wird aus Maisstärke hergestellt. Ethanol aus Zellulosequellen ist jedoch eine attraktive Alternative, da für die Herstellung möglicherweise weniger Energie aus fossilen Brennstoffen benötigt wird und sein Vorkommen an Biomasse enorm ist. Wenn Biokraftstoffe jemals mehr als 10 Prozent des Benzins in den Vereinigten Staaten ersetzen sollen, wird Zellulose-Ethanol unverzichtbar sein. Die Herstellung von Ethanol aus zellulosehaltiger Biomasse ist jedoch viel schwieriger als die Herstellung aus Maisstärke. Und der Prozess zur Umwandlung von Biomasse in Biokraftstoffe war nicht wirtschaftlich.
Mitch Mandich, CEO von Range Fuels, sagt jedoch, dass das Unternehmen Ethanol zu Preisen herstellen kann, die mit Ethanol auf Maisbasis konkurrenzfähig sind – sogar unter Berücksichtigung der hohen Kapitalkosten, die mit dem Bau einer Zellulose-Biokraftstoffanlage verbunden sind. Range Fuels hat ein zweistufiges thermochemisches Verfahren zur Umwandlung von Holzhackschnitzeln und anderen Arten von Biomasse in eine Kombination von Alkoholen entwickelt, die Ethanol, Methanol, Propanol und Butanol umfassen. Im ersten Schritt, der als Vergasung bezeichnet wird, wandeln Wärme, Druck und Dampf die Biomasse in ein Gemisch aus hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid um. Dieses Gasgemisch, Syngas genannt, wird dann Katalysatoren ausgesetzt, die es in Alkohole umwandeln. Das Verfahren ähnelt dem Fischer-Tropsch-Verfahren, das seit Jahrzehnten verwendet wird, um Kohle in flüssige Brennstoffe umzuwandeln.
Mandich sagt, dass eine Kombination aus einem neuen, proprietären Katalysator und Verbesserungen in Design und Technik der Anlage den Prozess wirtschaftlich machen kann. Außerdem platziert das Unternehmen das Werk in der Nähe von Holzhackschnitzellieferungen, um die Transportkosten für sperrige Biomasse zu minimieren. Darüber hinaus plant das Unternehmen, das Ethanol mit Benzin zu mischen und vor Ort an die Fahrer zu verkaufen, um die Kosten für den Versand des Biokraftstoffs zu senken.
Da das Unternehmen aber für den Bau der ersten Anlage stark auf Fördermittel des Bundes angewiesen ist, lässt sich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nur schwer einschätzen. Anfang dieses Jahres kündigte das DOE die Finanzierung von sechs Zellulose-Ethanol-Anlagen an. Die erste Rate des Range Fuels-Preises wird 50 Millionen US-Dollar betragen, um eine Anlage mit einer Jahreskapazität von 20 Millionen Gallonen zu bauen. Mandich lehnt es ab, Schätzungen zu den Gesamtkosten der Anlage abzugeben. Aber die typischen Kosten für Mais-Ethanol-Anlagen betragen etwa 2 USD pro Gallone Kapazität oder 40 Millionen USD für eine 20-Millionen-Gallonen-Anlage. Auch wenn die Kosten der Anlage von Range Fuels doppelt so hoch sind wie die einer konventionellen Anlage (80 Millionen US-Dollar), stellt das DOE den Löwenanteil der Investition – Geld, das laut Mandich sehr wichtig für den Erfolg von Range Fuels ist. Eine so starke Abhängigkeit von staatlicher Finanzierung statt von privaten Investoren könnte darauf hindeuten, dass kommerziell rentables Zellulose-Ethanol noch in weiter Ferne liegt.
Darüber hinaus gibt es viele Unbekannte darüber, wie gut der thermochemische Prozess funktionieren wird, wenn es darum geht, Mengen im kommerziellen Maßstab herzustellen. Frühere Versuche von Wissenschaftlern des National Renewable Energy Laboratory (NREL), thermochemische Techniken zu vergrößern, zeigten, dass kleinere Systeme, die gut funktionieren, Probleme haben, wenn die Verarbeitungskammern größer sind. Außerdem neigen Anlagen, die bei hohen Temperaturen und Drücken betrieben werden, dazu, sich schnell zu verschlechtern, was die Kosten erhöht. Letzteres Problem könnte jetzt jedoch weniger problematisch sein, sagt Steve Deutsch , ein leitender Wissenschaftler am NREL, wegen der widerstandsfähigeren Materialien.
Thermochemische Ansätze zur Herstellung von Biokraftstoffen wie der Ansatz von Range Fuels stehen auch im Wettbewerb durch neue biologische Verfahren, die Enzyme und Organismen zum Abbau von Zellulose und zur Herstellung von Ethanol verwenden. Tatsächlich gab Mascoma mit Sitz in Cambridge, MA, im September den Bau einer Zellulosefabrik in Monroe County, TN, bekannt, die Ethanol aus Rutenhirse herstellen wird. Zum jetzigen Zeitpunkt ist noch nicht klar, welcher Ansatz am besten funktioniert, da keine kommerziellen Anlagen beider Typen in Betrieb sind. Während der Finanzierung des DOE Anfang dieses Jahres unterstützte die Agentur sowohl thermochemische als auch biologische Ansätze.
Letztendlich ist es noch zu früh, um vorherzusagen, wie erfolgreich frühe Versuche wie die von Range Fuels sein werden. Es ist schwer, mit dem ersten Geld zu verdienen, sagt Lanny Schmidt , Professor für Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften an der University of Minnesota, der auch thermochemische Verfahren zur Herstellung von Biokraftstoffen entwickelt. Wenn die erste Anlage jedoch so gut funktioniert, wie Mandich hofft, könnte sich die Produktion von Zellulosekraftstoff schnell beschleunigen.
Wer weiß, wie sich die Ökonomie entwickelt? sagt Schmidt. Sie müssen es bauen und sehen, was passiert. Es ist ein kluger Schachzug von DOE, verschiedene Technologien auszuprobieren, denn zu diesem Zeitpunkt weiß niemand, wer der Gewinner sein wird.