Im Februar hat das estnische Start-up New Standard Oil erfolgreich seinen ersten industrienahen Prototyp zur Trocknung und Torrefizierung biogener Einsatzstoffe in Betrieb genommen – betrieben mit überhitztem Dampf bei atmosphärischem Druck. Der energieeffiziente Prozess wurde am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart entwickelt und liefert wertvolle Rohstoffe für die Chemie- und Energiewirtschaft: Grundchemikalien, Biokohle und Wasser.
Pflanzenbiomasse gilt als klimafreundliche Alternative zu fossilen Rohstoffen. Für die stoffliche und chemische Nutzung werden nachwachsende Rohstoffe und Reststoffströme aus Land- und Forstwirtschaft oder nachgelagerten Industrien in vielen Fällen über biotechnologische oder chemische Umwandlungsprozesse in spezielle Chemikalien, wie Zucker oder Polymerbausteine, umgewandelt.
Einen anderen Ansatz, der es ermöglicht, Biomasse vollständig in einem einzigen Prozess zu nutzen, verfolgt das Startup New Standard Oil aus Estland: Es basiert auf der thermischen Raffination und Fraktionierung von biogenen Rückständen wie Holz und Heu, um sie in "grüne" Chemikalien und "grüne" Kohle umzuwandeln, ohne Rückstände zu hinterlassen. Möglich wird dies durch ein am Fraunhofer-Institut für Grenzflächentechnik und Biotechnologie IGB in Stuttgart entwickeltes Verfahren bis in den Pilotmaßstab, bei dem Biomasse in einer geschlossenen Atmosphäre aus überhitztem Dampf ohne Sauerstoff erhitzt und dadurch torrefiziert, d.h. thermochemisch abgebaut wird.
Torrefaction liefert grüne Chemikalien und grüne Kohle
"Wir haben in den letzten Jahren mit New Standard Oil zusammengearbeitet und freuen uns auf die Partnerschaft mit dem estnischen Startup-Unternehmen als globaler Lizenznehmer für unser Know-how in der wertsteigernden Torrefizierung von Biomasse mit überhitztem Dampf bei atmosphärischem Druck und der Aufwertung der Chemikalien", sagt Dr.-Ing. Antoine Dalibard vom Fraunhofer IGB.
Der Torrefizierungsprozess funktioniert ähnlich wie die milde Pyrolyse und folgt einem Trocknungsschritt, bei dem das in der Biomasse gebundene Wasser verdampft. "In der gleichen Anlage vertreiben wir dann bei Temperaturen zwischen 200 und 300 Grad Celsius die flüchtigen Stoffe in der Biomasse, die hauptsächlich aus Hemicellulose stammen, einem der drei Hauptbestandteile der Biomasse", erklärt der Experte für thermische Trenntechnik.
Einer der Hauptvorteile des Verfahrens ergibt sich aus der speziellen Ausgestaltung des Heißdampftrocknungssystems. Neben verdampftem Wasser enthält die Gasphase auch wertvolle flüchtige Verbindungen. Durch das Abkühlen der Gasphase erhalten wir ein Kondensat, das wir durch nachfolgende Trennprozesse wie Destillation, Extraktion oder Elektrodialyse in verschiedene Plattformchemikalien trennen können, erklärt Dalibard. Der Ingenieur hat das Verfahren am Fraunhofer IGB weiterentwickelt und skaliert sowie mögliche nachgelagerte Prozesse zur Wertschöpfung der kondensierten Chemikalien untersucht.
Was als Feststoff bleibt, ist die torrefizierte Biomasse, die als Biokohle angesehen werden kann. Im Vergleich zu unbehandelter Biomasse ist ihr Kohlenstoffgehalt und damit ihr spezifischer Heizwert deutlich erhöht. Zu Pulver gemahlen oder zu Pellets verdichtet, kann die "grüne" Kohle beispielsweise zur klimaneutralen Befeuerung von Kraftwerken eingesetzt werden und fossile Kohle oder Gas ersetzen.
Großer Prototyp für eine emissionsfreie Energie- und CO2-Wirtschaft
"Angesichts der steigenden Energiepreise und der Energiesicherheit auf einem Allzeittief haben wir in diesen Prozess investiert, um mit unserem 'Uniformer' eine lokale saubere und CO2-neutrale Energieversorgung zu ermöglichen."®„Technologie, wie wir sie genannt haben, sagt Sven Papp, einer der vier Mitbegründer von New Standard Oil. Im Februar 2023 startete das Startup seinen ersten Prototyp im industriellen Maßstab in Paldiski, Estland, um schnell wachsende Biomasse und verschiedene minderwertige Biomassegemische in Wasser, grüne Chemikalien und Biokohle im etablierten Kaskadenprozess der Trocknung und Torrefizierung umzuwandeln. Das junge Unternehmen plant sogar, die dabei entstehende Abwärme für die Einspeisung in das Heizungsnetz zu nutzen.
„Unser Uniformer® Prototyp kann bis zu 150 Kilogramm Biomasse pro Stunde verarbeiten und produziert bereits zu 100 Prozent marktfähige Produkte aus Hackschnitzeln und Nichtfutterheu: Biokohle als fester Biokraftstoff auf Braunkohleebene, nachwachsende Chemikalien wie Methanol, Furfurale und andere Chemikalien, ferner entsalztes Wasser sowie die Prozesswärme, bestätigt Sven Papp die Ergebnisse des Fraunhofer IGB.
Biokohle kann Holzpellets oder Gas für die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ersetzen. Ein Plus für Energiesicherheit und Netzstabilität: Strom aus KWK-Anlagen ist abrufbar und kann bei Bedarf in der Nacht oder in ruhigen Zeiten erzeugt werden, wenn Sonne und Wind nicht ausreichend liefern. "Mit Hilfe dieses neuen innovativen Ansatzes berechnen wir, dass die Preise für entsendebaren erneuerbaren Strom aus Biokohle sogar niedriger sein könnten als die der landgestützten Windkraft", fährt Papp fort. Die Gründer sind optimistisch und bereiten sich inzwischen auf die Kommerzialisierung ihres ersten Uniformers® vor, als Anlagen für den europäischen Markt.
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