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DAS FACHMAGAZIN FÜR BIOENERGIE UND -ÖKONOMIE Montag, 18.06.2018

Alternativen zum Bioethanol

Auf der Suche nach Alternativen zur Herstellung und Nutzung von Bioethanol rückt einerseits das energiereichere Biobutanol ins Blickfeld, andererseits hat die Nutzung von Lignozellulose als Rohstoff zur Ethanolgewinnung fast schon Marktreife erlangt.

Vor drei Jahren war die „Tortilla-Krise“ in aller Munde. Den Amerikanern wurde vorgeworfen, sie hätten für ihre Bioethanol-Produktion den Markt für Mais leergekauft und damit dieses Grundnahrungsmittel insbesondere für die ärmere Bevölkerung Mexikos unerschwinglich gemacht. Vom deutschen Markt ist solches, zumindest für Bioethanol, bisher nicht bekannt. Zudem spielt Bioethanol gegenüber Biodiesel die geringere Rolle: Im vergangenen Jahr wurden 2,8 Milliarden Liter Biodiesel, aber nur 1,1 Milliarden Liter Bioethanol abgesetzt, beides überwiegend über die Beimischungsquote. Rohstoffe zur Bioethanolherstellung sind Getreide und Zuckerrüben. Beide stehen wie Raps, Palmöl und andere mehr oder weniger in Konkurrenz zu Nahrungsmitteln. Um diese zu verringern werden derzeit unter anderem zwei Ansätze verfolgt: zum einen statt Ethanol energiereicheres Butanol aus denselben Rohstoffen zu gewinnen, zum anderen den Zelluloseanteil in Rohstoffen wie Stroh zu nutzen. Außerdem sind solche innovativen Biokraftstoffe wie Bioethanol aus Zellulose bis zum Jahr 2015 steuerbefreit.

Biobutanol: energiereich, aber teuer in der Herstellung

Der Kraftstoff Biobutanol ist eine Hoffnung der Forscher. Der Biokraftstoff besitzt im Vergleich zu Ethanol eine größere gespeicherte Menge chemischer Energie. Die biochemische Butanolherstellung sei ein schon länger bekannter Prozeß, erklärt Thomas Willke, der den Bereich Agrartechnologie und Biosystemtechnik des Johann-Heinrich von Thünen-Institutes (vTI) in Braunschweig leitet. Biobutanol wird ebenso wie Bioethanol von Mikroorganismen erzeugt, die Stärke und Zucker
vergären. Der Alkoholgehalt in der Gärlösung bleibt dabei meist unter 20 Prozent, da sich die Mikroorganismen an höheren Konzentrationen von Alkohol selbst vergiften.
In Deutschland wurde bereits in den 1920er Jahren eine Biobutanol-Produktion installiert. Damals war Erdöl als Rohstoff für Kraftstoffe noch nicht in ausreichender Menge verfügbar, was sich aber bald änderte. Trotzdem gab es bis Ende der 1990er Jahre vor allem in Rußland, Südafrika und China noch Biobutanol-Anlagen. In China werden diese Anlagen jetzt wieder in Betrieb genommen. Allerdings ist das Verfahren bisher sehr energieintensiv, Braunkohle und Steinkohle als Energieträger führen zu einer negativen CO2-Bilanz.

Grund für den besonders hohen Energiebedarf ist der hohe Siedepunkt von Butanol, er liegt über dem von Wasser – bei
Ethanol ist es umgekehrt. Hier muß nur die geringe Menge Ethanol destilliert werden, während „bei der Butanolherstellung die größere Menge Wasser verdampft werden muß, um den Kraftstoff zu erhalten“, so Willke, genauer gesagt 980 Gramm, um 20 Gramm Butanol zu erhalten.
Deshalb arbeiten die Forscher vom vTI daran, die Ausbeuten zu erhöhen, indem sie einerseits die Leistungsfähigkeit der Mikroorganismen mit gentechnischen Methoden verbessern wollen und andererseits neue, weniger energieaufwendige Reinigungsverfahren entwickeln. Vor allem das Energieproblem sei noch ungelöst, meint Willke, so daß der Prozeß gegenüber der Ethanolherstellung noch nicht konkurrenzfähig sei, infolgedessen auch Verfahren im industriellen Maßstab fehlen. Außerdem mangelt es noch an der Anpassung der Motorentechnik an den energiereicheren Kraftstoff.

Ethanol aus Zellulose fast marktreif

Den Zellulose-Anteil in Pflanzen nutzen, ist ein anderer Weg der Effizienzsteigerung. Dabei sollen Getreide- und Maisstroh oder Energiepflanzen wie Miscanthus als Rohstoff dienen. Hierzu entwickelt die Süd-Chemie aus München ein Verfahren namens „Sunliquid“. Dabei wird zunächst der Rohstoff mit Enzymen versetzt, die die Zellulose und Hemizellulose in Zuckermoleküle aufspalten, enzymatische Hydrolyse genannt. Zuvor optimierte die Süd-Chemie die verwendeten Enzyme auf die Prozeßbedingungen und den eingesetzten Rohstoff. Das ermöglicht hohe Ausbeuten bei kurzen Reaktionszeiten.
Im nächsten Schritt, der Fermentation, wird der Zucker in Ethanol umgewandelt – wie bei der direkten Getreidevergärung auch. Jedoch verbesserte die Süd-Chemie die Ausbeute, indem sie speziell gezüchtete Mikroorganismen einsetzt, die sowohl sogenannte C5- als auch C6-Zucker vergären können – normalerweise wird nur der C6-Zucker vergoren. Nach Firmenangaben können so bis zu 50 Prozent mehr Ethanol gewonnen werden. Der vor allem noch ligninhaltige Gärrest wird verbrannt, um daraus Prozeßenergie zu gewinnen. Ein neues, von der Süd-Chemie patentiertes Aufreinigungsverfahren verringert zudem den Energieaufwand um die Hälfte.
Damit steht die Ethanolgewinnung aus Lignozellulose zumindest bei der Süd-Chemie an der Schwelle zur Markteinführung. Sie betreibt seit Anfang 2009  eine Pilotanlage an ihrem Münchner Forschungsstandort. Im Juli 2010 fiel die Entscheidung für den Bau einer Demonstrationsanlage im bayerischen Straubing, die im kommenden Jahr den Betrieb aufnehmen soll. In den USA werden erste Produktionsanlagen für Zellulose-Ethanol bereits gebaut.

Thomas Isenburg

Dieser Artikel ist in der Ausgabe 6 / 2010 energie pflanzen erschienen.




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