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Anzeigensonderveröffentlichung

: Stroh im Tank

Bild: KIT

Karlsruher Forscher verwandeln Stroh in regenerative flüssige Kraft- und Brennstoffe. Am Institut für Technologie (KIT) ist dafür eine Pilotanlage entstanden. Das Ziel: Ölheizungen und Verbrennungsmotoren sollen künftig klimaneutral arbeiten.

          Professor Holger Hanselka, Präsident am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), ist Maschinenbauingenieur. Und jene Spezies ist für ihren eher trockenen, sachlichen Stil bekannt. Doch wenn Hanselka – 55 Jahre alt, graumeliertes Haar, randlose Brille – von etwas begeistert ist, dann zeigt er das auch. Als „wichtigen Baustein für den Erfolg der Energiewende“ feierte er im November 2014 die Inbetriebsetzung der Bioliq-Pilotanlage seines Instituts und betonte: „Mit Bioliq verfügen wir über ein nachhaltiges und industrietaugliches Verfahren zur effektiven Nutzung von Reststoffen aus der Land- und Forstwirtschaft.“ Die Pilotanlage produziere nicht nur hochwertige Kraft- und Brennstoffe, sondern biete auch eine hervorragende Forschungsplattform.

          Die Begeisterung des KIT-Präsidenten hat ihre Berechtigung, denn was in der Bioliq-Pilotanlage geschieht, ist wirklich revolutionär: Die Karlsruher Forscher haben ein mehrstufiges Verfahren entwickelt, um Stroh und andere Reststoffe aus der Land- und Forstwirtschaft in flüssige Kraft- und Brennstoffe zu verwandeln. Auf lange Sicht könnten sie Benzin, Diesel und Heizöl aus fossilen Quellen ersetzen und so dafür sorgen, dass Verbrennungsmotoren und Ölheizungen vollständig klimaneutral arbeiten können.

          Biologischer Flüssigbrennstoff ohne Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion

          Grundsätzlich ist die Idee, flüssige Brennstoffe auf Rohölbasis durch solche zu ersetzen, die aus biologischen Komponenten gewonnen werden, nicht neu. Super-Benzin enthält fünf Prozent Bioethanol, bei Super E10 sind es sogar zehn Prozent. Biodiesel wird dem Dieselkraftsoff bis zu 7 Volumenprozent zugemischt und einige Heizölhändler haben auch Bioheizöl im Programm – herkömmliches schwefelarmes Heizöl, dem bis zu zehn Prozent Biodiesel beigemischt sind. Das neue Bioliq-Konzept  setzt in der Produktion auf pflanzliche Reststoffe wie Stroh,  die selbstverständlich kompatibel mit der neuen europäischen Renewable Energy Directive (RED II) sind und auch nicht mit der Nahrungsmittelherstellung konkurrieren. Die hiesige Rest-Biomasse würde nach Aussagen des KIT ausreichen, um etwa ein Viertel des heutigen Kraft- und Brennstoffbedarfs in Deutschland zu decken.

          Bei der Verfahrensentwicklung haben die findigen Ingenieure aus Karlsruhe von vorne herein auch eine wirtschaftliche Rentabilität ihres Konzepts ins Auge gefasst. Stroh enthält in erster Linie Luft – da wäre ein Transport zur Weiterverarbeitung über mehrere hundert Kilometer unsinnig. Die KIT-Lösung ist ein zweistufiges Konzept: Das Stroh wird in regionalen Anlagen mit einem Einzugsradius von etwa 20 Kilometern gesammelt und durch Pyrolyse zu einer Art Konzentrat verarbeitet.

          Bei der Pyrolyse werden die organischen Verbindungen des kleingehäckselten Strohs bei Temperaturen von etwa 500 Grad Celsius unter Luftabschluss aufgespalten – ähnlich dem Vorgang, den Köhler seit vielen Jahrhunderten anwenden, um Holz in Holzkohle zu verwandeln. Als Ergebnis des Pyrolyseprozesses gibt es 20 Prozent Brenngas, das direkt für den Pyrolyseprozess genutzt wird, 20 Prozent Koks und 60 Prozent flüssigen Schwelteer. Das Gemisch aus Koks und Schwelteer, ein technisch leicht handlebarer Brei, ist energetisch hoch konzentriert: In einer LKW-Ladung dieses Energie-Breis – von den Forschern auf den Namen Bio-Syncrude getauft – steckt so viel Energie wie in 15 LKW-Ladungen Stroh.

          Das Bio-Syncrude kann nun kostengünstig zu einer zentralen Raffinerie transportiert werden, die ihren Rohstoff von vielen regionalen Pysolyse-Anlagen bezieht. In der Raffinerie wartet auf den Energie-Brei ein mehrstufiger, chemischer Prozess: Im ersten Schritt erzeugen die Ingenieure durch Zufuhr von Sauerstoff bei 1200 Grad Celsius und 80 bar ein Synthesegas. Über chemische Katalysatoren können aus dem Synthesegas anschließend flüssige Kraft- und Brennstoffe erzeugt werden. „Die Katalysatoren bestimmen, ob ich am Ende Benzin, Kerosin, Diesel oder Heizöl heraus bekomme“, erklärt Professor Nicolaus Dahmen, der als Leiter des Instituts für Katalyseforschung und -technologie am KIT das Bioliq-Projekt verantwortet.

          Optimierung des Herstellungsverfahrens soll die Kosten senken

          Noch allerdings sind die Kosten recht hoch: „Aktuell rechnen wir mit  1,20 bis 1,80 Euro pro Liter – ohne Steuern und Additive“, sagt Dahmen. Zum Vergleich: Der Preis für herkömmliches Heizöl liegt derzeit je nach Anbieter und Region etwa 0,55 Euro bei Abnahme von 3.000 Litern. Doch in absehbarer Zeit könnten im Zuge einer weiteren Optimierung des Herstellungsverfahrens  die Kosten für die Bioliq-Herstellung sinken, Auch eine staatliche Unterstützung des regenerativen Brennstoffs wäre für einen begrenzten Zeitraum denkbar, analog zur Förderung der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien.

          Seit 2005 haben die Karlsruher Forscher an dem Bioliq-Verfahren gearbeitet, 64 Millionen Euro an Projektmitteln sind geflossen. Und anscheinend hat sich diese Investition bezahlt gemacht. „Im Gebäudebereich könnte damit eine klimaschonende Wärmeversorgung sichergestellt werden, ohne dass dafür hohe Investitionen in Infrastruktur und neue Heizgeräte nötig sind“, betont Adrian Willig, Geschäftsführer des Instituts für Wärme und Oeltechnik (IWO). Voraussetzung dafür sei aber das Prinzip der Technologieoffenheit und eine ganzheitliche Betrachtung des Energiesektors.

          Verschiedene Ansätze – ein Ziel: Das ist auch das Prinzip, dass das KIT auf wissenschaftlicher Ebene verfolgt und das die Bioliq-Pilotanlage erst möglich gemacht hat. „Die Antworten auf die drängenden Zukunftsfragen lassen sich nicht allein aus einer wissenschaftlichen Disziplin heraus generieren – sie liegen vielmehr an den gemeinsamen Schnittstellen“, so KIT-Präsident Hanselka. Die Vernetzung zwischen Grundlagenforschung und Anwendung, von Forschung, Lehre und Innovation sei das herausragende Merkmal des KIT. „Darauf dürfen wir auch stolz sein.“

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