Bereich Bioraffinerien

Vor dem Hintergrund wachsender Herausforderungen hinsichtlich der Wettbewerbsfähigkeit bestehender Bioenergieanlagen beschäftigt sich der Bereich Bioraffinerien mit der Entwicklung, Analyse und Evaluierung von Verfahren, Technologien und Gesamtkonzepten für sogenannte Polyproduktanlagen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf Biokraftstoffen. Für eine aussagekräftige Bewertung werden auch andere Produkte wie weitere Energieträger oder Grundstoffe für die stoffliche Nutzung betrachtet.

Schwerpunkt des Bereiches ist es, Verfahren zur Biokraftstofferzeugung zu entwickeln, Bioraffinerien zu bilanzieren und zu simulieren. Dazu gehört auch die Biokraftstoffherstellung im Technikum, einschließlich der Laboranalytik zur umfassenden chemisch-physikalischen Charakterisierung von Biomassen und Biokraftstoffen und der Prüfstanduntersuchung des motorischen Verhaltens flüssiger und gasförmiger Biokraftstoffe. Dies wird abgerundet durch Technikbewertung, Kostenrechnung und ökologische Bewertung von Gesamtkonzepten. Ein weiteres Ziel ist die Initiierung von Demonstrationsprojekten und deren wissenschaftliche Begleitung.

Der Bereich beschäftigt sich außerdem mit der Bilanzierung und Optimierung von Verfahren sowie Konzepten auf Basis von stationären und dynamischen Fließschemasimulationen. Ergänzend gilt es bestehende Anlagenkonzepte (z. B. für die Biokraftstoffbereitstellung) zu erweitern und optimieren sowie innovative Bioraffineriekonzepte zu entwickeln. Dazu gehört auch die multikriterielle Bewertung von Gesamtkonzepten unter Berücksichtigung von technischen, ökonomischen und ökologischen Zielstellungen. Des Weiteren steht die Entwicklung effizienter Vergasungsprozesse für definierte Synthesegasqualitäten und die Weiterentwicklung hydrothermaler Verfahren im Vordergrund. Darüber hinaus erfolgt kontinuierlich die Erarbeitung und Pflege einer Datenübersicht zum aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft bei Prozesstechnologien für Biokraftstoffanlagen und Bioraffinerien.

Der im Bereich angesiedelte Forschungsschwerpunkt "Biobasierte Produkte und Kraftstoffe" behandelt ausgewählte Forschungsthemen im Bereich Bioraffinerien.

Die Arbeitsgruppen des Bereiches

In enger Synergie mit den Fragestellungen rund um Vergasungsprozesse, Kraftstoffkomponenten und das dazugehörige Up- und Downstream-Processing stehen in diesem F&E-Schwerpunkt hydrothermale Verfahren als Baustein von Bioraffinerieansätzen im Mittelpunkt und sind Gegenstand theoretischer, experimenteller und praktischer Untersuchungen.

Fokusthemen der Arbeitsgruppe:

  • Untersuchung von Prozessen und Technologien für die hydrothermale Biomassekonversion (Hydrothermale Carbonisierung [HTC], hydrothermale Verflüssigung [HTL])
  • Hydrothermale Verfahren als Möglichkeit der Nährstoffrückgewinnung aus biogenen Reststoffen wie Klärschlamm, Gärrest usw.
  • Hydrothermal erzeugte Kohlen im Einsatz als Brennstoffe, Adsorptionsmittel u. Ä.
  • Produktion von Chemikalien und Kraftstoffvorprodukten mittels hydrothermaler Verfahren

Ansprechpartner:
Benjamin Wirth (Arbeitsgruppenleiter)
Tel.: +49 (0)341 2434-449
E-Mail

Effiziente Trennverfahren für die Herstellung biobasierter Wertstoffe sind zwingend notwendig um neue Bioraffineriekonzepte zu entwickeln. Einzelne Trennschritte und deren Verschaltung zu Trennkaskaden werden im Technikumsmaßstab entwickelt. Verschaltungen zu kompletten Bioraffinerien werden durch Fließschemasimulation abgebildet und analysiert. 

Fokusthemen der Arbeitsgruppe

  • Fest-flüssig Trennung: Dekanter, Heißentwässerung, Filtration
  • Flüssig-flüssig Trennung: Membranfiltration, Extraktion, Destillation, Verdampfung, präparative HPLC 
  • Entwicklung von Trennkaskaden
  • Konzeptionierung von Bioraffinerien: Prozesssynthese, Fließschemasimulation, Maßstabsvergrößerung
  • Bilanzierung und techno-ökonomische Analyse und Bewertung

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Arne Gröngröft (Arbeitsgruppenleiter)
Tel.: +49 (0)341 2434-446
E-Mail

Die Herstellung gasförmiger Sekundärenergieträger ermöglicht fester Biomasse breite, neue Anwendungsfelder in der Energiewirtschaft, der Industrie und dem Verkehr. In diesem Zusammenhang sind die thermo-chemische Umwandlung fester Biomasse in ein CO/H2-Synthesegas durch Vergasung, die Aufreinigung des Synthesegaseses und die Synthese von gasförmigen Sekundärenergieträgern auf der Basis dieses Synthesegases bzw. von CO2 und regenerativ erzeugten Wasserstoff Arbeitsgegenstand dieser Arbeitsgruppe. Dazu erfolgen theoretische und experimentelle Untersuchungen sowie die Validierung durch Messungen an Anlagen im technischen Maßstab.

Fokusthemen der Arbeitsgruppe:

  • Vergasung von Sonderbrennstoffen und katalyt. unterstützte Vergasungsprozesse
  • Gasreinigung / -konditionierung für Synthesegas
  • Integration und Modularisierung von Reaktoren für dezentrale Konzepte
  • SynBioPTx, Heizwert-Erhöhung
  • Techno-ökonomische Analyse und Bewertung

Ansprechpartner:
Dr. Marco Klemm (Arbeitsgruppenleiter)
Tel.: +49 (0)341 2434-537
E-Mail

Ein Fokus der Arbeitsgruppe liegt auf einer vergleichenden Einordnung der aus technischer und praxisbezogener Sicht relevanten Gesamtkonzeptansätze für Biokraftstoff- und Bioraffinerietechnologien. Dafür basiert die Gesamteinschätzung auf Analysen und Bewertungen nach unterschiedlichen Gesichtspunkten, z. B. Technik, Kosten, Umwelteffekte, Standort, Machbarkeit.

Fokusthemen der Arbeitsgruppe:

  • Monitoring der Markt- und Technologieentwicklung von Biokraftstoffanlagen
  • Analyse und multikriterielle Bewertung von Kraftstoffoptionen für unterschiedliche Antriebe
  • Motorprüfstände, Brennerprüfstand und Versuchsfahrzeug (Thermodynamik, Emissionen / Abgasnachbehandlung) sowie Kraftstoffanalytik
  • Analyse und Aufbereitung von Kraftstoffvorprodukten über Hydrotreatment, inklusive Bilanzierung und techno-ökonomische Analyse und Bewertung

Ansprechpartner:

Dr. Kati Görsch (Arbeitsgruppenleiterin)
Tel.: +49 (0)341 2434-329
E-Mail

 

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