Robert Klatt
Ein neues Verfahren ermöglicht die Produktion von günstigen, CO₂-neutralen Biokraftstoffen aus Holz. Die Kosten sind niedriger als bei Kraftstoffen aus Erdöl.
Riverside (U.S.A.). Biokraftstoffe stehen oft in der Kritik, weil sie aus Mais, Raps, Getreide und anderen Pflanzen produziert werden. Die Landwirtschaft baut diese Rohstoffe oft in Monokulturen an, für deren Flächen teilweise Wälder abgeholzt werden. Überdies entstehen durch den energieintensiven Anbau, die Ernte und die Verarbeitung CO₂-Emissionen. Forscher der University of California, Riverside (UCR) um Charles Cai haben nun eine Methode entdeckt, mit der Biokraftstoffe CO₂-neutral und kostengünstig erzeugt werden können.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Energy & Environmental Science ist dabei das pflanzliche Polymer entscheidend. Diese komplexe organisch-chemische Struktur aus den Zellwänden von Pflanzen erhöht ihre Stabilität und erschwert dadurch die Extraktion ihrer Biomasse. Die Forscher haben deshalb die neue Chemikalie Co-Solvent Enhanced Lignocellulose Fractionation (CELF) entwickelt, mit der Biomasse vorbehandelt werden kann.
„Die Verwertung von Lignin ist das Tor zu einer möglichst wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Nutzung von Biomasse. Die Entwicklung eines Prozesses, der sowohl das Lignin als auch die in der Biomasse enthaltenen Zucker besser nutzen kann, ist eine der spannendsten technischen Herausforderungen in diesem Bereich.“
Der neue Vorbereitungsprozess nutzt neben Wasser und verdünnter Säure das Lösungsmittel Tetrahydrofuran (THF). THF lockert bei Temperaturen von 140 bis 160 Grad Celsius die Zellstrukturen und erleichtert dadurch die Extraktion der Biomasse.
„Es verbessert die Gesamteffizienz und erweitert die Möglichkeiten zur Lignin-Extraktion. Das Beste ist, dass THF selbst aus Biomasse-Zuckern hergestellt werden kann.“
Die neue Methode hilft zudem dabei, das Lignin zu isolieren. In normalen Biokraftstoffraffinerien wird der Rohstoff zur Wärme- und Energiegewinnung verbrannt und ausschließlich der extrahierte Zucker wird zur Produktion der Biokraftstoffe verwendet. Das isolierte Lignin kann stattdessen für die Gewinnung von Alkoholen und Kohlenwasserstoffen verwendet werden.
„Die Zugabe von THF trägt dazu bei, die Energiekosten der Vorbehandlung zu senken und Lignin zu isolieren, sodass es nicht mehr verbrannt werden muss.“
Die Chemikalie CELF eignet sich für die Herstellung von Biokraftstoffen der zweiten Generation, die nicht aus essbarem Materialien, sondern aus Nebenprodukten von forstwirtschaftlichen und landwirtschaftlichen Betrieben bestehen. In den U.S.A. stehen jährlich bis zu einer Milliarde Tonnen Biomasse bereit, aus denen mit der neuen Methode Biokraftstoffe produziert werden könnten. Dies reicht aus, um etwa ein Drittel des Erdölverbrauchs der U.S.A. zu ersetzen.
„Darüber hinaus können wir erneuerbare Chemikalien herstellen, die uns dabei helfen, ein Treibhauspotenzial von nahezu Null zu erreichen. Ich denke, das verschiebt die Nadel von Gen-2-Biokraftstoffen zu Gen-2+.“
In den U.S.A. kostet eine Gallone (3,785 Liter) herkömmliches Kerosin derzeit etwa 6 Dollar (5,60 Euro). Der Biokerosin, der etwa aus Maisstroh und dem Holz von Pappeln produziert werden kann, könnte laut den Forschern für etwa 3,15 Dollar (2,93 Euro) pro Gallone produziert werden.
Energy & Environmental Science, doi: 10.1039/D3EE02532B
