Aktuell wird in Biogas­anlagen sowohl Strom als auch Bio­methan produziert. Die Kosten, die hinter der Produktion für Erneuer­bare Energien auf dem Gas- und Strom­markt entstehen, gehen dabei aber weit über die von fossilen Energie­trägern hinaus. Die Wirt­schaft­lich­keit der Bio­gas­anlagen ist damit stark von der im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verankerten Ein­speise­vergütung abhängig. Würde diese reduziert werden, müssten viele Bio­gas­anlagen­betreiber um ihre Existenz bangen. Aus diesem Grund hat das Fraunhofer Institut für Keramische Tech­nologien und Systeme IKTS ein Ko­operations­projekt mit vier in Sachsen ansässigen Unter­nehmen und der Technischen Universität Berg­akademie Freiberg ins Leben gerufen, um alter­native Nutzungs­möglich­keiten von Biogas­anlagen zu ent­wickeln, die die Finanzierung dieser auch zukünftig sichern sollen. Das Resultat: Biowachs.

Klimakönner hält dies für einen interessanten und zukunfts­trächtigen Ansatz und hat des­halb bei Erik Reichelt, Wissen­schaftler am Fraunhofer IKTS, einmal genau nachgefragt.

Klimakönner: Wie ist die Idee dazu entstanden, aus Biogas Biowachs zu produzieren?

Reichelt: Deutsch­land ist mit etwa 8000 Biogasanlagen das Land mit der größten Anzahl an Biogas­anlagen weltweit. Der Zubau erfolgte dabei infolge einer starken Förderung nach dem Erneuer­bare-Energien-Gesetz, welches eine über dem Markt­preis liegende Ein­speise­ver­gütung für den an der Biogas­anlage erzeugten Strom garantierte. Um steigende Preise für den End­kunden zu vermeiden, wurde diese Ver­gütung in den letzten Jahren deutlich redu­ziert. Bei weiter sinkenden Ver­gütungen könnten zahl­reiche Anlagen in den nächsten Jahren un­wirt­schaft­lich werden. Wir waren deshalb auf der Suche nach förder­unabhängigen Konzepten zum wirt­schaft­lichen Betrieb exis­tierender Biogas­anlagen. Eine viel­versprechende Idee war dabei die Produktion von Wachsen für verschiedene Anwendungen, die in diesem Fall auch noch aus biogenen Roh­stoffen und nicht auf Erdöl­basis her­gestellt werden.

Hinweis: Der Begriff biogene Rohstoffe umfasst tierische und pflanzliche Materialien. Im Vergleich dazu werden durch die Begrifflichkeit Nachwachsende Rohstoffe zumeist nur Materialien pflanzlicher Herkunft beschrieben.

Zur Gewinnung des Bio­wachses nutzen Sie das Abfall­produkt Kohlen­stoff­dioxid aus der Bio­gas­produktion. Können Sie kurz und knapp erklären, wie die Synthese des Wachses abläuft?

Biogas besteht haupt­säch­lich aus Methan und Kohlen­stoff­dioxid. Bisher wird das Methan in einem Motor ver­brannt, um Strom zu erzeugen. Das Kohlen­stoff­dioxid nimmt nicht an der Verbrennungs­reaktion teil und bleibt damit sozu­sagen unge­nutzt. Bei unserem Konzept reagiert das Methan mit dem Kohlen­stoff­dioxid und Wasser bei hohen Temperaturen zu so­genanntem Synthese­gas. Dies geschieht an einem Kataly­sator. Bekannt sind Kataly­satoren vor allem aus dem KFZ-Bereich, wo sie für die Reinigung der Abgase einge­setzt werden. In der chemischen Industrie werden sie jedoch in ver­schiedensten Fällen für die Beschleunigung gewünschter Reaktionen einge­setzt. Das in der soge­nannten Reformierungs­reaktion gebildete Gas­gemisch kann in einer weiteren Prozess­stufe an einem anderen Kataly­sator zu Wachsen umgesetzt werden. Bei diesem Prozess wird sowohl das Methan als auch das Kohlen­stoff­dioxid aus dem Biogas genutzt, um das gewünschte Produkt zu erzeugen.

Was war die bisher größte Heraus­forderung auf die Sie während der Projekt­arbeit gestoßen sind?

Obwohl der Prozess kurz beschrieben sehr einfach klingt, gibt es bei der Umsetzung doch verschiedene Heraus­forderungen, die oft mit der geringen Anlagen­größe zusammen­hängen. Ähnliche Verfahren werden in der Industrie in einem Maß­stab eingesetzt, der die Produktion von mehreren Mega­tonnen Produkt pro Tag erlaubt. Das ist natürlich fernab von den Größen­ordnungen, die an einer Biogas­anlage erreicht werden können. Die größte Herausforderung ist es deshalb, die Prozess­komponenten in deutlich kleinerem Maß­stab darzu­stellen, insgesamt aber dennoch einen hohen Wirkungs­grad und schluss­endlich einen wirtschaft­lichen Prozess zu erreichen. Hier werden verschiedene innovative Lösungen benötigt.

In einer Presse­meldung vom 23.05.2017 sprechen Sie von der „Her­stellung hoch­wertiger chemischer Produkte“ aus Biogas. Können Sie sich neben der Synthese von Bio­wachs noch weitere alternative Nutzungs­möglich­keiten von Biogas und seinen Abfall­produkten vor­stellen?

Neben der etablierten Nutzung zur Strom- und Wärme­erzeugung sowie zur Einspeisung von Bio­methan ins Erdgasnetz ist grund­sätzlich die Kopplung mit ver­schiedenen Synthesen möglich. Da Biogas­anlagen aber dezentral über das Land verteilt sind, bietet es sich bei der Synthese chemischer Ver­bindungen an, Produkte zu produzieren, die sowohl unbe­denk­lich als auch einfach lager­bar sind. Deshalb sind Wachse ein sehr vorteil­haftes Produkt für dieses Ver­fahren.

Wofür kann und soll das Biowachs dann zukünftig eingesetzt werden?

Wachse, die bisher vor allem auf Erdöl­basis hergestellt werden, werden sehr viel­seitig einge­setzt, z.B. als Schmier­stoffe, zur Impräg­nierung von Holz, für die Her­stellung von Kerzen sowie in der Pharma- und Kosmetik­industrie. Insbesondere für Kosmetik­produkte sind die Bio­wachse interessant, da sie aus Bio­roh­stoffen erzeugt sind und zudem keine bedenk­lichen Neben­produkte aus der Erd­öl­auf­bereitung ent­halten. Daneben ist der Einsatz aber auch für andere An­wendung, wie die eben genannten interessant.

Wann rechnen Sie mit der Fertig­stellung der Demon­strations­anlage?

Eine erste Demon­strations­anlage soll Ende 2018 fertig­gestellt und an­schließend an einer Biogas­analage eines Projekt­partners be­trieben und getestet werden. Dabei werden wir wichtige Daten für die Be­urteilung der wirt­schaft­lichen Umsetzung eines solchen Konzeptes gewinnen.

Welche Hoffnung legen Sie in das Projekt?

Die in Deutschland vor­handenen Biogas­anlagen unter­scheiden sich teil­weise sehr deutlich in Ihrer Größe. Es ist Gegen­stand des Projektes zu unter­suchen, ab welcher Größen­ordnung der Anlage unser Konzept eine wirt­schaft­liche Alternative zur Strom­erzeugung dar­stellt. Wir sind natür­lich guter Hoffnung, dass wir hier für einen möglichst großen Teil der vor­handenen Biogas­anlagen eine Lösung ent­wickeln können. Allerdings können wir natür­lich noch nicht die Ergeb­nisse des Projekts vorweg­nehmen. Wir werden deshalb in den nächsten zwei Jahren intensiv daran arbeiten, dass wir diese Frage auch wirklich belast­bar be­antworten können.


Foto: Aus Biogas Biowachs erstellen - Erik Reichelt weiß wieWir bedanken uns bei Erik Reichelt für das gelungene Inter­view! Dr. Reichelt hat Chemie­ingenieur­wesen an der HTW Dresden studiert und 2016 an der TU Dresden promo­viert. Seit März 2016 ist er Gruppen­leiter der Gruppe „System­verfahrens­technik“ in der Abteilung „Chemische Verfahrens­technik“ am IKTS.