Bioethanol ist dehydriertes (hochkonzentriertes) Ethanol, das als Additiv für Kraftstoff verwendet wird. Es ist ein leicht verfügbarer, sauberer Treibstoff für Verbrennungsmotoren, der sich leicht mit Benzin verbindet.
Mit moderner, energiesparender Technologie aus pflanzlichen Rohstoffen erzeugt, ermöglicht Bioethanol eine wesentliche Reduktion der klimaschädlichen CO2 Emissionen aus Transport und Verkehr. Die Senkung der Treibhausgasemissionen sind ein Hauptziel der Förderpolitik für Biokraftstoffe.
Wir planen und errichten Anlagen, die Ethanol aus einer breiten Palette von stärke- oder zuckerhaltigen Substraten verarbeiten. Zu diesen Rohstoffen gehören Weizen, Mais, Hirse, Gerste, Roggen, Kartoffeln, Maniok, Süßkartoffeln und Nebenprodukte der Nassvermahlung. Hinzukommen Zuckerhirse, Zuckerrohr und Zuckerrüben in Form von Melasse, Dicksaft oder Sirup und nicht zuletzt Produkte aus dem Aufschluss von zellulosehaltigen Rohstoffen (die sogenannte 2. Generation).
Vogelbusch-Verfahren für die Erzeugung von Bioethanol
Zucker wird mit Hilfe von Hefe zu Ethanol fermentiert, das dann in weiteren Verfahrensschritten verfeinert und konzentriert wird.
STÄRKE: Getreide und Knollen werden gemahlen, bevor sie im Prozess verwendet werden. Stärke oder Nebenprodukte aus Nassmahlanlagen bedürfen keiner besonderen Behandlung und werden direkt der Verflüssigung zugeführt.
ZUCKER: Melasse und Zuckersirupe bedürfen selten einer besonderen Behandlung. Sie werden verdünnt, angesäuert und direkt der Fermentationseinheit zugeführt. Für Substrate, die große Mengen an inhibierenden (die Fermentation beeinträchtigenden) Substanzen enthalten, kann eine Pasteurisierung und/oder Strippen erforderlich sein. Eventuell kann es notwendig sein, in einem zusätzlichen Prozessschritt den Schlamm abzutrennen.
Jede Option hat ihre Vorteile
Stärke wird durch Verflüssigung und Verzuckerung behandelt, um Glukose als fermentierbaren Zucker zu erhalten. Die teilweise verzuckerte Substanz wird abgekühlt und direkt der Fermentationseinheit zugeführt. Die endgültige Umwandlung der Stärke in Glukose findet simultan während der Fermentation statt. Zur Wiederverwendung von Wasser und latenter Wärme wird im Vogelbusch Hotmash© Verfahren ein Teil der dekantierten Schlempe aus der Destillation zur Verflüssigung/Verzuckerung rezirkuliert.
In der Fermentationsstufe wandelt Hefe Monosaccharide in Alkohol um. Als Standardverfahren kommt in der Alkoholproduktion unsere fortschrittliche kontinuierliche Vogelbusch MultiCont© Fermentation zum Einsatz.
Die Fermentation des Substrats beginnt in einem Vorfermenter unter angepassten Bedingungen, die das Hefewachstum fördern. Die fermentierende Maische fließt dann stetig durch eine Reihe von Hauptfermentern, während die Alkoholkonzentration auf einen Wert von 13 - 15 % Vol. (je nach Rohstoff) ansteigt. Vom letzten Fermenter wird die alkoholische Maische über einem Zwischenbehälter zur Destillation zugeführt.
Für besonders anspruchsvolle Rohstoffe können konventionelle Batch-Fermentationssysteme eingesetzt werden.
Mit nichtfaserigen Substraten wie Melasse oder Stärkemilch ist eine Rückführung der Hefe möglich, womit die Ausbeute verbessert und die Fermentation beschleunigt werden kann.
Die während der Fermentation erzeugte Wärme wird über externe Wärmetauscher abgeführt; Abluft aus den Fermentern wird zur Rückgewinnung von Alkohol durch einen Wäscher geführt.
Die alkoholische Maische wird vorgewärmt und der Destillationseinheit zugeführt, wo der Rohalkohol aus der Maische abdestilliert wird und eine alkoholfreie Flüssigkeit, die Schlempe, zurückbleibt. Die abgetrennten Rohalkoholdämpfe werden in mehreren Kolonnen von Nebenkomponenten gereinigt und auf mindestens 94% Vol. rektifiziert.
Um Frischdampf zu sparen, arbeiten die Kolonnen auf unterschiedlichen Druckniveaus und eine Kolonne kann mit den Kopfdämpfen der anderen Kolonne beheizt werden - ein Vogelbusch-System, das als MultiPressure Destillation bekannt ist.
Der Energieverbrauch wird mittels thermischer Integration der Destillations-, Rektifikations- und Dehydratationseinheit weiter reduziert, wodurch der Dampfbedarf bei nur 1.150 kg / 1.000 Liter Bioethanol liegt.
Ein Dehydratationsverfahren wird verwendet, um praktisch wasserfreies Ethanol zu erhalten. Vogelbusch setzt als Standardtechnologie ein Druckwechsel-Adsorptionsverfahren (PSA) mit Molekularsieben ein. Der endgültige Wassergehalt kann auf weniger als 0,05% Vol. reduziert werden.
Abhängig von gesetzlichen Vorgaben kann abschließend eine Vergällung (Denaturierung) des Ethanols erforderlich sein, um es durch den Zusatz von bestimmten Substanzen ungenießbar zu machen.
Wir haben die Technologie und Erfahrung, um Prozesse für eine breite Palette von Anwendungen und Produktspezifikationen zu entwerfen. Die Vogelbusch-Kolonnensysteme sind so optimiert, dass sie den Anforderungen von Treibstoffethanol gemäß ASTM D4806 (USA) oder EN 15376 (EU) oder individuellen Verbraucherspezifikationen entsprechen.
Die dafür notwendigen analytischen Tests werden in unserem hauseigenen Labor durchgeführt.
Da nur der Zucker beziehungsweise die Stärke für den Prozess benötigt wird, können die restlichen Bestandteile des Rohmaterials wiederum wertvolle Nebenprodukte liefern.
Die Schlempe aus Rüben- oder Zuckerrohrmelasse wird direkt der Eindampfungseinheit zugeführt, wo es je nach Verwendungszweck in einem Bereich von 30 - 65% Trockensubstanz konzentriert wird. Die konzentrierte Melasseschlempe (Vinasse) kann als Tierfutterzusatzstoff oder Dünger verkauft, oder zur Erzeugung von Prozessdampf verbrannt werden. Für die Biogasproduktion ist keine Konzentration erforderlich.
Getreideschlempe enthält Proteine, Mineralien, Fett und Fasern, die ein wertvolles Tierfutter ergeben. Unlösliche Substanzen in der Schlempe werden in einem Dekanter als Kuchen abgetrennt und mit konzentrierter Schlempe aus der Eindampfungseinheit gemischt, bevor es der Trocknungseinheit zugeführt wird. Die Trockenschlempe (auch DDGS = Distiller’s Dried Grain and Solubles) wird als pulverförmiges oder pelletisiertes Produkt verkauft. Alternativ können vor allem für kleinere Anlagen, Schlempe und Dekanterkuchen direkt verkauft werden. Schlempe ist außerdem eine mögliche anlageninterne Energiequelle als Biomasse oder Biogas.
Unser Ansatz ist der Einsatz der bestmöglichen Technologie zur Reduktion von Primärenergie- und Frischwasserverbrauch
Energieeffizienz ist ein bewährter, kostensparender Weg, um CO2 Emissionen zu senken und zur Nachhaltigkeit der Produktionskette von Bioethanol beizutragen.
Entscheidungsgrundlage für Trocknertechnologien sind Energieverfügbarkeit und -kosten. Wo billiger Dampf vorhanden ist, werden indirekt dampfbeheizte Rohrbündeltrockner verwendet. Ansonsten werden gas- oder leichtölbeheizte Trockner eingesetzt. Sowohl Ring- als auch Drehtrommeltrockner sind geeignet.
Die wichtigsten Kostenfaktoren für die Bioethanolproduktion sind Rohstoffe, Energie- und Investitionskosten.
Unsere fortschrittlichen Prozessdesignkonzepte für Bioethanolanlagen haben einen erheblichen Einfluss auf diese Kostentreiber und auf die Anlagenverfügbarkeit. Schwerpunkte hierfür sind
Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbesserung unserer Kompetenz sorgt dafür, dass alle unsere Technologien wirklich auf dem neusten Stand der Technik sind. Vogelbusch bietet flexible Designkonzepte mit hochspezialisierten Sonderlösungen, die die Prozessökonomie optimieren:
Unsere hochqualifizierten Fachleute stehen auch zur Verfügung, um bestehende Anlagen zu erweitern oder zu überarbeiten, die Kapazität zu erhöhen, die Ausbeute und/oder die Produktqualität zu verbessern und um Energie und Wasser zu sparen. Weiters unterstützen wir Sie bei der Erweiterung Ihrer Produktpalette, um Einnahmen aus Nebenprodukten der Ethanolherstellung zu erzielen.
Bioethanol kann in Verbrennungsmotoren unterschiedlich genutzt werden
Wässriger Ethanol (95% Vol.) enthält etwas Wasser. Es kann direkt als Benzin-Ersatz in Autos mit modifizierten Motoren verwendet werden.
Wasserfreies (oder dehydriertes) Ethanol ist frei von Wasser und hat eine Reinheit von mindestens 99%. Es kann mit konventionellem Benzintreibstoff im Bereich zwischen 5% (E5) und 85% (E85) gemischt werden. Praktisch alle Autos können heutzutage E5 nutzen, meistens sogar E10. Die Verwendung von E85 erfordert sogenannte FlexFuel-Fahrzeuge.
ETBE (Ethyl-tertiär-butylether) ist ein Benzin-Additiv, das aus Bioethanol hergestellt wird.
| Verbrauch für 1.000 l Bioethanol | ||
| Weizen | kg | 2,420 |
| Stärkegehalt | % | 62 |
| Dampf* | kg | 1,400 [3,150] |
| Elektrische Energie | kWh | 115 [260] |
| Kühlwasser ** | m³ | 95 [175] |
| Prozesswasser*** | m³ | 2.7 |
| Verbrauch für 1000 l Bioethanol | ||
| Mais | kg | 2,285 |
| Stärkegehalt | % | 65 |
| Dampf* | kg | 1,250 [2,750] |
| Elektrische Energie | kWh | 110 [220] |
| Kühlwasser** | m³ | 90 [165] |
| Prozesswasser*** | m³ | 2 |
| Verbrauch für 1000 l Bioethanol | ||
| Tapioka-Chips | kg | 2,320 |
| Stärkegehalt | % | 65 |
| Dampf | kg | 1,350 |
| Elektrische Energie | kWh | 115 |
| Kühlwasser* | m³ | 90 |
| Prozesswasser** | m³ | 4 |
| Verbrauch für 1000 l Bioethanol | ||
| Melasse | kg | 3,210 |
| Zuckergehalt* | % | 50 |
| Dampf | kg | 1,700 [3,000] |
| Elektrische Energie | kWh | 70 [100] |
| Kühlwasser** | m³ | 100 [160] |
| Prozesswasser | m³ | 7 |
| Verbrauch für 1000 l Bioethanol | ||
| Rohrzucker- oder Süßhirsesaft | kg | 8,640 |
| Zuckergehalt | % | 18 |
| Dampf | kg | 1,200 [2,550] |
| Elektrische Energie | kWh | 60 [90] |
| Kühlwasser** | m³ | 100 [170] |
| Prozesswasser*** | m³ | 1 |
Die wirtschaftliche Mindestkapazität einer Bioethanolanlage liegt in Europa bei 300.000 Litern pro Tag (= 100.000 Tonnen pro Jahr). Vorausgesetzt, dass die Energiekosten günstig sind, kann sie in anderen Regionen 100.000 Liter pro Tag liegen.
Für 1.000 Liter Ethanol (bei durchschnittlichem Zucker- bzw. Stärkegehalt, jeweils auf nasser Basis) benötigt der VOGELBUSCH-Prozess
Eine Kombination von Rohstoffen ist möglich, jedoch müssen höhere Investitionskosten zur Abdeckung der unterschiedlichen Prozessschritte berücksichtigt werden.
Entscheidende Faktoren für den Standort der Anlage sind
Für eine Produktionsmenge von 300.000 Liter pro Tag sind 5 bis 6 Hektar erforderlich.
Ab Vorliegen der behördlichen Genehmigungen dauern Planung und Errichtung 18 bis 24 Monate.
Der Investitionsaufwand ist sowohl von der Anlagenkapazität und -konfiguration als auch von örtlichen Bedingungen abhängig. Die Kosten für die komplette Prozessanlage (ohne Gebäude, Nebenanlagen, Infrastruktur) für 300.000 Liter pro Tag bewegen sich im Bereich von 30 bis 50 Millionen Euro.
Im Detail hängen die Kosten von der vorhandenen Infrastruktur und dem verwendeten Rohstoff ab. So benötigen Getreideanlagen im Vergleich zu Zucker höhere Investitionskosten.
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