Analyse und Bewertung ausgewählter zukünftiger ...

2.3.1.1 Stand der Technik
Rohstoffbereitstellung
KRAFTSTOFFOPTIONEN AUS FESTER BIOMASSE
Für die nachfolgenden Prozessstufen wird der Rohstoff zunächst gereinigt, mechanisch vorbehandelt
und auf eine definierte Partikelgröße konditioniert (z. B. 1 bis 3 mm bzw. wenige
cm). Zudem ist je nach Art des Lignocelluloseaufschlusses bzw. der Hydrolyse eine Vortrocknung
auf eine Restfeuchte von < 10 Ma.% erforderlich. Insbesondere die Konditionierung
auf sehr kleine Partikelgrößen kann dabei bis zu einem Drittel des gesamten Prozessenergieverbrauchs
in Anspruch nehmen [110], [214].
Lignocelluloseaufschluss / Hydrolyse
Um die im Rohstoff enthaltene Cellulose freizusetzen, erfolgt – eng gekoppelt an die Konditionierung
– der Lignocelluloseaufschluss. Dabei werden zunächst Hemicellulose und Lignin
unter Einsatz chemischer, physikalischer oder biologischer Verfahren freigesetzt. Hemicellulose
wird durch Additivierung von Wasser oder Dampf zu C5-Einfachzuckern (d. h. Pentosen,
maßgeblich sog. Xylose) hydrolysiert, die nach einer Produktseparierung (u. a. Filtern,
Pressen) der Fermentation zugeführt werden. Eine Übersicht möglicher Verfahren des Lignocellulose-
und Hemicelluloseaufschlusses für eine breite Rohstoffpalette enthält Tabelle 2-3.
Tabelle 2-3: Ausgewählte Verfahren für den Lignocelluloseaufschluss und Hemicellulosehydrolyse
[8], [110], [126], [128], [129], [145], [179], [214], [253]
Verfahren Charakteristika
Starksaure
Hydrolyse
Schwachsaure
Hydrolyse
Nicht- oder sauer
katalytische
Dampfexplosion
- verfügbares zweistufiges Verfahren mit konzentrierter Säure: z. B.
75 %-ige H2SO4 bei 40 bis 50 °C, anschließend Wasserverdünnung auf
20 bis 30 % bei 100 °C, 2 bis 4 h mit Säurerückgewinnung (z. B. über
Chromatographieverfahren) und anschließender Neutralisation der Säure
(z. B. Ca(OH)2)
- vorteilhaft ist geringe Produktion fermentationshemmender Stoffe und
niedriges Temperatur- und Druckniveau
- nachteilig ist erforderliche Brennstofffeuchte von < 10 Ma.%
- ermöglicht sog. Totalhydrolyse
- verfügbares ein- oder zweistufiges Verfahren mit verdünnter Säure
(z. B. 0,5 %-ige H2SO4) bei 150 bis 220 °C und 3 bis 15 bar,
2 bis 30 min mit anschließender Neutralisation der Säure (z. B.
Ca(OH)2)
- nachteilig ist Entstehung unerwünschter fermentationshemmender
Furanderivate und Phenole durch Zuckerdegradation, Reduzierung z. B.
durch Nachbehandlung mit halbkontinuierlicher Druckwasserwäsche
(bei 140 bis 160 °C) für anschließende enzymatische Cellulosehydrolyse
- ermöglicht ebenso Cellulosehydrolyse
- teilweise im sauren Milieu unter Zusatz von SO2 oder H2SO4 arbeitendes
Verfahren mit Sattdampf bei 150 bis 220 °C und 20 bis 50 bar, wenige
Minuten
- Einsatz in Pilot- und Demonstrationsanlagen für Strukturaufschluss
- erfordert anschließenden enzymatischen Totalaufschluss
Xyloseertrag
in %
k. A.
75 – 90
45 – 65
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