Refinery integration of lignocellulose for automotive fuel production via the bioCRACK process and two-step co-hydrotreating of liquid phase pyrolysis oil and heavy gas oil

Dr. Klara Treusch bedient den BtL-Labor-Reaktor

 

Interview

 

Im Rahmen ihrer Dissertation haben wir mit Dr. Klara Treusch zu diesem spanenden Thema gesprochen. Das Interview sowie einen kurzen Überblick zu ihrer Dissertation finden Sie hier:

 

Klara, was brachte dich zu BDI? Wie verlief deine Karriere bis jetzt?

Im Zuge meines Chemiestudiums an der TU Graz habe ich mich 2012 bei BDI für ein Praktikum beworben. Über die Fem-Tech-Initiative von der FFG habe ich dann das Praktikum bekommen.

Während meiner Zeit bei BDI habe ich mit meiner Bachelorarbeit gestartet und Teilzeit weitergearbeitet. Dann kamen schon die Masterarbeit und meine Dissertation im Bereich Biomass-to-Liquid-Technologie, und seither bin ich Vollzeit dabei.

Im Laufe meiner gesamten Ausbildung und seit meiner Anfangszeit bei BDI hat mich Nikolaus Schwaiger als Mentor begleitet. Mittlerweile ist er auf der TU als Dozent tätig und hat sogar meine Dissertation betreut.

 

In deinem aktuellen Paper schreibst du über die Möglichkeit, lignocellulosehaltige Biomasse (z.B. Holz oder Stroh) zur Herstellung von Kraftfahrzeugtreibstoff zu verwenden. Wie bist du auf diese Idee gekommen?

BDI hat schon lange an diesem Thema geforscht und dazu bereits gemeinsam mit OMV ein Pilotprojekt („bioCRACK“) realisiert. Im Zuge eines FFG-geförderten Forschungsprojekts hatte ich die Möglichkeit, mich mit diesem zukunftsorientierten Projekt zu befassen. Ich finde dieses Thema persönlich sehr spannend, weil man aus einem so wunderbaren, vielfältig nachwachsenden Rohstoff – nämlich Holz – einen nachhaltigen Biotreibstoff produzieren kann.

 

Könntest du bitte kurz umreißen, wie das Projekt aufgebaut war?

Für mich hat es 2012 begonnen – da wurde gerade die bioCRACK-Pilotanlage in Betrieb genommen. Anschließend habe ich die Analytik begleitet. Um die Pilotanlage ständig zu optimieren bzw. verschiedene Rohstoffe vorab im kleinen Maßstab zu testen, wurden bei uns im Labor permanent Versuche durchgeführt, die dann auf den großen Pilotmaßstab übersetzt wurden.

Ende 2015 haben wir eine Zusage von FFG für eine weitere Förderung erhalten und begonnen, am Thema Aufwertung von Pyrolyse-Öl (das ist ein biogenes Nebenprodukt von bioCRACK) zu forschen. Das wurde dann zu meinem Thema für die Dissertation am Institut für chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik an der TU Graz.

 

Mit dir haben noch neun weitere ForscherInnen an dem Paper gearbeitet. Wie hat sich das Team ergeben? Welche Qualifikationen waren besonders wichtig?

Das Projekt war so aufgebaut, dass wir die Versuche gemeinsam mit DiplomandInnen und BachelorstudentInnen der Studienrichtungen Chemie, Chemical and Pharmaceutical Engineering und Verfahrenstechnik durchgeführt haben. Mir war wichtig, dass die StudentInnen motiviert sind und sich für das Thema genauso begeistern können wie ich.

Die Projektleitung vonseiten der TU hat mein ehemaliger BDI-Mentor, Priv.-Doz. Nikolaus Schwaiger, übernommen, und von der BDI wurden wir von Dr. Peter Pucher, dem Leiter der F&E BtL-Gruppe, unterstützt und begleitet.

Außerdem konnten wir stets auf die Expertise von Herrn Prof. Siebenhofer, dem Institutsleiter für chemische Verfahrens- und Umwelttechnik, zurückgreifen. Er hat es uns ermöglicht, uns voll und ganz unserem Projekt widmen zu können.

 

Ihr habt ja mit sehr hohen Temperaturen (bis zu 400° Celsius) und hohem Druck (120 bar) gearbeitet. Was war am schwierigsten für das Team? Das Set-up, die Auswertung oder doch ein Zwischenschritt im Projekt?

Die größte Schwierigkeit – abgesehen von den strengen Sicherheitsvorkehrungen bei der Verwendung von Wasserstoff und Arbeiten mit hohem Druck (physikalisch gesehen) – bestand im Aufwand jedes einzelnen Versuches. Um den Reaktor bei 120 bar gegen Wasserstoff dicht zu bekommen, den Katalysator vorzubereiten und dann stabile Reaktionsbedingungen im Reaktor zu erreichen, mussten wir bereits einen Arbeitstag für die Hochfahrzeit einplanen – das bedeutet, dass jeder Versuch über mehrere Tage fortwährend gelaufen ist und wir im Schichtbetrieb gearbeitet haben. Dazu kommen dann noch die ganze Vor- und Nachbereitung, Auswertung, Analytik etc. Das stellt einen immensen Aufwand vonseiten der Personalplanung dar, vor allem in der Nacht, da aus Sicherheitsgründen immer mindestens zwei geschulte Personen da sein müssen. Da muss man zum einen genügend qualifizierte Leute finden und sich zum anderen voll auf die KollegInnen verlassen können.

 

Welches Potential siehst du in der Verwendung von lignocellulosehaltiger Biomasse zur Herstellung von Treibstoff? Würdest du sagen, dass ihr hier eine Alternative zu herkömmlichen fossilen Treibstoffen gefunden habt? Wo geht die Reise hin?

Zurzeit tut sich sehr viel im Transportsektor in Richtung Nachhaltigkeit, CO2-Neutralität, Klima- und Umweltschutz. Aber leider herrscht da eine gewisse Uneinigkeit, weil man noch keine Masterlösung gefunden hat, wie sich Mobilität weiterentwickelt, wenn man ohne fossile Brennstoffe auskommen will.

Diese Masterlösung wird meiner Meinung nach nicht in einer einzigen Technologie zu finden sein, so wie es bisher bei der Verwendung von Erdöl der Fall war. Deshalb ist es so wichtig, dass gleichzeitig an unterschiedlichen Lösungsansätzen geforscht wird (E-Mobilität, Brennstoffzellen, Biomass-to-Liquid (BtL), Hybridvarianten, um nur einige Beispiele zu nennen).

Lignocellulosehaltige Biomasse bietet sich meines Erachtens nach ausgezeichnet als Teil des Energiepuzzles an. Denn vor allem in Regionen, in denen dieser nachwachsende Rohstoff vorhanden ist und Holzindustrie betrieben wird – also Holzabfälle entstehen –, sollte man diese Technologie in Betracht ziehen.

 

Welche Rolle spielen staatliche Förderungen für die Forschung?

Staatliche Förderungen spielen eine große Rolle. Viele Entwicklungen wären ohne sie gar nicht möglich. Ein Unternehmen muss darauf achten, wirtschaftlich zu arbeiten, Arbeitsplätze zu sichern etc. Da wird dann eher an Produktadaptionen und Weiterentwicklungen gearbeitet – und für neuartige (meist kostspielige) Projekte bleiben keine Ressourcen mehr übrig.

Bei BDI ist es zum Glück so, dass wir eine Top-Infrastruktur haben (Labors, Technikum etc.) und auch einiges an Ressourcen für die Entwicklung von neuen Technologien aufgebracht wird. Aber vor allem in den Bereichen Recycling, CO2-Reduktion und Klimaschutz – diese Themen betreffen uns ja alle – braucht es einfach staatliche Förderungen, um voranzukommen.

Für ein kleines Land wie Österreich ist es ja auch gut, wenn man international für die Entwicklung von solchen Technologien bekannt ist und mit den Big Playern mithalten kann.

 

Welchen Tipp hast du für wissenschaftlich-technologisch interessierte Frauen, wenn sie in der Tech-Branche Fuß fassen möchten?

„Es kochen alle nur mit Wasser“ – dieser Satz fällt mir dazu sofort ein, den hat mir nämlich meine Mama mit auf den Weg gegeben. Und nach bald acht Jahren in diesem Beruf kann ich nur sagen: „Es stimmt!“

Mir wäre es nie in den Sinn gekommen, dass ein Mann technisch oder wissenschaftlich mehr draufhat als eine Frau. Wenn einem das so vorkommt, liegt es eher am gesellschaftlich geprägten Selbstbewusstsein als an den fachlichen Kompetenzen! Mein Tipp an euch Frauen: „Lasst euch nicht unterkriegen!“ Auf der einen Seite müssen wir hinter unseren Kompetenzen stehen, und auf der anderen Seite muss das Umdenken in Richtung „Frauen in Führungspositionen/Frauen in der Technik“ noch weitergehen. Bei BDI schätze ich, dass ich sehr viele hoch qualifizierte Kolleginnen habe und auch bei Neueinstellungen Chancengleichheit herrscht.

 

Abschließend würden wir gerne wissen, in welche Richtung deine nächsten Projekte gehen werden. Möchtest du uns schon verraten, welche Materialien du als Nächstes untersuchen wirst?

Zurzeit entwickle ich mich in Richtung Erstellung von Massen- und Energiebilanzen für das Engineering von industriellen Anlagen weiter, da ich einfach wahnsinnig gerne mit Zahlen jongliere. Aber es gibt auch schon Ideen, um bald wieder ein spannendes Thema für einen Förderantrag einzureichen.

 

Liebe Klara, danke für deine Zeit. Möchtest du abschließend noch etwas hinzufügen?

Ich hoffe, dass wir weiter in Richtung BtL forschen werden, und dass ich auch dann wieder die Möglichkeit habe, mit so vielen kreativen Köpfen zusammenzuarbeiten.

 

 

 

Abstract

This paper contributes to the integration of pyrolysis oil in standard refinery hydrotreating units for biogenous fuel production by co-processing. A two-step hydrodeoxygenation (HDO) process was performed at 80 and 120 bar hydrogen pressure. Liquid phase pyrolysis (LPP) oil was hydrodeoxygenated in a first step between 250 and 350 °C. An optimum between sufficient hydrophobation and high carbon yield in the product phase was determined at 300 °C. Co-processing was performed at 400 °C with 10 wt% of the mildly hydrotreated LPP oil in heavy gas oil (HGO). During the co-processing step, a stable operation mode and constant product quality without pressure dependency in the range of 80 to 120 bar was observed. The experimental outcome as well as product quality and carbon yield were the same as for reference experiments without admixture of pre-treated LPP oil. The products contained no residual oxygen and showed a high H/C ratio, equal to that of HGO.

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