2.2 Biodiesel (oil and fat-based biofuel)

Hydrierverfahren für pflanzliche Öle

Hydroprocessing ist ein alternatives Verfahren zur Umesterung von Ölen und Fetten zu Biodiesel (siehe FAME). Hydroprocessing ist ein bekanntes Verfahren in der petrochemischen Industrie, das die Entfernung von Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff oder Metallen ermöglicht. Die Produkte werden als Hydrotreated Vegetable Oils (HVO) oder synonym als Hydroprocessed Esters and Fatty Acids (HEFA) bezeichnet. Sie zählen zu den fortschrittlichen Kraftstoffen, da sie bei der Verbrennung geringere NOx-Emissionen aufweisen, eine bessere Lagerstabilität und bessere Kaltfließeigenschaften besitzen (EAFO 2020). Seit 2011 ist HEFA auch für den kommerziellen Einsatz als Flugkraftstoff (Biokerosin) zugelassen. Für die HVO/HEFA-Verarbeitung kann eine große Vielfalt an Öl- und Fettrohstoffen verwendet werden. Auch Abfallstoffe und minderwertige Reststoffe sind geeignet. Das finnische Unternehmen Neste Oil verfügt derzeit über die weltweit größten Produktionskapazitäten für HEFA.

In der ersten Stufe des Prozesses werden Verunreinigungen wie Feststoffe und Wasser entfernt. Dann müssen Ester und Doppelbindungen von Triglyceriden in Ölen und Fetten gesättigt werden. Dazu wird Wasserstoff verwendet. Dieser Prozess findet in speziellen Festbettreaktoren mit Edelmetallkatalysatoren (z.B. Kobalt oder Nickel-Molybdän) statt und erfordert Temperaturen von 280 bis 340°C und Drücke zwischen 50 und 100 bar. Dabei wird das Pflanzenöl in vollständig gesättigte n-Alkane umgewandelt.

Die n-Alkane werden dann in einem nachfolgenden Prozessschritt, dem sogenannten Isomerisieren und Cracken, weiterverarbeitet. Bei diesem Schritt werden Sauerstoff und Doppelbindungen entfernt und es entstehen verzweigte Moleküle. Katalysatoren spalten n-Alkane in kürzere Moleküle, offene Grenzen werden mit Wasserstoff gesättigt und teilweise zu einem komplexen verzweigten Molekül rekombiniert. Das Cracken und die Isomerisierung finden bei Temperaturen zwischen 280 und 400°C und Drücken zwischen 30 und 100 bar statt. Höhere Temperaturen und niedrige Drücke begünstigen das Cracken, da die Isomeration bei niedrigeren Temperaturen und hohen Drücken stattfindet. Dem Prozess folgt eine Destillation und Rektifikation (siehe Bioethanolverarbeitung in Kapitel 2.1) zur Trennung der Produkte. Der Wasserstoff wird entfernt und es entstehen z. B. Diesel, Naphta oder Kerosin. Verzweigte Alkane, die weder Sauerstoff noch Doppelbindungen enthalten, haben einen niedrigeren Gefrierpunkt, was z. B. für Flugzeugtreibstoffe wichtig ist.