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                                                                                         microfuel


                                                                Mikrowellen
                                                              Depolymerisation
                                                                  (MWDP)


                                                     Prozesstechnische Anlage
                                                           zur Produktion
                                                   von synthetischen Kraftstoffen
                                                   aus Biomasse und Abfallstoffen




                                                                                      engineered and distributed by



                                                                                      Bionic Laboratories BLG GmbH
                                                                                      64521 Groß-Gerau
                                                                                      +49 6152 9911861




Rev. 35 v. 11.03.2012                                                                 E-Mail:   info@bionic-lab.de
                                                                                      Internet: www.bionic-world.net




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Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung ................................................................................................... 3
Hintergrund ........................................................................................................... 4
        Die Wissenschaft bietet Lösungen an ........................................................................4
Das microfuel™ Verfahren im Detail ............................................................................ 5
        Allgemeine Funktionsbeschreibung ..........................................................................5
Der technische Prozessablauf ..................................................................................... 6
        Vorprozess ........................................................................................................6
        Reaktionsprozess ................................................................................................7
        Nachprozess ......................................................................................................9
Energieeintrag durch Mikrowellen .............................................................................. 9
Energieversorgung der Anlage ................................................................................... 10
Mögliche Kapazitäten .............................................................................................. 12
Der Errichtungsprozess ............................................................................................ 16
Die Baugruppen einer microfuel™ Anlage ..................................................................... 14
Standortbezogene Voraussetzungen ........................................................................... 16
Eigenschaften des Destillates .................................................................................... 19
Typische Wirkungsgrade unterschiedlicher Eingangsstoffe ............................................... 20
Nebenprodukte ...................................................................................................... 21
Erlösmöglichkeiten ................................................................................................. 21
        Treibstoff ....................................................................................................... 21
        Kohle ............................................................................................................ 22
        Prozesswasser.................................................................................................. 23
        Schwefel ........................................................................................................ 23
        Abfallprodukte ................................................................................................. 23
        Abgase .......................................................................................................... 23
Mögliche Einsatzbereiche ......................................................................................... 24
        Verbundstandorte ............................................................................................. 24
        Landwirtschaftliche Nutzung ................................................................................ 24
        Beseitigung von Abfällen..................................................................................... 25
Beratungsleistungen ............................................................................................... 25
Durchführung von Analysen und Tests ......................................................................... 26
Bionic Forschungsinstitut für erneuerbare Energien ....................................................... 27
Die Wirtschaftlichkeit .............................................................................................. 27



                    Änderungen, die dem technischen Fortschritt dienen, bleiben vorbehalten.
                                   Techn. Angaben bedürfen der Bestätigung.

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                                                                                         nächst eine teilweise Hydrierung, bis
Zusammenfassung                                                                          diese aufgrund des steigenden Innen-
Die Bionic Gruppe hat ein Verfahren                                                      drucks platzen und der verbliebene
zur katalytischen Depolymerisation                                                       Wasserdampf in die Mikrowellen Des-
von Kohlenwasserstoffen entscheidend                                                     integrationskammer entweicht.
weiterentwickelt. Das Verfahren und
seine chemo-physikalischen Grundla-                                                      Nach weiterer kontinuierlicher Er-
gen sind seit vielen Jahrzehnten be-                                                     wärmung bis auf ca. 300 Grad Celsius
kannt und haben ihre prinzipielle                                                        beginnt die Aktivität des Katalysators
Funktionsweise mehrfach erfolgreich                                                      im Zusammenspiel mit den pulsieren-
nachgewiesen.                                                                            den Mikrowellen. Diese cracken den
                                                                                         größten Teil der vorhandenen langket-
Bionic gelang jedoch der entscheiden-                                                    tigen Kohlenwasserstoffmoleküle auf
de Durchbruch durch den Einsatz von                                                      Kettenlängen von ca. C12-C24 auf, die
Mikrowellen als Energiequelle in der                                                     in diesem Temperaturbereich als Öl-
entscheidenden trockenen Reaktions-                                                      Dampf entweichen und in der Folge
phase. Mit diesem Ansatz wurden                                                          abdampfen.
nicht nur alle früheren Schwierigkei-
ten der Anlagenentwicklung überwun-                                                      Der verbleibende Reststoff besteht
den sondern auch entscheidende zu-                                                       größtenteils aus Kohlenstoff und kann,
sätzliche Verbesserungseffekte er-                                                       abhängig vom Eingangsmaterial, selbst
zielt.                                                                                   ein hochwertiges, gut verkäufliches
                                                                                         Produkt darstellen.
Trägeröle und umfangreiche, stö-
rungsanfällige Pumpensysteme werden                                                      Das erzeugte Ölkondensat kann in ei-
im trockenen microfuel-- Prozess                                                         nem Folgeprozess (falls erforderlich)
nicht verwendet.                                                                         durch Zentrifugal-Filterung, Nach-
                                                                                         destillation und das Beimischen von
Bionic bezeichnet das weiterentwi-                                                       Additiven zu normgerechten Ölpro-
ckelte Verfahren deshalb nunmehr als                                                     dukten veredelt werden. Falls für be-
Mikrowellendepolymerisation (MWDP).                                                      stimmte Eingangsmaterialien erforder-
                                                                                         lich, kommt zusätzlich ein speziell für
Dem eigentlichen Prozess geht eine im                                                    diese Anlagengröße besonders geeig-
Detail stark vom gewählten Material                                                      netes, hocheffizientes Entschwefe-
abhängige Vorverarbeitung voraus.                                                        lungsverfahren zum Einsatz.
Der Einsatzstoff wird zunächst relativ
fein zerkleinert, dann mit einem Kata-                                                   Die gesamte Anlage besteht weitge-
lysator auf Zeolithbasis sowie weite-                                                    hend aus Standard-Aggregaten und
ren Zusatzstoffen vermischt und ab-                                                      Komponenten. Nur der eigentliche
schließend pelletiert.                                                                   Kern des Moleküldesintegrators wurde
                                                                                         durch Bionic verfahrensspezifisch fort
Die derart erzeugten Pellets werden                                                      entwickelt.
anschließend     dem    Hochfrequenz-
Molekül-Desintegrator (HFMDI) zuge-                                                      Die Bionic Gruppe hat im Laufe der
führt und dort schrittweise erhitzt und                                                  Entwicklung des microfuel™ Systems
mit Mikrowellen behandelt. Der an-                                                       bereits mehrere Patente beantragt.
fänglich im Inneren der Pellets ent-
stehende Dampfdruck begünstigt zu-

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Hintergrund                                                                              Die Wissenschaft bietet Lösungen an
Klimaschutz und die Erschließung                                                         Ein wegweisendes Verfahren, die
nachhaltiger Energiequellen gehören                                                      Technik der Flash-Pyrolyse, wurde
zu den großen aktuellen Herausforde-                                                     bereits in den späten 50er Jahren
rungen der Menschheit.                                                                   entwickelt und in den 80ern durch
                                                                                         Professor Bayer an der Universität Tü-
In Anbetracht der Verknappung her-                                                       bingen wesentlich verbessert. Er er-
kömmlicher Erdölreserven gewinnt die                                                     forschte im Labor die Wirksamkeit
Herstellung von alternativen Brenn-                                                      verschiedener Katalysatoren im Zu-
stoffen bereits seit längerer Zeit im-                                                   sammenhang mit vielen kohlenwasser-
mer größere Bedeutung.                                                                   stoffhaltigen Einsatzmaterialien. Er
                                                                                         nannte das Verfahren Niedertempera-
                 Aber auch die Redu-                                                     turkatalyse (NTK).
                 zierung der Treib-
                 hausgase durch den                                                      Mit Hilfe dieser Erkenntnisse wurde es
                 konsequenten Einsatz                                                    prinzipiell möglich, kohlenwasserstoff-
nachwachsender Rohstoffe rückt we-                                                       haltige Materialien, wie Kunststoffe
gen des erkennbar einsetzenden Kli-                                                      und unterschiedlichste Biomassen ge-
mawechsels immer mehr in das Be-                                                         zielt in verkürzte, aliphatische Koh-
wusstsein der Allgemeinheit.                                                             lenwasserstoffketten umzuwandeln.
                                                                                         Die dabei entstehenden Produkte ent-
Und nicht zuletzt ist die sinnvolle                                                      sprechen weitestgehend den Charak-
Verwertung der ausufernden Abfall-                                                       teristika der bekannten Erdölprodukte
berge moderner Industriegesellschaf-                                                     Diesel          bzw.          leichtem
ten seit Jahrzehnten ein Thema, das
ganz weit oben auf der politischen
Agenda der Welt steht.

Aus den genannten
Gründen wird der
Produktion von öko-
logischen Kraftstof-
fen heute zu Recht allgemein ein so
hoher Stellenwert eingeräumt. Es ist
ein eigenständiger, prosperierender
Wirtschaftszweig entstanden, der
höchste Wachstumsraten erreicht.
                                                                                         Heizöl.
                                                                                         Eine eng verwandte Technologie ist in
                                                                                         der Raffinerietechnik weit verbreitet
                                                                                         und wird bei der Verarbeitung von
                                                                                         dickflüssigen Schwerölen (Rohöl) zu
                                                                                         Treibstoffen eingesetzt. Hier nennt
                                                                                         man diesen Vorgang „katalytisches
                                                                                         Cracken“. Dieser sogenannte Houdry-
                                                                                         Prozess wurde erstmalig 1937 in der
                                                                                         Marcus Hook-Raffinerie eingesetzt. Er
                                                                                         verdoppelte den Benzinanteil pro


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Tonne Rohöl und spielte eine ent-                                                        gelangen und nur bestimmte Reakti-
scheidende Rolle für die Treib-                                                          onsprodukte, nämlich die mit der ge-
stoffversorgung der Alliierten im 2.                                                     wünschten molekularen Kettenlänge,
Weltkrieg. Inzwischen ist er längst                                                      diesen wieder verlassen können.
zum allgemeinen Stand der Technik
geworden.

Das microfuel™ -Verfahren
im Detail
Allgemeine Funktionsbeschreibung
Im Laufe der letzten 20 Jahre wurden
viele Versuche unternommen, den
oben      beschriebenen   chemophy-
sikalischen Prozess verfahrenstech-                                                                      Gittermodell des Katalysators

nisch umzusetzen.                                                                        Wegen dieser Eigenschaft werden Zeo-
                                                                                         lite auch als Molekularsiebe bezeich-
Eine Besonderheit des hier dargestell-                                                   net. Durch die Auswahl des richtigen
ten microfuel™-Verfahrens liegt in der                                                   Typs kann sehr exakt gesteuert wer-
unmittelbaren, einstufigen Verarbei-                                                     den,     welche    Übergangszustände
tung der Einsatzstoffe. Dies können                                                      grundsätzlich möglich sind, um so ein
nachwachsende biogene Rohstoffe wie                                                      Reaktionsprodukt mit genau den be-
Miscanthus, Rapskuchen, Olivenku-                                                        absichtigten Eigenschaften zu erzeu-
chen oder Holz sein, aber auch biolo-                                                    gen.
gische und tierische Abfälle sowie ins-
besondere Kunststoffabfälle und Rei-                                                     In Zusammenwirkung mit der pulsie-
fengranulat. All diese Stoffe können                                                     renden Mikrowellenstrahlung, die die
zu hochwertigen Kraftstoffen bzw.                                                        polaren Moleküle des Materials in eine
Ölprodukten verarbeitet werden.                                                          definierte Schwingung versetzt und
                                                                                         dabei aufheizt, findet die Aufspaltung
Der in der Abfallwirtschaft bekannte                                                     der Kohlenwasserstoffketten unter
Ersatzbrennstoff (EBS) bekommt somit                                                     stark verminderten Reaktionstempera-
eine ganz neue, zusätzliche Verwen-                                                      turen statt.
dungsmöglichkeit über die bisher typi-
sche Direktverbrennung hinaus.                                                           Ein wesentlicher Nachteil herkömmli-
                                                                                         cher Verfahren, nämlich die mögliche
Die zum Einsatz                                                                          Bildung von hochgiftigen Dioxinen und
kommenden Zeo-                                                                           Furanen aus Kunststoffen bei Tempe-
lite haben auf-                                                                          raturen oberhalb von 550°C, wird
grund des kon-                                                                           durch die Entwicklung dieser neuarti-
stanten      Poren-                                                                      gen Technologie vollständig elimi-
durchmessers in                                                                          niert, da die Prozesstemperaturen in
ihrer kristallinen                                                                       der microfuel™ Anlage durchgängig
Nano-Partikel-Struktur    die    Eigen-                                                  400°C nie überschreitet.
schaft, dass nur ganz bestimmte Mole-
küle des Reaktionsmaterials durch das
Kristallgitter an die katalytisch akti-
ven Zentren im Inneren der Kristalle


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Group of companies
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Der technische Prozessablauf                                                              ge arbeitet in der Regel mit zwei pa-
                                                                                          rallel laufenden Vorprozesslinien. Dies
                                                                                          ist zwar etwas aufwendiger in der An-
Vorprozess
                                                                                          schaffung, jedoch erlaubt diese re-
Zu Beginn des Prozessablaufs wird das                                                     dundante Lösung bei den zwangsläufi-
zu verarbeitende Material geschred-                                                       gen Wartungs- und Reparaturphasen
dert, mit Katalysator vermischt und                                                       einen unterbrechungsfreien Betrieb.
anschließend unter hohem Druck in
ca. 6 x 40 mm große Standard-Pellets
verpresst. Gegebenenfalls wird es
durch Vortrockner auf den optimalen
Feuchtigkeitsgrad gebracht.




                                                  Vortrockner




Es ist hierbei von besonderer Wichtig-
                                                                                        Paladin Pelletierpressen
keit, dass die eingesetzten Zerkleine-
rungsanlagen möglichst wartungsarm
und effizient arbeiten.




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     Reaktionsprozess

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    Microfuel Reactor Diagram
                                                                                                                                                                                       Destillation
                                                                                                                                                                                       colon




      pre-processing                                                  reactor                                                                    final destillation




                                                                                                                                                                                                      Lightoil
                                                                                                           Lightoil
                                 High intensity
Glas+Metal                     press and storage                                                                                     Condensor
                                                   H2
separation
                                                   enricher                                                Water                           Condensor


              Main -                                                    Microwaves                                    N2 Tank
             shredder                                                   Up to 480 kwh
                                                                                                                                                              Filter
                                                          Inputtrap                             Gas (Ch4)


                                                                                            Microwave
                                                                                            heating area
                                                                                                                      Exhaust

                                                                                                                                                                                                      Water
                                                                                   Preheating
                                                                                                                Generator
                                                                                                                                                                       Final Destillation
                                                                                                                                                                        Tank & heating
                                                                Cooling water circuit                                                                                 (desulphering opt.)

                                Cooling water tank                                                                              Energy 500kw electric
                                                                                                                                       700 kw thermo




     Die erzeugten Pellets werden dem                                                                onsmasse. Organische Zellen zerplat-
     microfuel™      Hochfrequenz-Molekül-                                                           zen durch die spontane Verdampfung
     Desintegrator (HFMDI) zugeführt und                                                             der enthaltenen Wassermoleküle. Die
     dort unter Luftausschluss in einer                                                              Wirkung des Katalysators als Moleku-
     inerten Stickstoffatmosphäre durch                                                              larsieb begünstigt den spontan einset-
     gepulste Mikrowellen mit über 450 kW                                                            zenden Crackprozess und damit die
     Leistung auf ca. 300°C erwärmt.                                                                 Abspaltung der Kohlenwasserstoffe.

     Hierdurch erhitzt sich das Reaktions-
     material homogen und von innen her-
     aus.

     Die Einwirkung der extrem starken
     Mikrowellenstrahlung auf das gepress-
     te Reaktionsmaterial führt zu be-
     schleunigter Erhitzung des sehr stark
     dielektrischen Katalysators und zer-
     stört durch eine Oberflächenreaktion
     die organischen Moleküle der Reakti-


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                                                                                         hen aus Eiweißstoffen ebenfalls Kohlenwas-
                                                                                         serstoffe.

                                                                                         Stickstoff tritt in Ölen und anteilig in Reakti-
                                                                                         onswasser auch in Form von Aminen (R-NH2),
                                                                                         Säureamiden (R-CONH2) sowie von heterozyk-
                                                                                         lischen Aromaten auf.

                                                                                         Für die Ölausbeute sind Gehalt an Fetten und
                                                                                         Proteinen in den umzusetzenden Biomassen
                                                                                         prägend. Daher liefern unstabilisierte Klär-
                                                                                         bzw. Überschussschlämme höhere Ölausbeu-
                                                                                         ten (ca. 20%) im Vergleich zu stabilisierten
                                                                                         und insbesondere ausgefaulten Schlämmen
          katalytisches Reaktionsbeispiel                                                (ca. 10%).

                                                                                         Bei Faul-Schlamm ist der größte Teil des Koh-
Die exemplarische Reaktionsgleichung                                                     lenstoffs bereits als Biogas (CO2 + CH4) eli-
kann man am Beispiel von Klär-                                                           miniert worden und steht für die Ölbildung
                                                                                         nicht mehr zur Verfügung.“
schlamm als bakterielle Biomasse
nachvollziehen:                                                                          Im Gegensatz zu alternativen Verfah-
                                                                                         ren muss das Eingangsmaterial nicht
Zusammensetzung der Biomasse:
                                                                                         vollständig getrocknet werden. Die in
                                                                                         der Reaktionsmasse enthaltene Rest-
Lipide                                       ca. 30%                                     feuchtigkeit, führt durch die hohen
                                                                                         dielektrischen Eigenschaften von Was-
Proteine                                     ca. 50%                                     ser zu einer kurzfristigen Bildung von
Polysacharide                                ca. 20%                                     überkritischem Wasserdampf inner-
                                                                                         halb der gepressten Pellets. Hierdurch
Umsetzungsformeln:                                                                       hydrieren die Kohlenstoffe teilweise
Proteine
                                                                                         und durch den entstehenden Druck
                                                                                         wird die feste Konsistenz der Pellets
(C70H135O38N18S)n                >    CxHy + H2O + CO2 + NH3 + H2S                       gesprengt. Der Effekt ist vergleichbar
                                                                                         mit dem bekannten Popcorn-Rösten in
Lipide
                                                                                         der häuslichen Mikrowelle. Eine Zu-
C50H92O6                         >    CxHy + CO2                                         gabe von Wasserstoffgas zur Optimie-
                                                                                         rung der Endprodukte ist unter Um-
Kohlenhydrate
                                                                                         ständen sinnvoll.
(C6H10O5)n                       > x C + 5 n H2O
                                                                                         Durch die gepulsten Mikrowellen fin-
Untersuchungen der Universität Gie-                                                      det eine sehr effektive, gleichförmige
ßen haben ergeben, dass:                                                                 und sehr schnelle Erhitzung der Reak-
                                                                                         tionsmasse statt.
„das Öl im Wesentlichen aus Fetten (Lipiden)
und Proteinen gebildet wird. Kohlenhydrate                                               In Verbindung mit der speziell entwi-
(Zucker, Stärke, Cellulose) konvertieren zu                                              ckelten und in den Pellets unter Luft-
Kohlenstoff und Wasser. Daher ist der Prozess                                            abschluss eingepressten Katalysato-
ein Modell der geologischen Bildung von Öl
                                                                                         remulsion kommt es ab ca. 280°C (der
aus Mikroorganismen und Kohle aus Pflanzen.
                                                                                         Siedetemperatur von Dieselölen) zu
Durch Elimination der Heterofunktionen von                                               einer Abspaltung der Kohlenwasser-
Ammoniak (NH3), Dihydrogensulfid (H2S),

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stoffketten, die im dieselähnlichen
Molekülbereich liegen.                                                                   Im Lieferumfang der Anlage ist ein
                                                                                         komplettes Qualitätslabor enthalten,
Der Abspaltungsvorgang geschieht-                                                        das sämtliche Analysegeräte enthält,
aufgrund der starken Bindungskräfte                                                      die für ein permanentes Monitoring
des eingesetzten Katalysators bei der                                                    der Produktqualität erforderlich sind.
molekularen Anbindung an die in der
Eingangsmasse      enthaltenen     CH-                                                   Auf diese Weise kann
Ketten. Die „langen“ Kohlenwasser-                                                       jederzeit der Nachweis
stoffketten werden asymmetrisch be-                                                      für die fortlaufende Ein-
lastet und zerbrechen durch die ther-                                                    haltung aller relevanten
mische Bewegung der Moleküle. Durch                                                      Treibstoffnormen erbracht werden.
die genaue Steuerung der Siedetem-
peratur (240-350°C) und die Auswahl
des Katalysators lässt sich so das ent-
stehende Endprodukt vordefinieren.
Leichtersiedende Stoffe scheiden vor-
her aus dem Kreislauf aus und schwe-
rer siedende CH-Ketten werden solan-
ge gecrackt, bis sie durch Sieden den
Kreislauf verlassen und in einem Kon-
densator aufgefangen und destilliert                                                     In Zusammenarbeit mit einem der re-
werden.                                                                                  nommiertesten Hersteller von Analy-
                                                                                         segeräten wurde ein standardisiertes
Da es sich bei dem microfuel-Prozess                                                     Analysesystem entwickelt.
um ein trockenes Verfahren handelt
erfolgen fast keine Verkokungen oder                                                     Energieeintrag durch
Verstopfungen im System.
                                                                                         Mikrowellen
Nachprozess
                                                                                         Die besondere Form des Energieein-
Die Gase der Gruppe, C12-C64 (die-                                                       trages durch gepulste Mikrowellen ist
selähnliche Öle), werden der End-                                                        eine überaus umweltfreundliche und
destillation zugeführt. Noch nicht                                                       effiziente Methode die Eingangsmate-
vollständig verarbeitete Kohlenwas-                                                                       rialien homogen zu
serstoffe werden der Pelletierung er-                                                                     erhitzen und gleich-
neut zugeführt. Falls notwendig wer-                                                                      zeitig eine hohe
den die destillierten Öle einer Hydrie-                                                                   Standzeit des Ener-
rungs- und Entschwefelungseinheit                                                                         gieeintrages zu ge-
zugeführt, um die physikalischen Pa-                                                     währleisten. Der hybrid-aufgebaute
rameter der entsprechenden Normen                                                        Energieeintrag nutzt außerdem die
zu erreichen.                                                                            überschüssige Wärmeleistung des in-
Im Prozess nicht weiter verwertbare                                                      tegrierten         Blockheizkraftwerks
Reststoffe werden abgeschieden. Mit-                                                     (BHKW) zur Vorwärmung des Materials
tels eines Dekanters werden Flüssig-                                                     und die Strahlungsleistung der Mikro-
keiten und Feststoffe separiert und                                                      wellen fast ausschließlich zur kurzzei-
gegebenenfalls in speziellen Prozessen                                                   tigen Schwellenerhitzung bis zur ei-
weiterverarbeitet bzw. über die übli-                                                    gentlichen Reaktionstemperatur.
chen Wege entsorgt.

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Die Mikrowellenstrahlung durchdringt                                                     Abschirmung        des        Molekül-
die Materialien, ohne dass dabei die                                                     desintegrators und eine zusätzliche
Strahlungsquelle einem mechanischen                                                      Einhausung der gesamten Anlage. Die-
Verschleiß unterworfen wäre. Die                                                         ses verhindert zuverlässig ein Austre-
verwendeten langlebigen Magnetrons                                                       ten der Mikrowellen oder schädlicher
(Mikrowellengeneratoren) sind wäh-                                                       Streustrahlung.
rend ihrer gesamten Lebensdauer von
mehr als 10.000 Stunden vollkommen                                                       Sicherheitsschalter an den Türen und
wartungsfrei. Der Austausch ist kos-                                                     den peripheren Anlagen sind selbst-
tengünstig und erfolgt etwa alle 14-18                                                   verständlich. Die gemessene Streu-
Monate.                                                                                  strahlung am MF 480k liegt im Vollbe-
                                                                                         trieb bei ca. 2 mW in 5 cm Abstand.
Entgegen der landläufigen Meinung                                                        Zulässig ist eine Strahlungsstärke von
hat der Energieeintrag durch Mikro-                                                      20mW in 1 m Abstand. Sie liegen also
wellenstrahlung einen sehr hohen                                                         weit unter den zugelassenen Grenz-
Wirkungsgrad. Der industrielle Einsatz                                                   werten.
von Mikrowellen darf keineswegs mit
den im Haushalt bekannten Geräten
gleichgesetzt werden.
                                                                                         Energieversorgung der Anlage
                                                                                         Als Nebenprodukt fallen bei der Reak-
Durch die gerichteten, fokussierten                                                      tion niedrig siedende, gasförmige Koh-
Mikrowellen entspricht die Leistung                                                      lenwasserstoffe an. Durch ihre Nut-
                                                                                         zung in einem Blockheizkraftwerk ist
                                                                                         die Anlage ein energetischer Selbst-
                                                                                         versorger und weitestgehend vom
                                                                                         Stromnetz unabhängig. Ein oder meh-
                                                                                         rere angeschlossene BHKWs mit ca.
                                                                                         900 kW elektrischer Dauerleistung
                                                                                         versorgen die Mikrowellengeneratoren
                                                                                         mit ausreichend Strom und liefern




der 480 kW Mikrowellengeneratoren,
die in der microfuel MF 480k Anlage                                                      gleichzeitig genügend Abwärme für
eingesetzt werden, vergleichsweise                                                       die Vorheizung und Trocknung des
der Strahlungsleistung von ca. 5.000                                                     Eingangsmaterials.
Haushalts Mikrowellen.

Für die uneingeschränkte Sicherheit
des Personals sorgen eine vollständige

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Anlagenübersicht / MF 480B Clusteranlage mit einer Kapazität von ~ 5.000 Litern/Std.




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                                                                                         des zur Verfügung stehenden Reakti-
Mögliche Kapazitäten                                                                     onsraumes verbunden mit einer gerin-
Der             Hochfrequenz-Molekül-                                                    geren Anzahl genutzter Mikrowellen-
Desintegrator einer microfuel™ Anlage                                                    generatoren. Leistungsreduzierungen
ist in der vollen Ausbaustufe auf eine                                                   auf z.B. 500 l/h. sind insbesondere
Kapazität von 1.250 l Treibstoffpro-                                                     dann sinnvoll, wenn die Anlage für
duktion/h ausgelegt, wobei von einem                                                     geringeres Materialaufkommen ge-
mittleren Wirkungsgrad von etwa 30%-                                                     nutzt werden soll. Später kann die
40% bei Biomasse und 80-85% bei                                                          Anlage ohne großen Aufwand auf eine
Kunststoffen ausgegangen werden                                                          höhere Kapazität aufgerüstet werden.
kann.
                                                                                         Andererseits sind beliebige Skalierun-
Eine besondere Ei-                                                                       gen nach oben realisierbar, indem für
genschaft des spe-                                                                       höhere Leistungen eine beliebige An-
ziellen Anlagen De-                                                                      zahl von Moleküldesintegratoren pa-
signs ist die Mög-                                                                       rallel oder seriell kombiniert wird.
lichkeit, diese Ka-
pazität stufenweise                                                                      Durch den Aufbau von Clustern können
nach unten zu ska-                                                                       Anlagen bis zur Größe von 5.000 l/h
lieren. Dieses ge-                                                                       Kapazität aufgebaut werden, die z.B.
schieht durch eine                                                                       die Destillation gemeinsam nutzen.
einfache mechanische                                Reduzierung




  Beispielanlage: 4 Desintegratoren mit ge-
  samt ~ 5m³/h. Produktionsmenge


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Die Baugruppen einer
microfuel™ Anlage
Eine vollständige microfuel™ Produk-                                                      Blockheizkraftwerk (BHKW)
tionsanlage besteht im Standardfall                                                       (Motor und Generator für die Stromprodukti-
aus den folgenden Baugruppen:                                                             on)

Materiallagerung                                                                          Labor
(Ausreichende Flächen für trockene Lagerung                                               (zur laufenden Qualitätssicherung der Produk-
des Rohmaterials)                                                                         te)

Schredder                                                                                 Die Fertigung der Anlage erfolgt in
(Anlage zur Zerkleinerung der Rohmasse)                                                   zertifizierten  Maschinenbaufachbe-
                                                                                          trieben unter Beachtung höchster
Pelletierpresse                                                                           Qualitätsnormen. Die Einhaltung der
(Anlage zur Verpressung der Rohmasse zu-
sammen mit dem Katalysator zu Pellets)                                                    Fertigungsnormen wird durch die Bio-
                                                                                          nic Qualitätskontrolle fortlaufend
microfuel™ Hochfrequenz-                                                                  überwacht.
moleküldesintegrator
(Mikrowellen beheizter chemische Reaktions-
anlage)

Kondensattank
(Tank für das Reaktionsendprodukt)

Destillation
(Thermische Destillation zur Reinigung des
o.a. Produktes)

Entschwefelungsanlage bei Biomasse

Treibstofftanks
(Tanks für den produzierten Treibstoff)

Mischbehälter
(Behälter zur Zugabe von Additiven für die
DIN Norm)

Wassertanks
(Tanks für das abgeschiedene Wasser aus der
Reaktionsmasse)

Abfalltanks
(Tanks für die Reststoffe aus der Verarbei-
tung)

Gastanks für die Inertisierung und
Hydrierung, Öltanks
(Tanks für Prozessöle und Additive)




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Vorteile der Nutzung von Bio-                                                                    gewiesen. Geld fließt aus der Re-
masse im microfuel Prozess                                                                       gion ins Ausland. Wird Biomasse
                                                                                                 energetisch genutzt, verbleibt
1. Wird Biomasse energetisch ge-                                                                 diese Wertschöpfung in der Regi-
   nutzt, bleibt der Kohlendioxid-                                                               on.
   kreislauf weitgehend geschlossen.
   Denn das bei der Verbrennung der                                                      7. Die Eigenproduktion von biogenen
   Biomasse freigesetzte CO2 wird                                                           Treibstoffen wird die Abhängigkeit
   von den nachwachsenden Pflanzen                                                          von den erdölproduzierenden Län-
   wieder gebunden.                                                                         dern und unvorhersehbaren Preis-
                                                                                            schwankungen vermeiden.
2. Der immense "Energiehunger" hoch
   entwickelter Gesellschaften ver-                                                      8. Die vermehrte Nutzung einheimi-
   braucht in wenigen Jahrzehnten                                                           scher Energieträger wie Holz u.a.
   die in Jahrmillionen gebildeten                                                          vermindert diese Abhängigkeit von
   fossilen Ressourcen. Wer Biomasse                                                        fossilen Energieträgern und ver-
   energetisch nutzt, schont diese                                                          schafft auf lange Sicht auch mehr
   knappen, wertvollen fossilen Vor-                                                        Bewegungsfreiheit bei Energiekri-
   räte. Microfuel Leichtöle können                                                         sen und Preissteigerungen.
   herkömmliche Treibstoffe erset-
   zen.                                                                                  9. Die Land- und Forstwirtschaft wird
                                                                                            von Menschen betrieben, die in
3. Transport und Lagerung von Bio-                                                          der Region verwurzelt sind. Bei-
   masse bergen bei Unfällen erheb-                                                         nahe alle Mittel für den Brenn-
   lich geringere Umweltrisiken als                                                         stoff, dessen Gewinnung und den
   dies bei fossilen Energieträgern                                                         Betrieb der microfuel Anlagen
   der Fall ist. Man denke an undich-                                                       bleiben in der Region und kommen
   te Erdgasleitungen, havarierte                                                           ihr wieder zugute. Dezentral er-
   Öltanker oder geplatzte Ölpipe-                                                          zeugte Energie aus Biomasse
   lines.                                                                                   schließt nicht nur ökologisch, son-
                                                                                            dern auch ökonomisch sinnvolle
4. Die Energiebilanz der Biomasse ist                                                       Kreisläufe.
   positiv. Die für die Gewinnung des
   Energieträgers eingesetzte Energie                                                    10. Die Verbesserung der bereits jetzt
   ist wesentlich geringer als dieje-                                                        hoch entwickelten Verbrennungs-
   nige, die bei dessen energetischer                                                        technik erfordert Innovationen.
   Verwertung frei wird. Bei Holz-                                                           Diese gehen meist von kleinen bis
   hackschnitzeln müssen weniger als                                                         mittleren Unternehmen aus. Inno-
   10 % der Nutzenergie für deren                                                            vationsbedarf besteht auch im
   Umsetzung zu Ölen aufgewandt                                                              Vorfeld, bei der Bereitstellung der
   werden.                                                                                   Biomasse. Hier können sich Un-
                                                                                             ternehmen in Deutschland, aber
5. Nachwachsende Rohstoffe werden                                                            auch international, neue zukunfts-
   regional verwendet, lange Trans-                                                          trächtige Märkte erschließen.
   porte werden vermieden.
                                                                                         11. Land- und Forstwirte stellen oft-
6. Rohstoffarme Länder wie Deutsch-                                                          mals nicht nur den Energieträger
   land sind in hohem Maße auf den                                                           Biomasse bereit. Sie treten auch
   Import fossiler Energieträger an-                                                         als Betreiber von Biomasse-

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       anlagen auf. Hier und durch den                                                   Wichtige Anlagenteile sind grundsätz-
       vermehrten Absatz für bislang un-                                                 lich doppelt ausgelegt, um Störfälle
       genutzte Reststoffe der Holzin-                                                   zu vermeiden.
       dustrie und Landwirtschaft ent-
       stehen neue Beschäftigungsfelder                                                  Tanks werden so ausgelegt, dass ge-
       und Einkommensquellen. Dies hilft                                                 nügend Überkapazitäten vorhanden
       Arbeitsplätze erhalten und stärkt                                                 sind, um z.B. Feiertagswochenenden
       die ländliche Struktur.                                                           zu überbrücken.

12. Neben Holz als Eingangsmaterial
    bietet sich auch die Nutzung von
    Ernteabfällen, Grünschnitt, Press-
    kuchen, biologischen Klärschläm-
    men und Algen für die Verölung in
    einer HFMDI Anlage an.

Der Errichtungsprozess
                                                                                         Standortbezogene Vorausset-
Eine microfuel™ Anlage wird typi-                                                        zungen
scherweise in mehreren Bauabschnit-
ten errichtet und betrieben.
                                                                                         Zur Errichtung einer microfuel™ Anla-
In einer ersten Ausbaustufe wird die                                                     ge sind folgende Vorbereitungen von
Anlage zunächst mit reduzierter Kapa-                                                    Seiten des Betreibers erforderlich:
zität in Betrieb genommen. Dieses
erleichtert anfängliche Produktions-                                                     Befestigtes Gelände von mind. 800
tests, das Einfahren der Anlage und                                                      m² Fläche,
die Ausbildung des Bedienpersonals.
                                                                                         Halle mit den Abmessungen
Nach erfolgreichem Verlauf des An-                                                       ~L 40 x B 15 x H 12 m,
fahrbetriebs und der Einstellung des
erzeugten Kraftstoffes auf das indivi-                                                   Gelände zur Lagerung der Rohstoffe
duelle Eingangsmaterial (z.B. mittels                                                    (empfohlen ~1000 m²),
spezieller Additive auf die EN 590
Norm) wird die Zielkapazität durch                                                       Energieanschluss
Zuschalten weiterer Mikrowellengene-                                                     400 V / 60 kW Dauerlast für Notbe-
ratoren erreicht.                                                                        trieb

Je nach Auslegung der Geräte wird die                                                    Separate Einhausung
Vorprozesslinie doppelt ausgelegt.                                                       für das angeschlossene Blockheiz-
Dies führt zu weniger Betriebsunter-                                                     kraftwerk (1200 kW elektr. Leistung)
brechungen bei Wartungsarbeiten und
erlaubt zudem die entstehende Über-                                                      Wasseranschlüsse
kapazität z.B. bei den Schreddern und                                                    und Kühlwassertanks, Wasserablauf
Pelletierern nur in den Tagesstunden                                                     (für Kühlwasser, nicht kontaminiert)
zu nutzen, um Lärm zu vermeiden.
                                                                                         Ausreichend Fläche für Treib-
                                                                                         stofftanks

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Behördliche Genehmigungen sind u.U.                                                      getischen Aufwand gereinigt und dann
nach der BImSchV (Bundesimmissions-                                                      als gereinigtes Wasser mit Trinkwas-
schutzverordnung) einzuholen, wobei                                                      serqualität bereit gestellt.
die microfuel Technik als sonstige Re-                                                   Die Abgase der Generatoren werden
cyclinganlage eingestuft wird und alle                                                   zur Inertisierung der Anlage verwen-
Anforderungen gemäß den einschlägi-                                                      det, um Stickstoff zu sparen und die
gen Bestimmungen erfüllt.                                                                Abwärme der Generatoren wird zur
                                                                                         Trocknung von Eingangsmaterial und
Die microfuel Anlage ist nahezu voll-                                                    Vorheizung benutzt.
ständig aus Edelstahl gefertigt. Die
eingesetzten Mikrowellengeneratoren                                                      Die Anlage ist auf eine Laufzeit von
entsprechen den aktuellen techni-                                                        min. 7.680 h (24 h/d x 320 d) pro Jahr
schen Richtlinien für Hochfrequenzan-                                                    konzipiert. Ein Dauerbetrieb ist bei
lagen und sind nach den aktuellen                                                        Einhaltung der Wartungsintervalle
technischen Richtlinien zertifiziert.                                                    möglich.
Die gesamte Anlage ist explosionsge-
schützt nach ATEX ausgelegt.                                                             Durch den modularen Aufbau und die
                                                                                         weitgehend automatische Steuerung
Bei der Konstruktion der Anlage wurde                                                    ist die Anlage von nur einem Operator
besonderer Wert auf die fast vollstän-                                                   bedienbar und wartungsarm.
dige Wiederverwertung der Endpro-
dukte gelegt. Endprodukte sollen in                                                      Die gesamte Steuerung ist in einem
die Wertschöpfungskette wieder ein-                                                      Container untergebracht, vom dem
gegliedert werden und Abfälle ver-                                                       aus die wesentlichen Anlagenteile per
mieden werden.                                                                           Video überwacht werden können.

So wird z.B. das, aus dem Eingangs-                                                      Unterbrechungsfreie Notstromversor-
material entstehende und verdampfte                                                      gung für die Elektronik ist Standard.
Wasser wieder aufgefangen, in einer
Brüdendestillation mit geringem ener-

Das Steuerpult




Beispielbildschirme der Steuerungseinheit




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Group of companies
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Eigenschaften des Destillates
Die nachfolgenden exemplarischen Analysewerte für ein Gemisch hochkalorischer
Kunststoffabfälle zeigen, dass das erzeugte Produkt qualitativ im Bereich der EU
Norm für Dieselkraftstoff liegt.



          Parameter                                             EN 590                         EBS Destillat                   Einheit

          Kin. Viskosität bei 40°C                              2,00 bis 4,50                  2,94                            mm²/s
          Dichte bei 15°C                                       820 bis 845                    831,40                          kg/m³
          CFPP                                                  Max. -20                       -15,00                          °C
          Cetanindex                                            Minimum 46,0 42,90                                              -
          Destillat bei 250°C                                    < 65                          60,17                           Vol. %
          Destillat bei 350°C                                   Mind. 85                       95,21                           Vol %
          95% Punkt                                             Max. 360                       351,19                          °C




Tankstellendiesel




microfuel Leichtöl aus Stroh                                 (destilliert, hydriert, erster Ausschlag ist n-Hexan als Lösungsmittel)
                                                             (freundlicherweise von unserem Kunden in Dänemark bereitgestellt)




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Typische Wirkungsgrade unterschiedlicher Eingangsstoffe
Die folgende Tabelle vermittelt einen anschaulichen Eindruck zur vielfältigen Leis-
tungsfähigkeit des Verfahrens bezüglich möglicher Einsatzstoffe.


                                                                                            Wirkungsgrad in %
                             Einsatzmaterial
                                                                                            (Trockenmasse)
                             Weichholzarten                                                 34,0%
                             Jathropha                                                      61,0%
                             Maischen                                                       28,0%
                             Miscanthus                                                     39,0%
                             Nawaro (~ Richtwert)                                           35,0%
                             Oliven (Presskuchen)                                           47,0%
                             Palmpresskuchen                                                49,0%
                             Klärschlamm+EBS Mix                                            53,0%
                             EBS Ersatzbrennstoff (>30 MJ)                                  54,0%
                             EBS hydriert                                                   68,0%
                             Rapskuchen                                                     55,0%
                             Reifen-Rauhmehl                                                54,0%
                             Sägespäne                                                      22,0%
                             Schilfsorten                                                   34,0%
                             SL Leichtfraktion (Weißware)                                   78,0%
                             Stroh                                                          26,0%
                             Wachse                                                         79,0%

                                                                Die genannten Werte sind Richtwerte und können
                                                                sich durch die Zugabe von Wasserstoffgas
                                                                und/oder der Vorbehandlung des Materials durch
                                                                Steam-Reforming in einem zusätzlichen Prozess-
                                                                schritt deutlich verbessern.

                                                                In Kunststoffgemischen soll der Anteil an Haloge-
                                                                nen 5% nicht überschreiten.

                                                                Grundsätzlich sind für jedes Einsatzmaterial aus-
                                                                führliche Tests notwendig, um die genauen Umset-
                                                                zungsraten zu bestimmen.

                                                                Sonderausführungen für Ölsände und Ölschlämme,
                                                                Kohlehydrierung und Tiermehle sind verfügbar.




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Group of companies
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Nebenprodukte                                                                             Erlösmöglichkeiten
Da die Umsetzung zu Leichtölen nur
auf den größeren Teil der im Ein-                                                         Treibstoff
gangsmaterial enthaltenen Kohlen-
wasserstoffe wirkt und zudem die Ver-                                                     Zunächst ist der Verkauf der produ-
teilung von Kohlenstoff zu Wasserstoff                                                    zierten Leichtöle offensichtlich.
in den Materialien nicht im optimalen
Verhältnis steht, entstehen neben                                                         Hier muss unterschieden werden, ob
Leichtölen auch Nebenprodukte:                                                            als Eingangsmaterial nachwachsende
                                                                                          Rohstoffe verwendet werden, denn
Diese sind:                                                                               das hieraus produzierte Öl ist bis zum
                                                                                          Jahr 2015 steuerbegünstigt und kann
Wasser (aus der Materialfeuchtigkeit,                                                     als Treibstoff für Motoren eingesetzt
typisch 10-18%, durch Nachdestillation                                                    werden.
gereinigt, unbelastet)
                                                                                          Sofern es aus dem Zollbereich (Pro-
Kohlenstoff (zu 94% rein, pulverför-                                                      duktionsort) bewegt wird, muss es der
mig, Brennwert ~24,5 MJ/kg)                                                               Europäischen Norm DIN 590 entspre-
                                                                                          chen.
Anorganische Salze (in der Kohle,
z.B. Calcium-, Natrium-, Kalium- Sal-                                                     Dieses bedeutet, dass das produzierte
ze, bereits im Eingangsmaterial vor-                                                      Leichtöl, ähnlich wie in einer Raffine-
handen, Restkatalysator als Silikat,                                                      rie nachbehandelt und mit Additiven
umweltneutral)                                                                            versetzt werden muss, um die Norm
                                                                                          zu erfüllen. Für den Einsatz in strom-
Gase (Methan, Propan, Pentan, und                                                         erzeugenden Generatoren oder ähnli-
andere organische leichtflüchtige Ver-                                                    chen Maschinen, die sich auf dem
bindungen, die im Generator ver-                                                          Produktionsgelände befinden, ist die-
brannt werden, Stickstoff und Kohlen-                                                     se Anpassung nicht notwendig.
dioxid in geringen Mengen, die auch
im Generator nachgereinigt werden)                                                        Sofern der Treibstoff aus Abfällen
                                                                                          bzw. kunststoffhaltigem Eingangsma-
Feststoffe (Schwefel, der in einer                                                        terial produziert wird, muss die aktu-
Entschwefelungsanlage aus dem Pro-                                                        elle Mineralölsteuer beachtet werden.
zess abgesondert wird)

Abfallstoffe (Schweröle aus dem
Destillationssumpf ~5%, Ölemulsion
aus der Wasserreinigung ~2%)




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Kohle                                                                                    wasserspeichernden Eigenschaft der
                                                                                         Kohle.
Die im Prozess hergestellte Kohle ist
                                                                                         Es besteht die Möglichkeit der Ausfäl-
außerordentlich rein und kann für ver-
                                                                                         lung von Phosphaten bei Gülle als
schiedenste Anwendungen verkauft
                                                                                         Ausgangsstoff.
werden.
                                                                                         Ein laufendes Forschungsprojekt be-
Zunächst erscheint der Verkauf der
                                                                                         schäftigt sich mit der Verarbeitung
Kohle als Brennstoff offensichtlich,
                                                                                         von Klärschlämmen, der Nutzung der
jedoch gibt es noch weitere Einsatz-
                                                                                         entstehenden Kohle als Dünger und
möglichkeiten:
                                                                                         der Nutzung der entstehenden Öle als
                                                                                         Energieträger. Dies setzt eine voll-
Im Rahmen der Versuche wurde fest-
                                                                                         ständige Zersetzung der organischen
gestellt, dass die im Prozess aus
                                                                                         Verbindungen im microfuel Prozess
nachwachsenden Rohstoffen als End-
                                                                                         voraus.
produkt entstehende Biokohle eine
offenporige Struktur aufweist, und
somit den Einsatz als Bio-Dünger mög-
lich erscheinen lässt.

            offenporige Struktur, somit hygrosko-
             pisch
            Die Kohle enthält alle Mineralien, die
             sich im Ausgangsstoff befanden.
            NH3 aus Gülle und mikrobiologischen
             Abfällen zersetzt sich im Mikrowel-
             lenprozess und verlässt das System.
            Durch die homogene Aufheizung ist
             die Kohle gleichmäßig vorhanden und
             gewünschte Restorganik kann im Pro-
             zess kontrolliert erzeugt werden.
            Das Kristallgitter des Kohlenstoffes ist
             durch die Mikrowelleneinstrahlung po-
             larisiert und ausgerichtet. Dieses
             führt zu einer besseren Wasserspei-
             chereigenschaft.
            Die Kohle ist steril und kann zur Ver-
             besserung der Düngereigenschaften
             mit Mikroorganismen wie z.B. Nitro-
             bakter (Arten dieser Gattung findet
             man in Böden, Süßwasser und im                                              Biokohle, die als Dünger verkauft
             Meer. Es handelt sich um stäbchen-                                          wird, erzielt erheblich höhere Preise
             förmige, gramnegative Bakterien, die                                        als Kohle, die als Brennstoff verkauft
             zum Zweck der Energiegewinnung un-                                          wird und ermöglicht damit deutlich
             ter oxydischen Bedingungen Nitritio-
             nen (NO2−) mit Sauerstoff (O2) zu Nit-
                                                                                         höhere Erträge.
             rationen (NO3−) oxidieren).
                                                                                         Kohle, die aus Abfällen produziert
Die Anwesenheit eines zeolitischen                                                       wird, eignet sich nur dann als Dünger,
Katalysators        (Natrium-Silizium-                                                   wenn in den Eingangsmaterialien kei-
Aluminat-Sand) der absolut umwelt-                                                       ne Schwermetalle enthalten sind. Hier
neutral ist, führt zusätzlich zu einer                                                   ist eine besondere Auswahl des Ein-
                                                                                         gangsmaterials notwendig.

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Prozesswasser
                                                                                          Die meisten Eingangsmaterialien ent-
Das während der Verarbeitung entste-
                                                                                          halten Schwefel in der Grund Sub-
hende Prozesswasser wird in einem
                                                                                          stanz.
abschließenden Destillationsvorgang
gereinigt und von aromatischen Ne-
                                                                                          Schwefel schmilzt bei ~115°C und
benprodukten und Ölen getrennt. Die-
                                                                                          wird durch den geringen Siedepunkt
ses Wasser kann in die Kanalisation
                                                                                                              mit den Dämpfen
eingeleitet werden, als Feldbewässe-
                                                                                                              aus dem System
rung verwendet werden oder nach
                                                                                                              ausgetragen.
einem nochmaligen Reinigungsvorgang
                                                                                                              Eine aufwendige
als gereinigtes Wasser verkauft wer-
                                                                                                                 Entschwefelung
den.
                                                                                                              separiert     den
                                                                                          Schwefel und fällt ihn elementarisch
                                                                                          aus, sodass er verkauft werden kann.

                                                                                          Abfallprodukte

                                                                                          Die entstehenden festen und flüssigen
                                                                                          Abfallprodukte müssen vorschriftsge-
                                                                                          recht entsorgt werden. Es entstehen
                                                                                          geringe Mengen (unter 2%) an Schwer-
Schwefel                                                                                  ölen aus dem Destillationssumpf und
                                                                                          dem Wasserreinigungsverfahren.
Schwefel ist in den Aminosäuren Cys-
tein/Cystin und Methionin und in allen
darauf aufbauenden Peptiden, Protei-                                                      Abgase
nen, Koenzymen und prosthetischen
Gruppen in Form von Thiolgruppen                                                          Der Prozess ist abgasfrei. Einzig die
(Oxidationsstufe +II) oder Thioether-                                                     Abgase des Generators (BHKW) zur
gruppen enthalten.                                                                        Stromversorgung entweichen. Brenn-
                                                                                          bare und nicht brennbare Gase, die im
Weiterhin ist er in einigen Kofaktoren                                                    Prozess entstehen, werden in den Ein-
(Biotin, Thiaminpyrophosphat) in he-                                                      saugschacht des Generators geleitet
terozyklischer Bindung enthalten.                                                         und dort im Brennraum neutralisiert.
                                                                                          Entstehender Ruß während dieser
Schwefel ist damit ein essentielles                                                       Nachverbrennung wird durch einen
Element lebender Zellen.                                                                  Partikelfilter ausgefiltert. Da der Pro-
                                                                                          zess unter Luftabschluss abläuft, wer-
Disulfidbrückenbindungen sind weit                                                        den Teile der Abgase verwendet, um
verbreitet und tragen zur Ausbildung                                                      die Luft aus der microfuel Anlage zu
und Stabilisierung von Proteinstruktu-                                                    verdrängen und die Eingangsmateria-
ren bei. Auch in oxidierter Form spielt                                                   lien vorzuheizen.
Schwefel in der Aminosulfonsäure
Taurin (Oxidationsstufe +IV) eine
wichtige biologische Rolle.




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Group of companies
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Mögliche Einsatzbereiche




Verbundstandorte                                                                          Landwirtschaftliche Nutzung
Neben dem Einsatz der microfuel                                                           Da die aus nachwachsenden Rohstof-
Technologie zur Produktion von                                                            fen als Nebenprodukt zum Kraftstoff
Leichtölen bietet es sich auch an, die                                                    entstehende Kohle als Bio-Dünger ein-
Moleküldesintegratoren an sogenann-                                                       gesetzt werden kann, bieten sich
ten Verbundstandorten einzusetzen.                                                        landwirtschaftliche Standorte optimal
Hierbei ist die sofortige Verfügbarkeit                                                   an.
von Generatorstrom zum Einsatz bei
Energiespitzenverbrauch und die La-                                                       Neben der Verfügbarkeit des Ein-
gerbarkeit des Treibstoffes besonders                                                     gangsmaterials sind nur kurze Wege
hervorzuheben.                                                                            für den Einsatz erforderlich; und zu-
                                                                                          sätzlich können Anbaufolgen optimal
Damit ist der Einsatz an kommunalen                                                       ausgenutzt werden.
Standorten wirtschaftlich, wenn z.B.
Klärschlämme vermischt mit Hausab-                                                        Ob die Verwendung des Treibstoffes in
fällen und Grünschnitt verarbeitet                                                        landwirtschaftlichen Maschinen oder
werden und aus den erzeugten Leicht-                                                      die Produktion von elektrischem
ölen über Generatoren Strom und                                                           Strom und die Nutzung der Abwärme
Wärme erzeugt wird.                                                                       zur Stofftrocknung gewählt wird, muss
                                                                                          im Einzelfall entschieden werden.




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Beseitigung von Abfällen                                                                 Beratungsleistungen
Die microfuel Technologie eignet sich
auch für die Beseitigung von proble-                                                     Bionic misst der Schaffung von Pla-
matischen Abfällen wie z.B. Treibsel                                                     nungssicherheit für ihre Kunden einen
aus den Küstengebieten oder Restde-                                                      sehr hohen Stellenwert bei. Eine
ponien.                                                                                  wichtige Komponente zur Erreichung
                                                                                         dieses Zieles ist die gewissenhafte
                                                                                         Durchführung eines Vorprojektes zur
                                                                                         Klärung sämtlicher wesentlicher tech-
                                                                                         nischer und wirtschaftlicher Parame-
                                                                                         ter. Experten ermitteln im Auftrag des
                                                                                         Kunden alle erforderlichen Daten und
                                                                                         führen einen ausführlichen Material-
                                                                                         test im Bionic Labor einer eigenen
                                                                                         Anlage durch. Der Kunde kann auf die-
                                                                                         ser Grundlage mit Unterstützung der
                                                                                         Bionic-Berater    verlässliche   Wirt-
Durch die Möglichkeit Prallmühlen für                                                    schaftspläne für sein Projekt erstel-
die Vorverarbeitung des Materials ein-                                                   len.
zusetzen, sind nahezu alle Abfälle zu
verarbeiten.                                                                             Die im Vorprojekt ermittelten techni-
                                                                                         schen Parameter finden Eingang in
Selbstverständlich muss im Einzelfall                                                    den Liefervertrag der Anlage und wer-
geprüft werden, wie hoch die Belas-                                                      den Bestandteil einer umfangreichen
tung an Schadstoffen ist, und es müs-                                                    Funktionsgarantie.
sen gegebenenfalls separate Neutrali-
sations– und/oder Klärprozesse durch-                                                    Die Kosten für das Vorprojekt werden
geführt werden. Jedoch ist dieses                                                        bei Bestellung der Anlage mit dem
durch die geringen Prozesstemperatu-                                                     Gesamtpreis verrechnet.
ren relativ einfach durchzuführen.
                                                                                         Im Rahmen eines solchen Vorprojektes
                                                                                         sind die folgenden typischen Aktivitä-
                                                                                         ten und Leistungen vorgesehen:




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Durchführung von Analysen                                                                            Festlegung der chemischen Spezifika-
                                                                                                      tion des Eingangsmaterials
und Tests                                                                                             Festlegung der physikalischen Spezifi-
                                                                                                      kation des Eingangsmaterials
            Chemische Analyse des Eingangsmate-                                                     Festlegung des maximalen Feuchtig-
             rials u.a. auf                                                                           keitsgehaltes des Eingangsmaterials
             Brennwert (Energiegehalt),
             organische Bestandteile (PCB, PVC,                                                      Festlegung der Mengenbeschaffung
             PU, PAE usw.), anorganische Salze ,                                                      des vom Kunden festgelegten Ein-
             Metalle und Metallverbindungen, Was-                                                     gangsmaterials im Verhältnis zu ande-
             sergehalt (Feuchtigkeit), Toxine                                                         ren beigemischten Materialien. Dar-
                                                                                                      aus resultierender Mengenschlüssel
           Physikalische Analyse des Eingangsma-                                                     und Bestimmung der zulässigen Band-
            terials wie                                                                               breite der Beimengung anderer Mate-
            o Geruchsstruktur                                                                         rialien
            o Korngröße
            o Dichte                                                                                 Festlegung der statistischen Kontroll-
            o Härtegrad                                                                               proben für den operativen Betrieb
            o Verarbeitbarkeit: Viskosität
            o Rieselfähigkeit
                                                                                                     Festlegung der Leistungsmerkmale
            o Porosität
                                                                                                      (Input-Output-Relation)
            o Eigentemperatur und Betriebstem-
               peratur
                                                                                                     Festlegung der Schnittstellen mit dem
            o Merkmale der Lagerfähigkeit
                                                                                                      Vorprozess
            Verarbeitung der Testcharge in einer
                                                                                                     Festlegung des Aufstellungsortes
             Technikumsanlage mit Feststellung
             des Wirkungsgrades
                                                                                                     Festlegung der Schnittstellen zum
                                                                                                      Nachprozess
            Analyse des produzierten Leichtöls
             auf
                                                                                                     Festlegung der Kundenbeistellungen
                                                                                                      im Zusammenhang mit dem Betrieb
            o     EU Norm 590
            o     Wassergehalt                                                                        (Wasser- und Kanalanschluss, elektri-
            o     Schwefelgehalt                                                                      sche Einspeisung, Schallschutz, etc.)
            o     Temperaturstabilität
            o     Siedepunkte                                                                        Festlegung des Terminplans zur Anla-
            o     C-O-H, NO, NOX, TOC                                                                 generstellung, -lieferung und Inbe-
                                                                                                      triebnahme
           Untersuchung des Leichtöls auf Mo-
            tortauglichkeit                                                                          Festlegung der Schulungstermine und
            o Testlauf in einem Technikumsmo-                                                         –orte
               tor
            o Abgasmessung
            o Cetanwert-Messung

            Analyse des Restmaterials:
             Chemische Analyse auf organische
             Stoffe und wasserlösliche Salze, De-
             ponieverträglichkeit nach Euro DIN

            Festlegungen zur Konkretisierung des
             Lieferumfangs, der Leistungsmerkma-
             le der Anlage sowie der Schnittstellen
             zum Kunden




mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending)   26
Group of companies
________________________________________________________________________

Bionic Forschungsinstitut für                                                             Die Wirtschaftlichkeit
erneuerbare Energien                                                                      Errichtung und Betrieb einer micro-
                                                                                          fuel™ Anlage auf Basis einer fundier-
Ab Ende 2011 wird das Bionic For-                                                         ten Planung ist eine wirtschaftlich
schungsinstitut für erneuerbare Ener-                                                     hochlukrative Investition. Die Produk-
gien unter dem Namen Bionic Labora-                                                       tumsätze werden unmittelbar durch
tories BLG GmbH seine Arbeit an der                                                       die Preise im weltweiten Ölmarkt be-
systematischen      wissenschaftlichen                                                    stimmt. Im langfristigen Trend kann
Erforschung und Optimierung der                                                           man hier von überproportionalen
microfuel Technologie aufnehmen und                                                       Preissteigerungen ausgehen.
den Kunden zusätzliche Planungssi-
cherheit bieten.                                                                          Darüber hinaus gibt es abhängig von
                                                                                          Eingangsmaterial und Standort we-
Finanzinvestoren haben die Möglich-                                                       sentliche zusätzliche Deckungsbeiträ-
keit sich durch Genussscheine hieran                                                      ge. Bei der Verarbeitung von Abfall-
zu beteiligen und durch den Betrieb                                                       stoffen kann langfristig mit teilweise
von Versuchs- und Produktionsanlagen                                                      sehr hohen Abfallvergütungen kalku-
am Erfolg der Technik zu partizipie-                                                      liert werden. Der Anlagenbetreiber ist
ren.                                                                                      in diesem Falle nicht nur in der Treib-
                                                                                          stoffversorgung sondern auch in der
Kunden können hier umfangreiche Ma-                                                       Abfallentsorgung tätig.
terialtests durchführen lassen, ohne
eigene Laboranlagen betreiben zu                                                          Bei der Ölerzeugung aus Biomasse
müssen.                                                                                   handelt es sich um besonders förde-
                                                                                          rungsfähige Biokraftstoffe nach den
Im Bionic-Forschungsinstitut wird zu-                                                     entsprechenden EU-Regelungen. Die-
dem das Zusammenspiel der verschie-                                                       ses bedeutet z.B. in Deutschland zu-
denen Vorprozesstechnologien mit                                                          nächst die Begünstigung bis über das
microfuel Hochfrequenz Desintegrato-                                                      Jahr 2015 hinaus.
ren im Dauerbetrieb getestet.
                                                                                          Wegen der besonderen Förderungsfä-
                                                                                          higkeit des Verfahrens innerhalb der
                                                                                          EU kann auch mit einem wesentlichen
                                                                                          Förderbeitrag zur Investition gerech-
                                                                                          net werden.

                                                                                          Da die wesentlichen Einflussfaktoren
                                                                                          in jedem Einzelfall gesondert betrach-
                                                                                          tet werden müssen, ist es nicht mög-
                                                                                          lich an dieser Stelle eine allgemein-
                                                                                          gültige    Berechnung      anzubieten.
                                                                                          Exemplarische Berechnungen können
                                                                                          auf Anfrage bereitgestellt werden.




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Group of companies
________________________________________________________________________

Microfuel Pilotanlage




                                                                                                                      Stickstofftanks



Steuerung
                                                                                                                      Oktogon von Innen




Besuch des New Yorker Abfallentsorgers
Michael Bellino



                                                                                                         Besuch des dänischen Ministers
                                                                                                         für Environment T.L. Poulson




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  • 1. Group of companies ________________________________________________________________________ microfuel Mikrowellen Depolymerisation (MWDP) Prozesstechnische Anlage zur Produktion von synthetischen Kraftstoffen aus Biomasse und Abfallstoffen engineered and distributed by Bionic Laboratories BLG GmbH 64521 Groß-Gerau +49 6152 9911861 Rev. 35 v. 11.03.2012 E-Mail: info@bionic-lab.de Internet: www.bionic-world.net mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 1
  • 2. ________________________________________________________________________ Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung ................................................................................................... 3 Hintergrund ........................................................................................................... 4 Die Wissenschaft bietet Lösungen an ........................................................................4 Das microfuel™ Verfahren im Detail ............................................................................ 5 Allgemeine Funktionsbeschreibung ..........................................................................5 Der technische Prozessablauf ..................................................................................... 6 Vorprozess ........................................................................................................6 Reaktionsprozess ................................................................................................7 Nachprozess ......................................................................................................9 Energieeintrag durch Mikrowellen .............................................................................. 9 Energieversorgung der Anlage ................................................................................... 10 Mögliche Kapazitäten .............................................................................................. 12 Der Errichtungsprozess ............................................................................................ 16 Die Baugruppen einer microfuel™ Anlage ..................................................................... 14 Standortbezogene Voraussetzungen ........................................................................... 16 Eigenschaften des Destillates .................................................................................... 19 Typische Wirkungsgrade unterschiedlicher Eingangsstoffe ............................................... 20 Nebenprodukte ...................................................................................................... 21 Erlösmöglichkeiten ................................................................................................. 21 Treibstoff ....................................................................................................... 21 Kohle ............................................................................................................ 22 Prozesswasser.................................................................................................. 23 Schwefel ........................................................................................................ 23 Abfallprodukte ................................................................................................. 23 Abgase .......................................................................................................... 23 Mögliche Einsatzbereiche ......................................................................................... 24 Verbundstandorte ............................................................................................. 24 Landwirtschaftliche Nutzung ................................................................................ 24 Beseitigung von Abfällen..................................................................................... 25 Beratungsleistungen ............................................................................................... 25 Durchführung von Analysen und Tests ......................................................................... 26 Bionic Forschungsinstitut für erneuerbare Energien ....................................................... 27 Die Wirtschaftlichkeit .............................................................................................. 27 Änderungen, die dem technischen Fortschritt dienen, bleiben vorbehalten. Techn. Angaben bedürfen der Bestätigung. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 2
  • 3. ________________________________________________________________________ nächst eine teilweise Hydrierung, bis Zusammenfassung diese aufgrund des steigenden Innen- Die Bionic Gruppe hat ein Verfahren drucks platzen und der verbliebene zur katalytischen Depolymerisation Wasserdampf in die Mikrowellen Des- von Kohlenwasserstoffen entscheidend integrationskammer entweicht. weiterentwickelt. Das Verfahren und seine chemo-physikalischen Grundla- Nach weiterer kontinuierlicher Er- gen sind seit vielen Jahrzehnten be- wärmung bis auf ca. 300 Grad Celsius kannt und haben ihre prinzipielle beginnt die Aktivität des Katalysators Funktionsweise mehrfach erfolgreich im Zusammenspiel mit den pulsieren- nachgewiesen. den Mikrowellen. Diese cracken den größten Teil der vorhandenen langket- Bionic gelang jedoch der entscheiden- tigen Kohlenwasserstoffmoleküle auf de Durchbruch durch den Einsatz von Kettenlängen von ca. C12-C24 auf, die Mikrowellen als Energiequelle in der in diesem Temperaturbereich als Öl- entscheidenden trockenen Reaktions- Dampf entweichen und in der Folge phase. Mit diesem Ansatz wurden abdampfen. nicht nur alle früheren Schwierigkei- ten der Anlagenentwicklung überwun- Der verbleibende Reststoff besteht den sondern auch entscheidende zu- größtenteils aus Kohlenstoff und kann, sätzliche Verbesserungseffekte er- abhängig vom Eingangsmaterial, selbst zielt. ein hochwertiges, gut verkäufliches Produkt darstellen. Trägeröle und umfangreiche, stö- rungsanfällige Pumpensysteme werden Das erzeugte Ölkondensat kann in ei- im trockenen microfuel-- Prozess nem Folgeprozess (falls erforderlich) nicht verwendet. durch Zentrifugal-Filterung, Nach- destillation und das Beimischen von Bionic bezeichnet das weiterentwi- Additiven zu normgerechten Ölpro- ckelte Verfahren deshalb nunmehr als dukten veredelt werden. Falls für be- Mikrowellendepolymerisation (MWDP). stimmte Eingangsmaterialien erforder- lich, kommt zusätzlich ein speziell für Dem eigentlichen Prozess geht eine im diese Anlagengröße besonders geeig- Detail stark vom gewählten Material netes, hocheffizientes Entschwefe- abhängige Vorverarbeitung voraus. lungsverfahren zum Einsatz. Der Einsatzstoff wird zunächst relativ fein zerkleinert, dann mit einem Kata- Die gesamte Anlage besteht weitge- lysator auf Zeolithbasis sowie weite- hend aus Standard-Aggregaten und ren Zusatzstoffen vermischt und ab- Komponenten. Nur der eigentliche schließend pelletiert. Kern des Moleküldesintegrators wurde durch Bionic verfahrensspezifisch fort Die derart erzeugten Pellets werden entwickelt. anschließend dem Hochfrequenz- Molekül-Desintegrator (HFMDI) zuge- Die Bionic Gruppe hat im Laufe der führt und dort schrittweise erhitzt und Entwicklung des microfuel™ Systems mit Mikrowellen behandelt. Der an- bereits mehrere Patente beantragt. fänglich im Inneren der Pellets ent- stehende Dampfdruck begünstigt zu- mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 3
  • 4. ________________________________________________________________________ Hintergrund Die Wissenschaft bietet Lösungen an Klimaschutz und die Erschließung Ein wegweisendes Verfahren, die nachhaltiger Energiequellen gehören Technik der Flash-Pyrolyse, wurde zu den großen aktuellen Herausforde- bereits in den späten 50er Jahren rungen der Menschheit. entwickelt und in den 80ern durch Professor Bayer an der Universität Tü- In Anbetracht der Verknappung her- bingen wesentlich verbessert. Er er- kömmlicher Erdölreserven gewinnt die forschte im Labor die Wirksamkeit Herstellung von alternativen Brenn- verschiedener Katalysatoren im Zu- stoffen bereits seit längerer Zeit im- sammenhang mit vielen kohlenwasser- mer größere Bedeutung. stoffhaltigen Einsatzmaterialien. Er nannte das Verfahren Niedertempera- Aber auch die Redu- turkatalyse (NTK). zierung der Treib- hausgase durch den Mit Hilfe dieser Erkenntnisse wurde es konsequenten Einsatz prinzipiell möglich, kohlenwasserstoff- nachwachsender Rohstoffe rückt we- haltige Materialien, wie Kunststoffe gen des erkennbar einsetzenden Kli- und unterschiedlichste Biomassen ge- mawechsels immer mehr in das Be- zielt in verkürzte, aliphatische Koh- wusstsein der Allgemeinheit. lenwasserstoffketten umzuwandeln. Die dabei entstehenden Produkte ent- Und nicht zuletzt ist die sinnvolle sprechen weitestgehend den Charak- Verwertung der ausufernden Abfall- teristika der bekannten Erdölprodukte berge moderner Industriegesellschaf- Diesel bzw. leichtem ten seit Jahrzehnten ein Thema, das ganz weit oben auf der politischen Agenda der Welt steht. Aus den genannten Gründen wird der Produktion von öko- logischen Kraftstof- fen heute zu Recht allgemein ein so hoher Stellenwert eingeräumt. Es ist ein eigenständiger, prosperierender Wirtschaftszweig entstanden, der höchste Wachstumsraten erreicht. Heizöl. Eine eng verwandte Technologie ist in der Raffinerietechnik weit verbreitet und wird bei der Verarbeitung von dickflüssigen Schwerölen (Rohöl) zu Treibstoffen eingesetzt. Hier nennt man diesen Vorgang „katalytisches Cracken“. Dieser sogenannte Houdry- Prozess wurde erstmalig 1937 in der Marcus Hook-Raffinerie eingesetzt. Er verdoppelte den Benzinanteil pro mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 4
  • 5. ________________________________________________________________________ Tonne Rohöl und spielte eine ent- gelangen und nur bestimmte Reakti- scheidende Rolle für die Treib- onsprodukte, nämlich die mit der ge- stoffversorgung der Alliierten im 2. wünschten molekularen Kettenlänge, Weltkrieg. Inzwischen ist er längst diesen wieder verlassen können. zum allgemeinen Stand der Technik geworden. Das microfuel™ -Verfahren im Detail Allgemeine Funktionsbeschreibung Im Laufe der letzten 20 Jahre wurden viele Versuche unternommen, den oben beschriebenen chemophy- sikalischen Prozess verfahrenstech- Gittermodell des Katalysators nisch umzusetzen. Wegen dieser Eigenschaft werden Zeo- lite auch als Molekularsiebe bezeich- Eine Besonderheit des hier dargestell- net. Durch die Auswahl des richtigen ten microfuel™-Verfahrens liegt in der Typs kann sehr exakt gesteuert wer- unmittelbaren, einstufigen Verarbei- den, welche Übergangszustände tung der Einsatzstoffe. Dies können grundsätzlich möglich sind, um so ein nachwachsende biogene Rohstoffe wie Reaktionsprodukt mit genau den be- Miscanthus, Rapskuchen, Olivenku- absichtigten Eigenschaften zu erzeu- chen oder Holz sein, aber auch biolo- gen. gische und tierische Abfälle sowie ins- besondere Kunststoffabfälle und Rei- In Zusammenwirkung mit der pulsie- fengranulat. All diese Stoffe können renden Mikrowellenstrahlung, die die zu hochwertigen Kraftstoffen bzw. polaren Moleküle des Materials in eine Ölprodukten verarbeitet werden. definierte Schwingung versetzt und dabei aufheizt, findet die Aufspaltung Der in der Abfallwirtschaft bekannte der Kohlenwasserstoffketten unter Ersatzbrennstoff (EBS) bekommt somit stark verminderten Reaktionstempera- eine ganz neue, zusätzliche Verwen- turen statt. dungsmöglichkeit über die bisher typi- sche Direktverbrennung hinaus. Ein wesentlicher Nachteil herkömmli- cher Verfahren, nämlich die mögliche Die zum Einsatz Bildung von hochgiftigen Dioxinen und kommenden Zeo- Furanen aus Kunststoffen bei Tempe- lite haben auf- raturen oberhalb von 550°C, wird grund des kon- durch die Entwicklung dieser neuarti- stanten Poren- gen Technologie vollständig elimi- durchmessers in niert, da die Prozesstemperaturen in ihrer kristallinen der microfuel™ Anlage durchgängig Nano-Partikel-Struktur die Eigen- 400°C nie überschreitet. schaft, dass nur ganz bestimmte Mole- küle des Reaktionsmaterials durch das Kristallgitter an die katalytisch akti- ven Zentren im Inneren der Kristalle mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 5
  • 6. Group of companies ________________________________________________________________________ Eine standardisierte Produktionsanla- Der technische Prozessablauf ge arbeitet in der Regel mit zwei pa- rallel laufenden Vorprozesslinien. Dies ist zwar etwas aufwendiger in der An- Vorprozess schaffung, jedoch erlaubt diese re- Zu Beginn des Prozessablaufs wird das dundante Lösung bei den zwangsläufi- zu verarbeitende Material geschred- gen Wartungs- und Reparaturphasen dert, mit Katalysator vermischt und einen unterbrechungsfreien Betrieb. anschließend unter hohem Druck in ca. 6 x 40 mm große Standard-Pellets verpresst. Gegebenenfalls wird es durch Vortrockner auf den optimalen Feuchtigkeitsgrad gebracht. Vortrockner Es ist hierbei von besonderer Wichtig- Paladin Pelletierpressen keit, dass die eingesetzten Zerkleine- rungsanlagen möglichst wartungsarm und effizient arbeiten. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 6
  • 7. ________________________________________________________________________ Reaktionsprozess Head condenser Microfuel Reactor Diagram Destillation colon pre-processing reactor final destillation Lightoil Lightoil High intensity Glas+Metal press and storage Condensor H2 separation enricher Water Condensor Main - Microwaves N2 Tank shredder Up to 480 kwh Filter Inputtrap Gas (Ch4) Microwave heating area Exhaust Water Preheating Generator Final Destillation Tank & heating Cooling water circuit (desulphering opt.) Cooling water tank Energy 500kw electric 700 kw thermo Die erzeugten Pellets werden dem onsmasse. Organische Zellen zerplat- microfuel™ Hochfrequenz-Molekül- zen durch die spontane Verdampfung Desintegrator (HFMDI) zugeführt und der enthaltenen Wassermoleküle. Die dort unter Luftausschluss in einer Wirkung des Katalysators als Moleku- inerten Stickstoffatmosphäre durch larsieb begünstigt den spontan einset- gepulste Mikrowellen mit über 450 kW zenden Crackprozess und damit die Leistung auf ca. 300°C erwärmt. Abspaltung der Kohlenwasserstoffe. Hierdurch erhitzt sich das Reaktions- material homogen und von innen her- aus. Die Einwirkung der extrem starken Mikrowellenstrahlung auf das gepress- te Reaktionsmaterial führt zu be- schleunigter Erhitzung des sehr stark dielektrischen Katalysators und zer- stört durch eine Oberflächenreaktion die organischen Moleküle der Reakti- mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 7
  • 8. ________________________________________________________________________ Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) entste- hen aus Eiweißstoffen ebenfalls Kohlenwas- serstoffe. Stickstoff tritt in Ölen und anteilig in Reakti- onswasser auch in Form von Aminen (R-NH2), Säureamiden (R-CONH2) sowie von heterozyk- lischen Aromaten auf. Für die Ölausbeute sind Gehalt an Fetten und Proteinen in den umzusetzenden Biomassen prägend. Daher liefern unstabilisierte Klär- bzw. Überschussschlämme höhere Ölausbeu- ten (ca. 20%) im Vergleich zu stabilisierten und insbesondere ausgefaulten Schlämmen katalytisches Reaktionsbeispiel (ca. 10%). Bei Faul-Schlamm ist der größte Teil des Koh- Die exemplarische Reaktionsgleichung lenstoffs bereits als Biogas (CO2 + CH4) eli- kann man am Beispiel von Klär- miniert worden und steht für die Ölbildung nicht mehr zur Verfügung.“ schlamm als bakterielle Biomasse nachvollziehen: Im Gegensatz zu alternativen Verfah- ren muss das Eingangsmaterial nicht Zusammensetzung der Biomasse: vollständig getrocknet werden. Die in der Reaktionsmasse enthaltene Rest- Lipide ca. 30% feuchtigkeit, führt durch die hohen dielektrischen Eigenschaften von Was- Proteine ca. 50% ser zu einer kurzfristigen Bildung von Polysacharide ca. 20% überkritischem Wasserdampf inner- halb der gepressten Pellets. Hierdurch Umsetzungsformeln: hydrieren die Kohlenstoffe teilweise Proteine und durch den entstehenden Druck wird die feste Konsistenz der Pellets (C70H135O38N18S)n > CxHy + H2O + CO2 + NH3 + H2S gesprengt. Der Effekt ist vergleichbar mit dem bekannten Popcorn-Rösten in Lipide der häuslichen Mikrowelle. Eine Zu- C50H92O6 > CxHy + CO2 gabe von Wasserstoffgas zur Optimie- rung der Endprodukte ist unter Um- Kohlenhydrate ständen sinnvoll. (C6H10O5)n > x C + 5 n H2O Durch die gepulsten Mikrowellen fin- Untersuchungen der Universität Gie- det eine sehr effektive, gleichförmige ßen haben ergeben, dass: und sehr schnelle Erhitzung der Reak- tionsmasse statt. „das Öl im Wesentlichen aus Fetten (Lipiden) und Proteinen gebildet wird. Kohlenhydrate In Verbindung mit der speziell entwi- (Zucker, Stärke, Cellulose) konvertieren zu ckelten und in den Pellets unter Luft- Kohlenstoff und Wasser. Daher ist der Prozess abschluss eingepressten Katalysato- ein Modell der geologischen Bildung von Öl remulsion kommt es ab ca. 280°C (der aus Mikroorganismen und Kohle aus Pflanzen. Siedetemperatur von Dieselölen) zu Durch Elimination der Heterofunktionen von einer Abspaltung der Kohlenwasser- Ammoniak (NH3), Dihydrogensulfid (H2S), mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 8
  • 9. ________________________________________________________________________ stoffketten, die im dieselähnlichen Molekülbereich liegen. Im Lieferumfang der Anlage ist ein komplettes Qualitätslabor enthalten, Der Abspaltungsvorgang geschieht- das sämtliche Analysegeräte enthält, aufgrund der starken Bindungskräfte die für ein permanentes Monitoring des eingesetzten Katalysators bei der der Produktqualität erforderlich sind. molekularen Anbindung an die in der Eingangsmasse enthaltenen CH- Auf diese Weise kann Ketten. Die „langen“ Kohlenwasser- jederzeit der Nachweis stoffketten werden asymmetrisch be- für die fortlaufende Ein- lastet und zerbrechen durch die ther- haltung aller relevanten mische Bewegung der Moleküle. Durch Treibstoffnormen erbracht werden. die genaue Steuerung der Siedetem- peratur (240-350°C) und die Auswahl des Katalysators lässt sich so das ent- stehende Endprodukt vordefinieren. Leichtersiedende Stoffe scheiden vor- her aus dem Kreislauf aus und schwe- rer siedende CH-Ketten werden solan- ge gecrackt, bis sie durch Sieden den Kreislauf verlassen und in einem Kon- densator aufgefangen und destilliert In Zusammenarbeit mit einem der re- werden. nommiertesten Hersteller von Analy- segeräten wurde ein standardisiertes Da es sich bei dem microfuel-Prozess Analysesystem entwickelt. um ein trockenes Verfahren handelt erfolgen fast keine Verkokungen oder Energieeintrag durch Verstopfungen im System. Mikrowellen Nachprozess Die besondere Form des Energieein- Die Gase der Gruppe, C12-C64 (die- trages durch gepulste Mikrowellen ist selähnliche Öle), werden der End- eine überaus umweltfreundliche und destillation zugeführt. Noch nicht effiziente Methode die Eingangsmate- vollständig verarbeitete Kohlenwas- rialien homogen zu serstoffe werden der Pelletierung er- erhitzen und gleich- neut zugeführt. Falls notwendig wer- zeitig eine hohe den die destillierten Öle einer Hydrie- Standzeit des Ener- rungs- und Entschwefelungseinheit gieeintrages zu ge- zugeführt, um die physikalischen Pa- währleisten. Der hybrid-aufgebaute rameter der entsprechenden Normen Energieeintrag nutzt außerdem die zu erreichen. überschüssige Wärmeleistung des in- Im Prozess nicht weiter verwertbare tegrierten Blockheizkraftwerks Reststoffe werden abgeschieden. Mit- (BHKW) zur Vorwärmung des Materials tels eines Dekanters werden Flüssig- und die Strahlungsleistung der Mikro- keiten und Feststoffe separiert und wellen fast ausschließlich zur kurzzei- gegebenenfalls in speziellen Prozessen tigen Schwellenerhitzung bis zur ei- weiterverarbeitet bzw. über die übli- gentlichen Reaktionstemperatur. chen Wege entsorgt. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 9
  • 10. ________________________________________________________________________ Die Mikrowellenstrahlung durchdringt Abschirmung des Molekül- die Materialien, ohne dass dabei die desintegrators und eine zusätzliche Strahlungsquelle einem mechanischen Einhausung der gesamten Anlage. Die- Verschleiß unterworfen wäre. Die ses verhindert zuverlässig ein Austre- verwendeten langlebigen Magnetrons ten der Mikrowellen oder schädlicher (Mikrowellengeneratoren) sind wäh- Streustrahlung. rend ihrer gesamten Lebensdauer von mehr als 10.000 Stunden vollkommen Sicherheitsschalter an den Türen und wartungsfrei. Der Austausch ist kos- den peripheren Anlagen sind selbst- tengünstig und erfolgt etwa alle 14-18 verständlich. Die gemessene Streu- Monate. strahlung am MF 480k liegt im Vollbe- trieb bei ca. 2 mW in 5 cm Abstand. Entgegen der landläufigen Meinung Zulässig ist eine Strahlungsstärke von hat der Energieeintrag durch Mikro- 20mW in 1 m Abstand. Sie liegen also wellenstrahlung einen sehr hohen weit unter den zugelassenen Grenz- Wirkungsgrad. Der industrielle Einsatz werten. von Mikrowellen darf keineswegs mit den im Haushalt bekannten Geräten gleichgesetzt werden. Energieversorgung der Anlage Als Nebenprodukt fallen bei der Reak- Durch die gerichteten, fokussierten tion niedrig siedende, gasförmige Koh- Mikrowellen entspricht die Leistung lenwasserstoffe an. Durch ihre Nut- zung in einem Blockheizkraftwerk ist die Anlage ein energetischer Selbst- versorger und weitestgehend vom Stromnetz unabhängig. Ein oder meh- rere angeschlossene BHKWs mit ca. 900 kW elektrischer Dauerleistung versorgen die Mikrowellengeneratoren mit ausreichend Strom und liefern der 480 kW Mikrowellengeneratoren, die in der microfuel MF 480k Anlage gleichzeitig genügend Abwärme für eingesetzt werden, vergleichsweise die Vorheizung und Trocknung des der Strahlungsleistung von ca. 5.000 Eingangsmaterials. Haushalts Mikrowellen. Für die uneingeschränkte Sicherheit des Personals sorgen eine vollständige mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 10
  • 11. Group of companies ________________________________________________________________________ Anlagenübersicht / MF 480B Clusteranlage mit einer Kapazität von ~ 5.000 Litern/Std. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 11
  • 12. ________________________________________________________________________ des zur Verfügung stehenden Reakti- Mögliche Kapazitäten onsraumes verbunden mit einer gerin- Der Hochfrequenz-Molekül- geren Anzahl genutzter Mikrowellen- Desintegrator einer microfuel™ Anlage generatoren. Leistungsreduzierungen ist in der vollen Ausbaustufe auf eine auf z.B. 500 l/h. sind insbesondere Kapazität von 1.250 l Treibstoffpro- dann sinnvoll, wenn die Anlage für duktion/h ausgelegt, wobei von einem geringeres Materialaufkommen ge- mittleren Wirkungsgrad von etwa 30%- nutzt werden soll. Später kann die 40% bei Biomasse und 80-85% bei Anlage ohne großen Aufwand auf eine Kunststoffen ausgegangen werden höhere Kapazität aufgerüstet werden. kann. Andererseits sind beliebige Skalierun- Eine besondere Ei- gen nach oben realisierbar, indem für genschaft des spe- höhere Leistungen eine beliebige An- ziellen Anlagen De- zahl von Moleküldesintegratoren pa- signs ist die Mög- rallel oder seriell kombiniert wird. lichkeit, diese Ka- pazität stufenweise Durch den Aufbau von Clustern können nach unten zu ska- Anlagen bis zur Größe von 5.000 l/h lieren. Dieses ge- Kapazität aufgebaut werden, die z.B. schieht durch eine die Destillation gemeinsam nutzen. einfache mechanische Reduzierung Beispielanlage: 4 Desintegratoren mit ge- samt ~ 5m³/h. Produktionsmenge mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 12
  • 13. ________________________________________________________________________ mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 13
  • 14. Group of companies ________________________________________________________________________ Die Baugruppen einer microfuel™ Anlage Eine vollständige microfuel™ Produk- Blockheizkraftwerk (BHKW) tionsanlage besteht im Standardfall (Motor und Generator für die Stromprodukti- aus den folgenden Baugruppen: on) Materiallagerung Labor (Ausreichende Flächen für trockene Lagerung (zur laufenden Qualitätssicherung der Produk- des Rohmaterials) te) Schredder Die Fertigung der Anlage erfolgt in (Anlage zur Zerkleinerung der Rohmasse) zertifizierten Maschinenbaufachbe- trieben unter Beachtung höchster Pelletierpresse Qualitätsnormen. Die Einhaltung der (Anlage zur Verpressung der Rohmasse zu- sammen mit dem Katalysator zu Pellets) Fertigungsnormen wird durch die Bio- nic Qualitätskontrolle fortlaufend microfuel™ Hochfrequenz- überwacht. moleküldesintegrator (Mikrowellen beheizter chemische Reaktions- anlage) Kondensattank (Tank für das Reaktionsendprodukt) Destillation (Thermische Destillation zur Reinigung des o.a. Produktes) Entschwefelungsanlage bei Biomasse Treibstofftanks (Tanks für den produzierten Treibstoff) Mischbehälter (Behälter zur Zugabe von Additiven für die DIN Norm) Wassertanks (Tanks für das abgeschiedene Wasser aus der Reaktionsmasse) Abfalltanks (Tanks für die Reststoffe aus der Verarbei- tung) Gastanks für die Inertisierung und Hydrierung, Öltanks (Tanks für Prozessöle und Additive) mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 14
  • 15. ________________________________________________________________________ Vorteile der Nutzung von Bio- gewiesen. Geld fließt aus der Re- masse im microfuel Prozess gion ins Ausland. Wird Biomasse energetisch genutzt, verbleibt 1. Wird Biomasse energetisch ge- diese Wertschöpfung in der Regi- nutzt, bleibt der Kohlendioxid- on. kreislauf weitgehend geschlossen. Denn das bei der Verbrennung der 7. Die Eigenproduktion von biogenen Biomasse freigesetzte CO2 wird Treibstoffen wird die Abhängigkeit von den nachwachsenden Pflanzen von den erdölproduzierenden Län- wieder gebunden. dern und unvorhersehbaren Preis- schwankungen vermeiden. 2. Der immense "Energiehunger" hoch entwickelter Gesellschaften ver- 8. Die vermehrte Nutzung einheimi- braucht in wenigen Jahrzehnten scher Energieträger wie Holz u.a. die in Jahrmillionen gebildeten vermindert diese Abhängigkeit von fossilen Ressourcen. Wer Biomasse fossilen Energieträgern und ver- energetisch nutzt, schont diese schafft auf lange Sicht auch mehr knappen, wertvollen fossilen Vor- Bewegungsfreiheit bei Energiekri- räte. Microfuel Leichtöle können sen und Preissteigerungen. herkömmliche Treibstoffe erset- zen. 9. Die Land- und Forstwirtschaft wird von Menschen betrieben, die in 3. Transport und Lagerung von Bio- der Region verwurzelt sind. Bei- masse bergen bei Unfällen erheb- nahe alle Mittel für den Brenn- lich geringere Umweltrisiken als stoff, dessen Gewinnung und den dies bei fossilen Energieträgern Betrieb der microfuel Anlagen der Fall ist. Man denke an undich- bleiben in der Region und kommen te Erdgasleitungen, havarierte ihr wieder zugute. Dezentral er- Öltanker oder geplatzte Ölpipe- zeugte Energie aus Biomasse lines. schließt nicht nur ökologisch, son- dern auch ökonomisch sinnvolle 4. Die Energiebilanz der Biomasse ist Kreisläufe. positiv. Die für die Gewinnung des Energieträgers eingesetzte Energie 10. Die Verbesserung der bereits jetzt ist wesentlich geringer als dieje- hoch entwickelten Verbrennungs- nige, die bei dessen energetischer technik erfordert Innovationen. Verwertung frei wird. Bei Holz- Diese gehen meist von kleinen bis hackschnitzeln müssen weniger als mittleren Unternehmen aus. Inno- 10 % der Nutzenergie für deren vationsbedarf besteht auch im Umsetzung zu Ölen aufgewandt Vorfeld, bei der Bereitstellung der werden. Biomasse. Hier können sich Un- ternehmen in Deutschland, aber 5. Nachwachsende Rohstoffe werden auch international, neue zukunfts- regional verwendet, lange Trans- trächtige Märkte erschließen. porte werden vermieden. 11. Land- und Forstwirte stellen oft- 6. Rohstoffarme Länder wie Deutsch- mals nicht nur den Energieträger land sind in hohem Maße auf den Biomasse bereit. Sie treten auch Import fossiler Energieträger an- als Betreiber von Biomasse- mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 15
  • 16. ________________________________________________________________________ anlagen auf. Hier und durch den Wichtige Anlagenteile sind grundsätz- vermehrten Absatz für bislang un- lich doppelt ausgelegt, um Störfälle genutzte Reststoffe der Holzin- zu vermeiden. dustrie und Landwirtschaft ent- stehen neue Beschäftigungsfelder Tanks werden so ausgelegt, dass ge- und Einkommensquellen. Dies hilft nügend Überkapazitäten vorhanden Arbeitsplätze erhalten und stärkt sind, um z.B. Feiertagswochenenden die ländliche Struktur. zu überbrücken. 12. Neben Holz als Eingangsmaterial bietet sich auch die Nutzung von Ernteabfällen, Grünschnitt, Press- kuchen, biologischen Klärschläm- men und Algen für die Verölung in einer HFMDI Anlage an. Der Errichtungsprozess Standortbezogene Vorausset- Eine microfuel™ Anlage wird typi- zungen scherweise in mehreren Bauabschnit- ten errichtet und betrieben. Zur Errichtung einer microfuel™ Anla- In einer ersten Ausbaustufe wird die ge sind folgende Vorbereitungen von Anlage zunächst mit reduzierter Kapa- Seiten des Betreibers erforderlich: zität in Betrieb genommen. Dieses erleichtert anfängliche Produktions- Befestigtes Gelände von mind. 800 tests, das Einfahren der Anlage und m² Fläche, die Ausbildung des Bedienpersonals. Halle mit den Abmessungen Nach erfolgreichem Verlauf des An- ~L 40 x B 15 x H 12 m, fahrbetriebs und der Einstellung des erzeugten Kraftstoffes auf das indivi- Gelände zur Lagerung der Rohstoffe duelle Eingangsmaterial (z.B. mittels (empfohlen ~1000 m²), spezieller Additive auf die EN 590 Norm) wird die Zielkapazität durch Energieanschluss Zuschalten weiterer Mikrowellengene- 400 V / 60 kW Dauerlast für Notbe- ratoren erreicht. trieb Je nach Auslegung der Geräte wird die Separate Einhausung Vorprozesslinie doppelt ausgelegt. für das angeschlossene Blockheiz- Dies führt zu weniger Betriebsunter- kraftwerk (1200 kW elektr. Leistung) brechungen bei Wartungsarbeiten und erlaubt zudem die entstehende Über- Wasseranschlüsse kapazität z.B. bei den Schreddern und und Kühlwassertanks, Wasserablauf Pelletierern nur in den Tagesstunden (für Kühlwasser, nicht kontaminiert) zu nutzen, um Lärm zu vermeiden. Ausreichend Fläche für Treib- stofftanks mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 16
  • 17. ________________________________________________________________________ Behördliche Genehmigungen sind u.U. getischen Aufwand gereinigt und dann nach der BImSchV (Bundesimmissions- als gereinigtes Wasser mit Trinkwas- schutzverordnung) einzuholen, wobei serqualität bereit gestellt. die microfuel Technik als sonstige Re- Die Abgase der Generatoren werden cyclinganlage eingestuft wird und alle zur Inertisierung der Anlage verwen- Anforderungen gemäß den einschlägi- det, um Stickstoff zu sparen und die gen Bestimmungen erfüllt. Abwärme der Generatoren wird zur Trocknung von Eingangsmaterial und Die microfuel Anlage ist nahezu voll- Vorheizung benutzt. ständig aus Edelstahl gefertigt. Die eingesetzten Mikrowellengeneratoren Die Anlage ist auf eine Laufzeit von entsprechen den aktuellen techni- min. 7.680 h (24 h/d x 320 d) pro Jahr schen Richtlinien für Hochfrequenzan- konzipiert. Ein Dauerbetrieb ist bei lagen und sind nach den aktuellen Einhaltung der Wartungsintervalle technischen Richtlinien zertifiziert. möglich. Die gesamte Anlage ist explosionsge- schützt nach ATEX ausgelegt. Durch den modularen Aufbau und die weitgehend automatische Steuerung Bei der Konstruktion der Anlage wurde ist die Anlage von nur einem Operator besonderer Wert auf die fast vollstän- bedienbar und wartungsarm. dige Wiederverwertung der Endpro- dukte gelegt. Endprodukte sollen in Die gesamte Steuerung ist in einem die Wertschöpfungskette wieder ein- Container untergebracht, vom dem gegliedert werden und Abfälle ver- aus die wesentlichen Anlagenteile per mieden werden. Video überwacht werden können. So wird z.B. das, aus dem Eingangs- Unterbrechungsfreie Notstromversor- material entstehende und verdampfte gung für die Elektronik ist Standard. Wasser wieder aufgefangen, in einer Brüdendestillation mit geringem ener- Das Steuerpult Beispielbildschirme der Steuerungseinheit mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 17
  • 18. ________________________________________________________________________ mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 18
  • 19. Group of companies ________________________________________________________________________ Eigenschaften des Destillates Die nachfolgenden exemplarischen Analysewerte für ein Gemisch hochkalorischer Kunststoffabfälle zeigen, dass das erzeugte Produkt qualitativ im Bereich der EU Norm für Dieselkraftstoff liegt. Parameter EN 590 EBS Destillat Einheit Kin. Viskosität bei 40°C 2,00 bis 4,50 2,94 mm²/s Dichte bei 15°C 820 bis 845 831,40 kg/m³ CFPP Max. -20 -15,00 °C Cetanindex Minimum 46,0 42,90 - Destillat bei 250°C < 65 60,17 Vol. % Destillat bei 350°C Mind. 85 95,21 Vol % 95% Punkt Max. 360 351,19 °C Tankstellendiesel microfuel Leichtöl aus Stroh (destilliert, hydriert, erster Ausschlag ist n-Hexan als Lösungsmittel) (freundlicherweise von unserem Kunden in Dänemark bereitgestellt) mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 19
  • 20. ________________________________________________________________________ Typische Wirkungsgrade unterschiedlicher Eingangsstoffe Die folgende Tabelle vermittelt einen anschaulichen Eindruck zur vielfältigen Leis- tungsfähigkeit des Verfahrens bezüglich möglicher Einsatzstoffe. Wirkungsgrad in % Einsatzmaterial (Trockenmasse) Weichholzarten 34,0% Jathropha 61,0% Maischen 28,0% Miscanthus 39,0% Nawaro (~ Richtwert) 35,0% Oliven (Presskuchen) 47,0% Palmpresskuchen 49,0% Klärschlamm+EBS Mix 53,0% EBS Ersatzbrennstoff (>30 MJ) 54,0% EBS hydriert 68,0% Rapskuchen 55,0% Reifen-Rauhmehl 54,0% Sägespäne 22,0% Schilfsorten 34,0% SL Leichtfraktion (Weißware) 78,0% Stroh 26,0% Wachse 79,0% Die genannten Werte sind Richtwerte und können sich durch die Zugabe von Wasserstoffgas und/oder der Vorbehandlung des Materials durch Steam-Reforming in einem zusätzlichen Prozess- schritt deutlich verbessern. In Kunststoffgemischen soll der Anteil an Haloge- nen 5% nicht überschreiten. Grundsätzlich sind für jedes Einsatzmaterial aus- führliche Tests notwendig, um die genauen Umset- zungsraten zu bestimmen. Sonderausführungen für Ölsände und Ölschlämme, Kohlehydrierung und Tiermehle sind verfügbar. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 20
  • 21. Group of companies ________________________________________________________________________ Nebenprodukte Erlösmöglichkeiten Da die Umsetzung zu Leichtölen nur auf den größeren Teil der im Ein- Treibstoff gangsmaterial enthaltenen Kohlen- wasserstoffe wirkt und zudem die Ver- Zunächst ist der Verkauf der produ- teilung von Kohlenstoff zu Wasserstoff zierten Leichtöle offensichtlich. in den Materialien nicht im optimalen Verhältnis steht, entstehen neben Hier muss unterschieden werden, ob Leichtölen auch Nebenprodukte: als Eingangsmaterial nachwachsende Rohstoffe verwendet werden, denn Diese sind: das hieraus produzierte Öl ist bis zum Jahr 2015 steuerbegünstigt und kann Wasser (aus der Materialfeuchtigkeit, als Treibstoff für Motoren eingesetzt typisch 10-18%, durch Nachdestillation werden. gereinigt, unbelastet) Sofern es aus dem Zollbereich (Pro- Kohlenstoff (zu 94% rein, pulverför- duktionsort) bewegt wird, muss es der mig, Brennwert ~24,5 MJ/kg) Europäischen Norm DIN 590 entspre- chen. Anorganische Salze (in der Kohle, z.B. Calcium-, Natrium-, Kalium- Sal- Dieses bedeutet, dass das produzierte ze, bereits im Eingangsmaterial vor- Leichtöl, ähnlich wie in einer Raffine- handen, Restkatalysator als Silikat, rie nachbehandelt und mit Additiven umweltneutral) versetzt werden muss, um die Norm zu erfüllen. Für den Einsatz in strom- Gase (Methan, Propan, Pentan, und erzeugenden Generatoren oder ähnli- andere organische leichtflüchtige Ver- chen Maschinen, die sich auf dem bindungen, die im Generator ver- Produktionsgelände befinden, ist die- brannt werden, Stickstoff und Kohlen- se Anpassung nicht notwendig. dioxid in geringen Mengen, die auch im Generator nachgereinigt werden) Sofern der Treibstoff aus Abfällen bzw. kunststoffhaltigem Eingangsma- Feststoffe (Schwefel, der in einer terial produziert wird, muss die aktu- Entschwefelungsanlage aus dem Pro- elle Mineralölsteuer beachtet werden. zess abgesondert wird) Abfallstoffe (Schweröle aus dem Destillationssumpf ~5%, Ölemulsion aus der Wasserreinigung ~2%) mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 21
  • 22. ________________________________________________________________________ Kohle wasserspeichernden Eigenschaft der Kohle. Die im Prozess hergestellte Kohle ist Es besteht die Möglichkeit der Ausfäl- außerordentlich rein und kann für ver- lung von Phosphaten bei Gülle als schiedenste Anwendungen verkauft Ausgangsstoff. werden. Ein laufendes Forschungsprojekt be- Zunächst erscheint der Verkauf der schäftigt sich mit der Verarbeitung Kohle als Brennstoff offensichtlich, von Klärschlämmen, der Nutzung der jedoch gibt es noch weitere Einsatz- entstehenden Kohle als Dünger und möglichkeiten: der Nutzung der entstehenden Öle als Energieträger. Dies setzt eine voll- Im Rahmen der Versuche wurde fest- ständige Zersetzung der organischen gestellt, dass die im Prozess aus Verbindungen im microfuel Prozess nachwachsenden Rohstoffen als End- voraus. produkt entstehende Biokohle eine offenporige Struktur aufweist, und somit den Einsatz als Bio-Dünger mög- lich erscheinen lässt.  offenporige Struktur, somit hygrosko- pisch  Die Kohle enthält alle Mineralien, die sich im Ausgangsstoff befanden.  NH3 aus Gülle und mikrobiologischen Abfällen zersetzt sich im Mikrowel- lenprozess und verlässt das System.  Durch die homogene Aufheizung ist die Kohle gleichmäßig vorhanden und gewünschte Restorganik kann im Pro- zess kontrolliert erzeugt werden.  Das Kristallgitter des Kohlenstoffes ist durch die Mikrowelleneinstrahlung po- larisiert und ausgerichtet. Dieses führt zu einer besseren Wasserspei- chereigenschaft.  Die Kohle ist steril und kann zur Ver- besserung der Düngereigenschaften mit Mikroorganismen wie z.B. Nitro- bakter (Arten dieser Gattung findet man in Böden, Süßwasser und im Biokohle, die als Dünger verkauft Meer. Es handelt sich um stäbchen- wird, erzielt erheblich höhere Preise förmige, gramnegative Bakterien, die als Kohle, die als Brennstoff verkauft zum Zweck der Energiegewinnung un- wird und ermöglicht damit deutlich ter oxydischen Bedingungen Nitritio- nen (NO2−) mit Sauerstoff (O2) zu Nit- höhere Erträge. rationen (NO3−) oxidieren). Kohle, die aus Abfällen produziert Die Anwesenheit eines zeolitischen wird, eignet sich nur dann als Dünger, Katalysators (Natrium-Silizium- wenn in den Eingangsmaterialien kei- Aluminat-Sand) der absolut umwelt- ne Schwermetalle enthalten sind. Hier neutral ist, führt zusätzlich zu einer ist eine besondere Auswahl des Ein- gangsmaterials notwendig. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 22
  • 23. Group of companies ________________________________________________________________________ Prozesswasser Die meisten Eingangsmaterialien ent- Das während der Verarbeitung entste- halten Schwefel in der Grund Sub- hende Prozesswasser wird in einem stanz. abschließenden Destillationsvorgang gereinigt und von aromatischen Ne- Schwefel schmilzt bei ~115°C und benprodukten und Ölen getrennt. Die- wird durch den geringen Siedepunkt ses Wasser kann in die Kanalisation mit den Dämpfen eingeleitet werden, als Feldbewässe- aus dem System rung verwendet werden oder nach ausgetragen. einem nochmaligen Reinigungsvorgang Eine aufwendige als gereinigtes Wasser verkauft wer- Entschwefelung den. separiert den Schwefel und fällt ihn elementarisch aus, sodass er verkauft werden kann. Abfallprodukte Die entstehenden festen und flüssigen Abfallprodukte müssen vorschriftsge- recht entsorgt werden. Es entstehen geringe Mengen (unter 2%) an Schwer- Schwefel ölen aus dem Destillationssumpf und dem Wasserreinigungsverfahren. Schwefel ist in den Aminosäuren Cys- tein/Cystin und Methionin und in allen darauf aufbauenden Peptiden, Protei- Abgase nen, Koenzymen und prosthetischen Gruppen in Form von Thiolgruppen Der Prozess ist abgasfrei. Einzig die (Oxidationsstufe +II) oder Thioether- Abgase des Generators (BHKW) zur gruppen enthalten. Stromversorgung entweichen. Brenn- bare und nicht brennbare Gase, die im Weiterhin ist er in einigen Kofaktoren Prozess entstehen, werden in den Ein- (Biotin, Thiaminpyrophosphat) in he- saugschacht des Generators geleitet terozyklischer Bindung enthalten. und dort im Brennraum neutralisiert. Entstehender Ruß während dieser Schwefel ist damit ein essentielles Nachverbrennung wird durch einen Element lebender Zellen. Partikelfilter ausgefiltert. Da der Pro- zess unter Luftabschluss abläuft, wer- Disulfidbrückenbindungen sind weit den Teile der Abgase verwendet, um verbreitet und tragen zur Ausbildung die Luft aus der microfuel Anlage zu und Stabilisierung von Proteinstruktu- verdrängen und die Eingangsmateria- ren bei. Auch in oxidierter Form spielt lien vorzuheizen. Schwefel in der Aminosulfonsäure Taurin (Oxidationsstufe +IV) eine wichtige biologische Rolle. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 23
  • 24. Group of companies ________________________________________________________________________ Mögliche Einsatzbereiche Verbundstandorte Landwirtschaftliche Nutzung Neben dem Einsatz der microfuel Da die aus nachwachsenden Rohstof- Technologie zur Produktion von fen als Nebenprodukt zum Kraftstoff Leichtölen bietet es sich auch an, die entstehende Kohle als Bio-Dünger ein- Moleküldesintegratoren an sogenann- gesetzt werden kann, bieten sich ten Verbundstandorten einzusetzen. landwirtschaftliche Standorte optimal Hierbei ist die sofortige Verfügbarkeit an. von Generatorstrom zum Einsatz bei Energiespitzenverbrauch und die La- Neben der Verfügbarkeit des Ein- gerbarkeit des Treibstoffes besonders gangsmaterials sind nur kurze Wege hervorzuheben. für den Einsatz erforderlich; und zu- sätzlich können Anbaufolgen optimal Damit ist der Einsatz an kommunalen ausgenutzt werden. Standorten wirtschaftlich, wenn z.B. Klärschlämme vermischt mit Hausab- Ob die Verwendung des Treibstoffes in fällen und Grünschnitt verarbeitet landwirtschaftlichen Maschinen oder werden und aus den erzeugten Leicht- die Produktion von elektrischem ölen über Generatoren Strom und Strom und die Nutzung der Abwärme Wärme erzeugt wird. zur Stofftrocknung gewählt wird, muss im Einzelfall entschieden werden. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 24
  • 25. ________________________________________________________________________ Beseitigung von Abfällen Beratungsleistungen Die microfuel Technologie eignet sich auch für die Beseitigung von proble- Bionic misst der Schaffung von Pla- matischen Abfällen wie z.B. Treibsel nungssicherheit für ihre Kunden einen aus den Küstengebieten oder Restde- sehr hohen Stellenwert bei. Eine ponien. wichtige Komponente zur Erreichung dieses Zieles ist die gewissenhafte Durchführung eines Vorprojektes zur Klärung sämtlicher wesentlicher tech- nischer und wirtschaftlicher Parame- ter. Experten ermitteln im Auftrag des Kunden alle erforderlichen Daten und führen einen ausführlichen Material- test im Bionic Labor einer eigenen Anlage durch. Der Kunde kann auf die- ser Grundlage mit Unterstützung der Bionic-Berater verlässliche Wirt- Durch die Möglichkeit Prallmühlen für schaftspläne für sein Projekt erstel- die Vorverarbeitung des Materials ein- len. zusetzen, sind nahezu alle Abfälle zu verarbeiten. Die im Vorprojekt ermittelten techni- schen Parameter finden Eingang in Selbstverständlich muss im Einzelfall den Liefervertrag der Anlage und wer- geprüft werden, wie hoch die Belas- den Bestandteil einer umfangreichen tung an Schadstoffen ist, und es müs- Funktionsgarantie. sen gegebenenfalls separate Neutrali- sations– und/oder Klärprozesse durch- Die Kosten für das Vorprojekt werden geführt werden. Jedoch ist dieses bei Bestellung der Anlage mit dem durch die geringen Prozesstemperatu- Gesamtpreis verrechnet. ren relativ einfach durchzuführen. Im Rahmen eines solchen Vorprojektes sind die folgenden typischen Aktivitä- ten und Leistungen vorgesehen: mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 25
  • 26. ________________________________________________________________________ Durchführung von Analysen  Festlegung der chemischen Spezifika- tion des Eingangsmaterials und Tests Festlegung der physikalischen Spezifi- kation des Eingangsmaterials  Chemische Analyse des Eingangsmate-  Festlegung des maximalen Feuchtig- rials u.a. auf keitsgehaltes des Eingangsmaterials Brennwert (Energiegehalt), organische Bestandteile (PCB, PVC,  Festlegung der Mengenbeschaffung PU, PAE usw.), anorganische Salze , des vom Kunden festgelegten Ein- Metalle und Metallverbindungen, Was- gangsmaterials im Verhältnis zu ande- sergehalt (Feuchtigkeit), Toxine ren beigemischten Materialien. Dar- aus resultierender Mengenschlüssel  Physikalische Analyse des Eingangsma- und Bestimmung der zulässigen Band- terials wie breite der Beimengung anderer Mate- o Geruchsstruktur rialien o Korngröße o Dichte  Festlegung der statistischen Kontroll- o Härtegrad proben für den operativen Betrieb o Verarbeitbarkeit: Viskosität o Rieselfähigkeit  Festlegung der Leistungsmerkmale o Porosität (Input-Output-Relation) o Eigentemperatur und Betriebstem- peratur  Festlegung der Schnittstellen mit dem o Merkmale der Lagerfähigkeit Vorprozess  Verarbeitung der Testcharge in einer  Festlegung des Aufstellungsortes Technikumsanlage mit Feststellung des Wirkungsgrades  Festlegung der Schnittstellen zum Nachprozess  Analyse des produzierten Leichtöls auf  Festlegung der Kundenbeistellungen im Zusammenhang mit dem Betrieb o EU Norm 590 o Wassergehalt (Wasser- und Kanalanschluss, elektri- o Schwefelgehalt sche Einspeisung, Schallschutz, etc.) o Temperaturstabilität o Siedepunkte  Festlegung des Terminplans zur Anla- o C-O-H, NO, NOX, TOC generstellung, -lieferung und Inbe- triebnahme  Untersuchung des Leichtöls auf Mo- tortauglichkeit  Festlegung der Schulungstermine und o Testlauf in einem Technikumsmo- –orte tor o Abgasmessung o Cetanwert-Messung  Analyse des Restmaterials: Chemische Analyse auf organische Stoffe und wasserlösliche Salze, De- ponieverträglichkeit nach Euro DIN  Festlegungen zur Konkretisierung des Lieferumfangs, der Leistungsmerkma- le der Anlage sowie der Schnittstellen zum Kunden mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2011 by Bionic Group of companies (patents pending) 26
  • 27. Group of companies ________________________________________________________________________ Bionic Forschungsinstitut für Die Wirtschaftlichkeit erneuerbare Energien Errichtung und Betrieb einer micro- fuel™ Anlage auf Basis einer fundier- Ab Ende 2011 wird das Bionic For- ten Planung ist eine wirtschaftlich schungsinstitut für erneuerbare Ener- hochlukrative Investition. Die Produk- gien unter dem Namen Bionic Labora- tumsätze werden unmittelbar durch tories BLG GmbH seine Arbeit an der die Preise im weltweiten Ölmarkt be- systematischen wissenschaftlichen stimmt. Im langfristigen Trend kann Erforschung und Optimierung der man hier von überproportionalen microfuel Technologie aufnehmen und Preissteigerungen ausgehen. den Kunden zusätzliche Planungssi- cherheit bieten. Darüber hinaus gibt es abhängig von Eingangsmaterial und Standort we- Finanzinvestoren haben die Möglich- sentliche zusätzliche Deckungsbeiträ- keit sich durch Genussscheine hieran ge. Bei der Verarbeitung von Abfall- zu beteiligen und durch den Betrieb stoffen kann langfristig mit teilweise von Versuchs- und Produktionsanlagen sehr hohen Abfallvergütungen kalku- am Erfolg der Technik zu partizipie- liert werden. Der Anlagenbetreiber ist ren. in diesem Falle nicht nur in der Treib- stoffversorgung sondern auch in der Kunden können hier umfangreiche Ma- Abfallentsorgung tätig. terialtests durchführen lassen, ohne eigene Laboranlagen betreiben zu Bei der Ölerzeugung aus Biomasse müssen. handelt es sich um besonders förde- rungsfähige Biokraftstoffe nach den Im Bionic-Forschungsinstitut wird zu- entsprechenden EU-Regelungen. Die- dem das Zusammenspiel der verschie- ses bedeutet z.B. in Deutschland zu- denen Vorprozesstechnologien mit nächst die Begünstigung bis über das microfuel Hochfrequenz Desintegrato- Jahr 2015 hinaus. ren im Dauerbetrieb getestet. Wegen der besonderen Förderungsfä- higkeit des Verfahrens innerhalb der EU kann auch mit einem wesentlichen Förderbeitrag zur Investition gerech- net werden. Da die wesentlichen Einflussfaktoren in jedem Einzelfall gesondert betrach- tet werden müssen, ist es nicht mög- lich an dieser Stelle eine allgemein- gültige Berechnung anzubieten. Exemplarische Berechnungen können auf Anfrage bereitgestellt werden. mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 27
  • 28. Group of companies ________________________________________________________________________ Microfuel Pilotanlage Stickstofftanks Steuerung Oktogon von Innen Besuch des New Yorker Abfallentsorgers Michael Bellino Besuch des dänischen Ministers für Environment T.L. Poulson mf_rev 35 03/2012 * confidential / vertraulich * publishing prohibited without written permission © 2012 by Bionic knowledge partners inc. (patents pending) 28