Um zu verhindern, dass sich das Benzin-Luftgemisch im Ottomotor frühzeitig selbst entzündet, setzt man dem Kraftstoff Additive zu, welche die Klopffestigkeit erhöhen. Zwei solcher Zusatzstoffe, Isooktan und ETBE (Ethyl-tert-butylether), will das französisch-deutsche Unternehmen Global Bioenergies in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt nun erstmals aus rein erneuerbaren Rohstoffen herstellen. Das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna wird die Verfahren im Auftrag von Global Bioenergies mit der im CBP zur Verfügung stehenden Ausstattung entwickeln, validieren und in einen industriellen Maßstab übertragen.

Ausgangsstoff für die biobasierten Kraftstoffadditive ist biobasiertes Isobuten, ein Kohlenwasserstoff, aus dem auch Kunststoffe und Elastomere synthetisiert werden können. Ab Herbst 2016 wird es in einer vorindustriellen Pilotanlage hergestellt, die Global Bioenergies in den letzten Monaten am Fraunhofer CBP installiert hat. Die Anlage ist weltweit die erste, in der Isobuten in einem rein biotechnischen Verfahren aus Zuckern produziert werden soll, die ihrerseits aus verschiedenen nachwachsenden Rohstoffen wie landwirtschaftlicher Biomasse oder forstwirtschaftlichen Reststoffen gewonnen werden können. In einem 5000 Liter fassenden Fermenter wandeln Bakterien die Zucker zu dem begehrten gasförmigen Kohlenwasserstoff um.
 

Chemische Umwandlung von Isobuten zu Isooktan

Die Synthese von Isooktan aus Isobuten wird in der chemischen Industrie zwar seit Jahren angewandt. »Nun ist die Herausforderung herauszufinden, wie sich die etablierten chemischen Verfahren auf den biobasierten Ausgangsstoff übertragen lassen«, erläutert Dr. Daniela Pufky-Heinrich, die das Projekt am Fraunhofer CBP leitet. »Über den pflanzlichen Rohstoff und das biotechnische Produktionsverfahren könnten beispielsweise Substanzen in das Produkt gelangen, die als Katalysatorgift wirken oder den Verbrennungsprozess im Motor stören«, so die Chemikerin. Deshalb ist es wichtig, alle einzelnen Verfahrensschritte im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Gesamtprozess, vom Zucker über das biobasierte Isobuten bis zum Kraftstoffadditiv, auszulegen. »Das bedeutet, dass wir jeden einzelnen Parameter untersuchen und wenn nötig anpassen müssen, zum Beispiel unsere Reinigungsstrategie der Intermediate oder des Endprodukts«, sagt Pufky-Heinrich.

Den optimierten Gesamtprozess gilt es dann vom Labor-, über den Technikums- bis zum Pilotmaßstab zu skalieren. »Parallel werden wir Mustermengen im Maßstab von etwa 100 Kilogramm für Anwendungsuntersuchungen in der Automobil- und Kraftstoffindustrie bereitstellen«, so Pufky-Heinrich.

Auch für die chemische Herstellung von ETBE, das aus biobasiertem Isobuten und Ethanol synthetisiert wird, wollen die Fraunhofer-Forscher verschiedene Verfahrensansätze untersuchen. Dieser Benzinzusatzstoff wird zunächst aus Chargen der biotechnologischen Isobuten-Produktion aus der Pilotanlage von Global Bioenergies in Pomacle, Frankreich, hergestellt.

Für die chemische Umwandlung werden die am Fraunhofer CBP in der Gruppe Chemische Verfahren vorhandenen hydrothermalen Reaktoreinheiten, für die anschließende Aufreinigung die Anlagen zur thermischen Aufbereitung genutzt.