Rapsöl ist gesund. Es enthält ungesättigte Fettsäuren, Vitamin E und Phytosterine. Das sind pflanzliche Stoffe, die dem menschlichen Cholesterin ähneln und dessen Gehalt im Körper senken können. Phytosterine sind in der Lebensmittelindustrie gefragt, aber auch bei der Herstellung von Hormonen oder als Feuchtigkeitsspender in Kosmetika. In Düngern können sie sogar das Wurzelwachstum anregen.
Der Anteil der Cholesterinsenker im Rapsöl liegt allerdings bei unter einem Prozent. Sie müssen herausdestilliert werden. Das macht seit 2015 das Biokraftstoffunternehmen Verbio an seinem Standort Bitterfeld in Sachsen-Anhalt.
Dort wird das Rapsöl zunächst – wie in der Branche üblich – in Rapsmethylester verwandelt, besser bekannt als Biodiesel. Dann werden die Phytosterine, auch Phytosterole genannt, in einem aufwendigen Prozess abgeschieden. Jährlich rund 2.200 Tonnen kommen nach Verbio-Angaben aus Bitterfeld. Das Unternehmen ist weltweit der zweitgrößte Produzent von Sterolen.
Wertstoffe im Rapsöl wie Phytosterine, Vitamin E und andere Komponenten würden ansonsten mit dem Biodiesel einfach in Motoren verbrannt, und dafür seien sie eigentlich zu schade, erklärt Jörg Pfeiffer, Geschäftsführer von Verbio Bitterfeld, bei einer Präsentation des Standorts in der traditionellen Chemieregion.
Nachwachsende Rohstoffe zu Chemikalien "veredeln" statt verbrennen
Neben den Sterolen gewinnt Verbio in Bitterfeld bei der Biodieselproduktion als weiteres Begleitprodukt Glycerin. Das hat einen Anteil von rund einem Zehntel am eingesetzten Rapsöl und wird bei dessen Veresterung frei.
Dies passiert auch bei anderen Kraftstoffherstellern. Deren Glycerin wandert in die industrielle Verwendung, meist in eine Verbrennung – Verbio dagegen "veredelt" den Stoff in Bitterfeld zu einem hochreinen Produkt. Das findet dann auch in der Lebensmittel- und Pharmabranche Abnehmer.
An dem Standort nimmt dieses Jahr aber noch eine weitere, laut Verbio weltweit einzigartige stoffliche Nutzung des Rapsöls den Betrieb auf. Dazu errichtete das Unternehmen innerhalb des vergangenen zwölf Monate eine sogenannte Ethenolyseanlage, die in diesem Jahr den Betrieb aufnehmen soll.
Eine Ethenolyse wandelt längerkettige Fettstoffe – hier die Rapsmethylester – in Spezialchemikalien um, die für Wasch- und Reinigungsmittel oder als Rohstoff für weitere Chemieprodukte unter anderem in Pharmazie oder Kosmetik genutzt werden können.
Anknüpfend an Biodiesel als erneuerbaren Energieträger nennt Verbio die Produkte aus der Ethenolyse erneuerbare Chemikalien. Davon sollen jährlich bis zu 60.000 Tonnen hergestellt werden.
Das trägt dazu bei, dass die bis zu 250.000 Tonnen Biodiesel, die Verbio in Bitterfeld produziert, in wachsendem Maß auch stofflich genutzt werden.
Rechnet man das Glycerin und die Sterole hinzu, kann künftig an dem Standort ungefähr ein gutes Drittel des ursprünglichen Rapsöls längerfristig stofflich genutzt werden und wird nicht mehr relativ schnell verbrannt.
Es gebe nicht nur ein Interesse daran, von fossilen Energieträgern unabhängig zu werden, sondern auch, die chemische Industrie auf grüne Moleküle umzustellen, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden, erläutert Jörg Pfeiffer das Vorgehen.
Für den Verbio-Manager steht in Bitterfeld nicht nur eine moderne Biodieselanlage – er spricht bereits von einer Bioraffinerie, die in ihrer Komplexität einzigartig sei.
Biomasse in nützliche Moleküle aufspalten
Unweit von Bitterfeld wird in Leipzig an einer möglicherweise noch raffinierteren Bioraffinerie gearbeitet. Im Unterschied zur Verbio-Anlage, die im Rapsöl vorhandene biogene Wirkstoffe sozusagen "herausholt", wird die Biomasse in einer Pilotanlage des Deutschen Bioforschungszentrums (DBFZ) weitgehend in ihre Moleküle aufgespalten.
In einer großen Halle werden dazu alle möglichen biogenen Abfall- und Reststoffe zunächst anaerob, also unter Luftabschluss, vergärt und dabei in Biogas, das aus Methan und Kohlendioxid besteht, sowie einen Gärrest zerlegt.
Ein Clou dabei: Das entstandene CO2 wird durch Reaktion mit Wasserstoff ebenfalls in Methan umgewandelt, also komplett verwendet. Im Unterschied zu konventionellen Biogasanlagen wird also kein CO2 an die Luft abgegeben.
Das ist für eine klimaneutrale Welt wichtig, auch wenn das Treibhausgas in dem Fall nicht aus einer fossilen, sondern aus einer biogenen Quelle stammt.
Am Ende bleiben so biogenes und synthetisches Methan sowie der Gärrest übrig. Von der Projektanlage schufen die Forscher dabei einen digitalen Zwilling, um die Prozesse großtechnisch durchspielen zu können und so die Grundlagen für eine echte Bioraffinerie zu legen.
Das gewonnene Methan ist eigentlich im Form von verflüssigtem LNG als klimafreundlicher Antriebsstoff im Verkehr gedacht. Entsprechend nennt sich das Projekt "Bioressourcen und Wasserstoff zu Methan als Kraftstoff" und wird vom Bundesverkehrsministerium gefördert.
Allerdings sieht die Zukunft von LNG-Antrieben im Verkehr nicht so rosig aus. Derzeit sind nur rund 300.000 Pkw mit Gastanks unterwegs, mit sinkender Tendenz. Selbst im Lkw-Bereich setzt sich der Elektroantrieb durch.
Bioraffinerien könnten flexible Kraftwerke sein
Projektleiter Philipp Knötig richtet den Blick deswegen schon über den Bereich Verkehr hinaus. Ziel sei nicht nur zu zeigen, wie erneuerbares Methan hergestellt werden kann, erklärte Knötig kürzlich bei einer Projektpräsentation. Es gehe auch darum, weitere Nutzungen für diese Art Biogasanlagen zu entwickeln und zu erforschen, was technisch vor- oder nachgeschaltet werden muss.
Im Forscherdeutsch lautet das Projektziel, die Rolle der Biomasse als essenzieller Baustein einer zirkulären Bioökonomie zu klären sowie potenzielle Anwendungsfelder im Energie- und Chemiesektor zu erschließen.
Essenziell ist zum Beispiel die Frage zu klären, ob sich praktisch alle Bioabfälle verwerten lassen, also auch Klärschlämme, die bisher vielfach aufwendig verbrannt werden müssen. Oder Gülle, die oftmals für zu hohe Nitratwerte in den Böden sorgt.
Auch mit dem CO2 lässt sich aus Forschersicht mehr anfangen, als es "nur" in Methan zu verwandeln. Das brennbare Methan lässt sich auch in einer katalytischen Reaktion mit CO2 in biogenes Methanol umwandeln – eine Grundchemikalie für eine künftige grüne Chemieindustrie.
Das Biogas ließe sich aber auch traditionell verstromen und der Strom ganz normal ins Netz einspeisen – und wenn eben kein Bedarf im Netz ist, könnte mit dem Strom eine Elektrolyse betrieben und grüner Wasserstoff gewonnen werden.
Dieser eigenerzeugte Wasserstoff ließe sich dann wiederum zur Methanisierung des CO2 nutzen – oder auch wieder speichern, wenn weder nach Strom noch nach Methan Bedarf besteht. Die Bioraffinerie könnte so als flexibles erneuerbares Kraftwerk betrieben werden.
Interessant ist auch der Gärrest. Dieser wird in der Pilotanlage derzeit noch zu sogenannter Hydrokohle verarbeitet. Diese lässt sich energetisch nutzen, aber auch zur Bodenverbesserung.
Die Hydrokohle kann aber auch unter Luftabschluss weiter in sogenannte Pyrolyse- oder Pflanzenkohle verwandelt werden. Bringt man diese in Böden ein, entsteht sogar eine CO2-Senke. In manchen Ländern kann man dafür schon CO2‑Zertifikate erwerben.
Für die Zukunft zeichnen sich so flexible Geschäftsmodelle für Bioraffinerien ab: Auf der einen Seite kommt die gerade verfügbare Biomasse rein – auf der anderen das Produkt, für das es gerade Bedarf oder wofür es Geschäftsmodelle gibt, heraus: Methan, Wasserstoff, Strom, Wärme oder Kohlenstoff.
Das erscheint deutlich raffinierter und nachhaltiger, als Biomasse – ob nun am Ende als Kraftstoff oder Gas – einfach zu verbrennen, wie es heute noch zu allergrößten Teilen geschieht.
