Bio- und E-Kraftstoffe als Schub für viele Antriebe

Bio- und E-Kraftstoffe bilden wichtige Bausteine im globalen Streben nach einer nachhaltigen Energiezukunft. Sie sind erneuerbare und zudem vielversprechende Alternativen zu fossilen Brennstoffen, da sie die CO₂-Emissionen im Vergleich um bis zu 95 Prozent reduzieren. WIKA unterstützt seit vielen Jahren Projekte im Bereich Bio- und E-Kraftstoffe mit maßgeschneiderten Instrumentierungslösungen.

Die Unterschiede zwischen den einzelnen Kraftstoffen beziehen sich in erster Linie auf die Herstellungsverfahren:

HVO, HEFA und Biomass to Liquids (BtL)

Diese beiden Reaktortypen werden zur Herstellung von Bio- und E-Kraftstoffen genutzt. Für die Temperaturüberwachung in Festbettreaktoren (linkes Schema) ist das Multipoint-Thermoelement Typ TC96-R Flex-R^® erste Wahl. Deren Sicherheitsübergang (sekundäre Druckkammer) zwischen Reaktor und Anschlusskasten kontrolliert je nach Anforderung Manometer, Manometer mit Funksignal, Prozesstransmitter oder Manometer mit elektrischem Ausgangssignal (v. o. n. u.). Für den Einsatz in den Katalysatorrohren der Fischer-Tropsch-Rohrbündelreaktoren (rechtes Schema) hingegen ist das Mini-Multipoint Typ TC97 die ideale Lösung. Die tatsächliche Anzahl der Messpunkte ist in der Regel in beiden Fällen deutlich höher als in den schematischen Abbildungen dargestellt.

Die Industrie unterscheidet zwischen Biodiesel (FAME = „Fatty Acid Methyl Esters“) und erneuerbarem Diesel wie HVO („Hydrotreated Vegetable Oil“) und HEFA („Hydroprocessed Esters and Fatty Acids“). Im Gegensatz zu Biodiesel lassen sich HVO und HEFA wegen ihrer überlegenen Qualität als „Drop-in“-Kraftstoffe verwenden, also direkt ohne entsprechende Anpassung der Antriebe. Ferner ist die Verbrennungsqualität aufgrund des höheren Cetangehalts besser, ebenso die Kaltfließeigenschaften. HEFA und HVO basieren typischerweise auf Pflanzen- und Altspeiseölen, tierischen Fetten sowie Tallöl aus der Zellstoff-Produktion. Die Herstellung umfasst Prozesse wie Hydrotreatment und Hydroisomerisierung in Festbettreaktoren.

Fortschrittliche Biokraftstoffe lassen sich ebenfalls durch die Vergasung von Biomasse erzeugen. Das dabei entstehende Synthesegas wird anschließend im Fischer-Tropsch-Verfahren in Flüssigkraftstoff umgewandelt. Diese als „Biomass to Liquids“ (BtL) bekannte Methode nutzt üblicherweise forst- und landwirtschaftliche Abfälle und Rückstände. Als Einsatzstoff können auch Siedlungsabfälle verwendet werden.

E-Kraftstoffe aus CO₂ und Wasserstoff

E-Kraftstoffe (oder RFNBO = „Renewable Fuels of Non-Biological Origin“) bieten das Potenzial, schwer zu elektrifizierende Sektoren wie die Luft- und Schifffahrt zu dekarbonisieren. Sie werden in der Regel ebenfalls im Fischer-Tropsch-Verfahren hergestellt. Bei den Einsatzstoffen handelt es sich in diesem Fall um CO₂ aus Kohlenstoffabscheidungsprozessen („Carbon Capture“) und Wasserstoff. Dieser wird durch Elektrolyse mit Strom aus Solar-, Wind- oder Wasserkraft erzeugt.

Fischer-Tropsch-Reaktoren für E-Fuels enthalten mit Katalysator gefüllte Rohre, in denen Synthesegas in paraffinische Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird. Diese gelangen nach dem Hydrocracken in die Destillation, wo sie zum Beispiel zu Flugtreibstoff aufbereitet werden.

Bio- und E-Kraftstoffe: Breites Instrumentierungsspektrum für die Herstellung

Ein Team des Field Services von WIKA-Gayesco bereitet den Einbau von Stufen-Thermoelementen des Typs TC96-R Flex-R® in einen Reaktor vor.

Die Herstellung von Bio- und E-Kraftstoffen erfordert eine ausgefeilte Messinstrumentierung zur Prozessüberwachung. Das gilt vor allem für die Temperaturkontrolle während der exothermen Reaktionen.

In den Anlagen für HVO- und HEFA-Diesel kommen die hochgenauen Stufen-Thermoelemente (Multipoints) vom Typ TC96-R Flex-R^® ins Spiel. Sie liefern dort ein präzises Temperaturprofil in den Reaktorbetten. Entscheidend für ihren Einsatz ist hierbei auch die Materialauswahl. Denn in den Verfahren besteht ein hohes Korrosionsrisiko aufgrund der möglichen Präsenz an freien Fettsäuren, Kohlendioxid, Wasser und Chlor in den Prozessmedien.

Eine einbautechnische Herausforderung stellen die mit Katalysator gefüllten Rohre in den Fischer-Tropsch-Rohrbündelreaktoren dar. Der Stufen-Thermoelement-Sensor Typ TC97 in Miniaturausführung ist für diese Aufgabe ideal. Zu der Temperatursensorik in den genannten Verfahren können Kunden auch einen Installationsservice in Anspruch nehmen, der einen optimalen Einbau der Geräte gewährleistet.

Lösungen für alle Messgrößen

Selbstverständlich greifen die Anlagenbetreiber auch auf WIKAs umfassende Expertise bei zusätzlichen Instrumentierungslösungen zurück. Ein Beispiel für das Know-how bei Prozessen für Bio- und E-Kraftstoffe sind Bypass-Niveaustandsanzeiger mit Titanschwimmern, die mit einem diamantähnlichen Kohlenstoff (DLC = „Diamond Like Carbon“) beschichtet sind. Hinzu kommen spezifische Druck-, Durchfluss- und weitere Temperaturmessgeräte, ebenso Druckmittler, Schutzrohre und Ventile.

Hinweis
Wissenswertes zum Thema Biokraftstoffe sowie zur Messinstrumentierung für deren Herstellungsprozess hat WIKA auch in einem Whitepaper zusammengefasst. Auf der WIKA-Webseite finden Sie weitergehende Informationen zu den erwähnten Gerätetypen TC96-R Flex-R^® und TC97. Dort können Sie sich zudem über WIKAs Nachhaltigkeitsstrategie informieren und den Nachhaltigkeitsbericht herunterladen. Sollten Sie darüber hinaus noch Fragen haben, steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.

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