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Zellulose-Ethanol aus Agrarreststoffen – think ahead, think sunliquid®

Verknappung fossiler Ressourcen, Energiesicherheit, Klimawandel, Umweltschutz:– das sind heute die für den Energiesektor massgeblichen Themen. Alternative Energiequellen müssen ermittelt werden, damit wir unsere Abhängigkeit vom Erdöl immer mehr reduzieren können. Dies wird besonders im Verkehrssektor deutlich. In der Europäischen Union, in den Vereinigten Staaten und in anderen bedeutenden Wirtschaftsräumen hat die Politik gesetzliche Rahmenbedingungen zur Förderung klimafreundlicher Biokraftstoffe geschaffen.

Bereits seit geraumer Zeit zeigen viele Unternehmen ihr wachsendes Interesse an der Produktion von Ethanol aus erneuerbaren lignozellulosehaltigen Rohstoffen, wie etwa Agrarreststoffen. Diese Ressourcen stehen in keinerlei Konkurrenz mit dem Nahrungs- und Futtermittelanbau. Vielmehr fallen sie weltweit in ausreichenden Mengen als Nebenprodukt der aktuellen landwirtschaftlichen Produktionstätigkeit an, z. B. in Form von Stroh in der Getreideproduktion.

Die von Clariant entwickelte sunliquid® ®-Technologie erfüllt alle Anforderungen an ein technisch und wirtschaftlich effizientes und innovatives Verfahren zur Umwandlung von Agrarreststoffen zu klimafreundlichem Biokraftstoff. Eine prozessintegrierte Enzymproduktion, optimierte Enzyme, die gleichzeitige Umwandlung von Zellulose und Hemizellulose zu Ethanol und eine energieeffiziente Prozessgestaltung sind die entscheidenden Faktoren, die es uns ermöglichen, technologische Hürden zu überwinden und Produktionskosten in ausreichendem Mass zu reduzieren, um letztlich eine kommerziell tragfähige Basis zu schaffen.

Seit 2009 betreibt Clariant erfolgreich eine erste Pilotanlage in seinem Forschungszentrum in München. In der Pilotanlage können pro Jahr bis zu zwei Tonnen Ethanol produziert werden. Im Juli 2012 hat die bislang grösste Anlage Deutschlands am Standort Straubing ihren Betrieb aufgenommen – ein Demonstrationsprojekt mit einer jährlichen Kapazität von bis zu 1.000 Tonnen Ethanol.

Dr. Markus Rarbach

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Weitere Informationen über sunliquid®

  • Sunliquid®

    The sunliquid® process for the sustainable and economic production of cellulosic ethanol is now fully developed, being designed for industrial plants with a production capacity of 50,000 to 150,000 ton of cellulosic ethanol per year. Clariant provides the know-how and technology for all unit operations on a turnkey basis, coupled with the expertise required for successful implementation. Pre-treatment Chemical-free pre-treatment lowers production and investment costs. At the same time, environmental, health and safety risks are minimized. Enzyme production A small percentage of the pre-treated feedstock is used for enzyme production, which is an integrated part of the process and takes place on-site at the ethanol plant. This makes a major contribution to the economic efficiency of the overall process, resulting in a significant reduction in production costs and ensuring independence from supply shortages and price volatility. Hydrolysis A bespoke enzyme mixture hydrolyses cellulose and hemicellulose chains to form sugar monomers. This step is also termed saccharification. The enzymes are highly optimized based on feedstock and process parameters, resulting in maximum yields and short reaction times under optimal conditions. Fermentation Using optimized microorganisms, the sunliquid® process provides for efficient fermentation, giving rise to maximum ethanol yields. This highly-optimized, one-pot system simultaneously converts both C5 and C6 sugars to ethanol, delivering up to 50% more ethanol than conventional processes which convert only C6 sugars. Separation The innovative and highly energy saving purification method reduces energy demand by up to 50% compared with conventional distillation. It is based on thorough process planning and energy integration, resulting in an entirely energy self-sufficient process. For more details see our Innovation Spotlight video . Mehr

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  • Zellulose-Ethanol aus Pflanzenreststoffen – wer vorausdenkt, wählt sunliquid®

    BioTech_Process_w700x276h

    Wir bieten umfassende Lösungen zur Herstellung von Zellulose-Ethanol mit integrierter und daher autonomer Enzymproduktion. Unser Ziel war die Entwicklung eines Verfahrens, das bei minimalen Kosten hohe Erträge ermöglicht. Zu diesem Zweck haben wir unsere patentierten Verfahren mit modernster Technologie vereint und heben uns dadurch von anderen Unternehmen klar ab.

    Nach entsprechender Vorbehandlung, enzymatischer Hydrolyse und Fermentation werden verschiedenste Rohstoffe in Zellulose-Ethanol umgewandelt. Unsere integrierte Enzymproduktion sorgt dafür, dass die Verfahrenskosten auf dem geringstmöglichen Niveau gehalten werden.

    sunliquid_Prozessschema_e_straw

    Vorteile des sunliquid® ®-Verfahrens
    • Integrierter Prozess mit klimafreundlicher, modernster Technologie
    • Geringe Kosten für Enzyme dank der integrierten Enzymproduktion vor Ort
    • Gleichzeitige One-Pot-Fermentation von C5- und C6-Zuckern zu Ethanol
    • Energie- und wassereffizientes Verfahren
    • Erzeugung der Prozessenergie durch Nebenprodukte
    • Flexible Nutzung für verschiedene lignozellulosehaltige Rohstoffe
    Das sunliquid® ®-Verfahren

    Vorbehandlung

    Die chemiefreie Vorbehandlung senkt die Produktions- und Investitionskosten. Gleichzeitig werden Risiken für Umwelt, Gesundheit und Sicherheit minimiert.

    Enzymproduktion

    Ein geringer Anteil des vorbehandelten Rohstoffs wird für die Enzymproduktion verwendet. Die Enzymproduktion ist ein integrierter Verfahrensbestandteil, der direkt vor Ort in der Ethanolanlage durchgeführt wird. Dies trägt wesentlich zur ökonomischen Effizienz des Gesamtverfahrens bei, führt zu einer signifikanten Reduktion der Produktionskosten und gewährleistet die Unabhängigkeit von Lieferengpässen und Preisschwankungen.

    Enzymatische Hydrolyse

    Eine spezielle Enzymmischung ist für die Hydrolyse von Zellulose- und Hemizellulose-Ketten verantwortlich, so dass Zucker-Monomere entstehen. Dieser Verfahrensschritt wird auch als Verzuckerung bezeichnet. Die Enzyme sind durch die angewendeten Rohstoff- und Prozessparameter hochoptimiert, was bei optimalen Bedingungen zu maximalen Erträgen und kürzeren Reaktionszeiten führt.

    Fermentation

    Das sunliquid® ®-Verfahren nutzt optimierte Mikroorganismen für eine effiziente Fermentation und sorgt so für maximale Ethanol-Erträge. In diesem hochoptimierten One-Pot-System werden gleichzeitig C5- und C6-Zucker in Ethanol umgewandelt und dadurch bis zu 50 % mehr Ethanol-Erträge erzielt als durch herkömmliche Verfahren, mit denen nur C6-Zucker umgewandelt werden.

    Produktreinigung

    Mit der innovativen und höchst energieeffizienten Reinigungsmethode wird der Energiebedarf um bis zu 50 % im Vergleich zur herkömmlichen Destillation reduziert. Die Methode basiert auf sorgfältigster Prozessplanung und Energieintegration, wodurch ein vollständig energieautarkes Verfahren möglich ist.

    Illustration_50_kta_plant_with_text 


  • Zellulose-Ethanol aus Pflanzenreststoffen – wer vorausdenkt, wählt sunliquid®

    BioTech_Feedstock_w700x276h

    Rohstoff der Zukunft – lignozellulosehaltige Pflanzenreststoffe

    Die für unser sunliquid®-Verfahren verwendeten Pflanzenreststoffe bestehen aus Lignozellulose. Lignozellulose ist für die strukturelle Stärkung der Zellwände von Biomasse aus Forst- und Landwirtschaft verantwortlich. Ihre stabile Struktur besteht aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Die genaue Zusammensetzung variiert je nach Pflanzenart. Innerhalb kurzer Zeit sind wir dazu in der Lage, unser sunliquid®-Verfahren so anzupassen, dass es für eine grosse Vielfalt an Rohstoffen geeignet ist, darunter Getreidestroh, Maisstroh, Bagasse oder auch Energiepflanzen, wie Miscanthus und Rutenhirse. In unserer vorkommerziellen Anlage in Straubing verarbeiten wir Weizenstroh, Maisstroh und Bagasse und erzielen dabei gute Ergebnisse. Verschiedene weitere lignozellulosehaltige Rohstoffe wurden bereits im Pilot- und Labormassstab getestet.

    BioTech_Feedstock_w700x400h

    Verfügbarkeit lignozellulosehaltiger Rohstoffe

    Die Vereinigten Staaten von Amerika, Asien und die Europäische Union sind die führenden Lieferanten landwirtschaftlicher Nebenprodukte, wie Stroh aus Reis, Mais und Getreidepflanzen. Überschüssiges Stroh ist ein perfekter Rohstoff für die Herstellung von Zellulose-Ethanol, da hier keinerlei Konkurrenzsituation zur Lebens- oder Futtermittelproduktion besteht. Ausserdem erfordert die Bioethanolherstellung auf Basis dieser Rohstoffe keine Nutzung oder Erschliessung zusätzlicher Flächen, da die Stoffe ohnehin als Nebenprodukte der laufenden Produktion von Reis, Mais und Getreidepflanzen anfallen.

    So fallen allein in der EU jährlich etwa 240 Millionen Tonnen Getreidestroh als landwirtschaftliches Nebenprodukt an. Nur ein kleiner Teil davon wird aktuell genutzt. Langzeitstudien zeigen, dass bis zu 60 % der anfallenden Agrarreststoffe vom Feld abgetragen werden könnten und somit für weitere Anwendungen zur Verfügung stünden. Allein durch die Verarbeitung dieser Strohmenge aus überschüssigem Rohstoff könnten bis 2020 etwa 25 % des für die EU prognostizierten Benzinbedarfs durch Zellulose-Ethanol gedeckt werden. Das bedeutet, dass Zellulose-Ethanol eine entscheidene Rolle für die Entwicklung eines nachhaltigen und klimafreundlichen Verkehrswesens in Europa spielen kann.

    In den USA ist Maisstroh das Hauptrückstandsprodukt, das für die Umwandlung in Zellulose-Ethanol verfügbar ist. An zweiter Stelle der Rohstoffe steht Getreidestroh. Nach Schätzungen der vom Energieministerium veröffentlichten Billion Ton-Studie beläuft sich die Menge an Maisstroh und Getreidestroh, die jährlich zur Verfügung stehen, auf 190 bis 290 Millionen Tonnen. In Brasilien wird Zuckerrohr schon seit vielen Jahren für die Bioethanolproduktion genutzt. Die prognostizierten Zuckerrohr-Erträge der Erntesaison 2011/2012 werden mit etwa 545 Millionen Tonnen veranschlagt. Daraus fallen wiederum ca. 73 Millionen Tonnen Bagasse an. Selbst nach Abzug der für die aktuelle landwirtschaftliche Produktion erforderlichen Energiemenge könnten noch immer etwa elf Millionen zusätzliche Tonnen Zellulose-Ethanol produziert werden. Dies entspricht etwa 50 % der aktuellen Ethanolproduktion Brasiliens.

    Mittel- bis langfristig könnten fossile Kraftstoffe durch Zellulose-Ethanol ersetzt werden – hierfür massgebliche Faktoren sind fortschrittliche Umwandlungstechnologien in Verbindung mit erneuerbaren Ressourcen, der Neuausweisung von Grünland als landwirtschaftliche Produktionsfläche und der Aktivierung von Brachflächen.

    sunliquid®-Rohstoffe

    • Getreidestroh (Weizen, Gerste ... )
    • Maisstroh
    • Bagasse (aus Zuckerrohr)
    • Miscanthus
    • Reisstroh


  • Zellulose-Ethanol aus Agrarreststoffen – think ahead, think sunliquid®

    BioTech_Responsibility_w700x276h

    Wir übernehmen Verantwortung

    Ein wesentlicher Grund für die Nutzung von Biokraftstoffen auf Basis erneuerbarer Ressourcen ist die Reduktion von Treibhausgasen.

    Zellulose-Ethanol ist ein klimafreundlicher Kraftstoff. Er wird aus erneuerbaren lignozellulosehaltigen Reststoffen gewonnen, die ausserdem Lignin enthalten – ein Material, das zwar nicht in Ethanol umgewandelt werden kann, jedoch als Energielieferant für den Herstellungsprozess dient. Gegenüber dem aus Mais oder Weizen hergestellten Ethanol, verfügt das in unserem biotechnologischen sunliquid®®-Verfahren produzierte Zellulose-Ethanol über ein signifikant verbessertes Emissionsprofil und leistet so einen massgeblichen Beitrag zur Reduktion von Treibhausgasen. Das mit Hilfe des sunliquid®®-Verfahrens gewonnene Bioethanol reduziert Treibhausgase um bis zu 95 % im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen.

    BioTech_Emissions_w700x295h

    Darüber hinaus entsteht durch unser sunliquid®®-Verfahren keine Konkurrenzsituation mit dem Nahrungs- und Futtermittelanbau. Es werden ausschliesslich Reststoffe verwertet, die bei der Produktion von Nahrungs- und Tierfuttermitteln anfallen. Daher ist bei der sunliquid®®-Technologie die Diskussion über einen möglichen Konflikt bei der Flächennutzung – Anbau für Nahrungsmittel oder für Kraftstoffe – hinfällig.

    Ausserdem führt die Produktion von Zellulose-Ethanol zu einer Einkommensdiversifizierung der Landwirte und schafft neue, „grüne“ Arbeitsplätze, vorwiegend in ländlichen Regionen.


  • Zellulose-Ethanol aus Agrarreststoffen – think ahead, think sunliquid®

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    Auf dem Weg zur Kommerzialisierung

    Das sunliquid®®-Verfahren wird bereits seit Anfang 2009 erfolgreich in der Pilotanlage unseres Münchner Forschungszentrums angewendet. Im Juli 2010 haben wir in einem nächsten Schritt den Bau der grössten deutschen Zellulose-Ethanol-Anlage in Straubing bei München beschlossen. Die Anlage wurde im Juli 2012 in Betrieb genommen. Diese bestätigt eindrucksvoll die technische Realisierbarkeit des sunliquid®®-Verfahrens in grossem Massstab.

    ​​​​​Die Gesamtausgaben beliefen sich auf etwa 28 Millionen Euro, wovon ungefähr 16 Millionen in den Kapitalaufwand und weitere 12 Millionen in Investitionen in ergänzende Forschungsprojekte flossen. Die bayerische Staatsregierung und das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellten jeweils Mittel in Höhe von etwa fünf Millionen für diese und andere projektbezogene Forschungsaufgaben bereit.

    Unsere Entscheidung, in eine vorkommerzielle Anlage zu investieren, markiert einen wichtigen Schritt in Richtung Kommerzialisierung des sunliquid®®-Verfahrens – und letztlich für die Markteinführung eines nachhaltigen Verfahrens zur Herstellung klimafreundlicher Kraftstoffe.


    Auf einer Fläche von etwa 60 x 30 m werden in der Anlage bis zu 1.000 Tonnen Bioethanol pro Jahr produziert. Ursprünglich war Getreidestroh  der Hauptrohstoff, von dem ungefähr 4.500 Tonnen jährlich verarbeitet wurden. Im Sommer 2013 haben wir mit der Umwandlung von Maisstroh und Zuckerrohr-Bagasse begonnen und konnten so das Potenzial der Technologie für den weltweiten Einsatz unter Beweis stellen.

    Vorkommerzielle Anlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Verifizierung der effizienten Leistung neuer Prozesse im Produktionsmassstab. Die Anlage in Straubing dient im Wesentlichen der Validierung des sunliquid®®-Verfahrens. Sie bietet längerfristig jedoch auch ausreichend Flexibilität für die Anwendung und Validierung weiterer Verfahren auf Grundlage erneuerbarer Ressourcen auf ihrem Weg zur Marktreife. Auch Schulungseinrichtungen für Mitarbeiter von Investoren und künftigen Betreibern von Produktionsanlagen sind dort vorhanden.

  • Zellulose-Ethanol aus Agrarreststoffen – think ahead, think sunliquid®

    BioTech_Customers_w700x276h

    Unsere Kunden

    Das sunliquid®-Verfahren richtet sich an alle Kunden, die an der Lizenzierung einer unkomplizierten, umfassenden und kompletten Methode aus einer Hand für die ökonomische Produktion von Zellulose-Ethanol interessiert sind. Dies ist jedoch nicht ausschliesslich auf ein individualisiertes Konzept für eine Produktionsanlage beschränkt. Wir liefern ebenfalls alle erforderlichen Komponenten für den kosteneffektiven Betrieb der Produktionsanlage. Dazu gehören Starterkulturen für die Enzym- und Ethanolproduktion ebenso wie eine Spezialtechnologie für die energieeffiziente Ethanolaufreinigung.

    Wir planen die Projekte gemeinsam mit unseren Kunden und führen die betriebswirtschaftliche Bewertung durch. In enger Absprache mit den Kunden erstellen wir Konzepte für eine verlässliche Rohstoffversorgung und entwickeln Verkaufsstrategien für die Produkte. Für den Anlagenbau und die Anlagentechnik empfehlen wir renommierte und erfahrene Partner, mit denen wir bereits seit vielen Jahren zusammenarbeiten. Vor der Inbetriebnahme ihrer eigenen Produktionsanlagen bieten wir unseren Kunden ausführliche Schulungen in unserer vorkommerziellen Anlage in Straubing. Wir verfügen über ein Team versierter Verfahrensspezialisten, die unseren Kunden als Berater zur Seite stehen. Darüber hinaus machen wir uns auch für die gemeinsame Entwicklung massgeschneiderter Lösungen auf Basis unserer sunliquid®-Technologieplattform stark und modifizieren das Verfahren je nach den individuellen Anforderungen.

    Das sunliquid®-Verfahren zeichnet sich insbesondere aus durch

    • die flexible Nutzung verschiedenster Rohstoffe auf Grundlage der spezifischen, aus den Ausgangsrohstoffen gewonnenen Enzyme
    • hohe Erträge
    • energieautarke Energieproduktion – kein Bedarf an fossilen Brennstoffen
    • geringe Investitions- und Produktionskosten – Konkurrenzfähigkeit mit Bioethanol der ersten Generation

    Das sunliquid®®-Lizenzpaket beinhaltet:

    • die sunliquid®®-Technologie
    • Starterkulturen für die integrierte Enzymproduktion
    • Starterkulturen für die Ethanolproduktion


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* Nothing included in this information waives any of Clariant’s General Terms and Conditions of Sale, which control unless it agrees otherwise in writing. Any existing intellectual/industrial property rights must be observed. Due to possible changes in our products and applicable national and international regulations and laws, the status of our products could change. Material Safety Data Sheets providing safety precautions, that should be observed when handling or storing Clariant products, are available upon request and are provided in compliance with applicable law. You should obtain and review the applicable Material Safety Data Sheet information before handling any of these products. For additional information, please contact Clariant.<br />
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