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Kompakte Antriebstechnik macht Bio-Raffinerie mobil

18.02.2009
Um eine mobile Raffinerie für die Umwandlung von Pflanzenresten in Bio-Kraftstoff auszurüsten, ist kompakte und leistungsfähige Antriebs- und Steuerungstechnik gefragt. Dabei kommt es auf jeden Zentimeter an, denn die gesamte Anlage soll später mit nur drei Lastwagen an den gewünschten Standort zu transportieren sein.

Geringerer Kraftstoffverbrauch, weniger Schadstoff-Emissionen: Dies sind Vorteile moderner Diesel-Motoren und Gründe, warum der Anteil an Diesel-Fahrzeugen ständig wächst. Die steigende Diesel-Mobilität hat nun auch die Suche nach alternativen Treibstoffquellen angekurbelt, denn die fossilen Energiereserven drohen in einigen Jahrzehnten zur Neige zu gehen. Fündig wurden die Ingenieure bei Abfällen von Pflanzen. Biomasse sowie organische Abfallstoffe können Grundlage für Kraft- und Brennstoffe sein, die in ihrer Beschaffenheit konventionellem Erdöl gleichen.

Direktverflüssigung kopiert die natürliche Erdölentstehung

Für diese Umwandlung ist zwar einiger technischer Aufwand notwendig, keineswegs aber ein Maschinenpark, der ganze Fabrikhallen füllt. Die MME Technology AG, beheimatet im ostwestfälischen Kirchlengern, hat dafür ein innovatives Verfahren konzipiert.

Das Herzstück ist ein Reaktor, der mittels der sogenannten Direktverflüssigung organischer Substanzen (DOS) im Prinzip den Vorgang der Erdölentstehung kopiert – allerdings bedeutend schneller. Trotz kompakter Ausmaße erbringt die Anlage beachtliche Leistungen, zu denen auch Indra-Drive-Antriebssysteme von Rexroth einen wichtigen Anteil beitragen. MME hat die Maschine in Kooperation mit Hochschulen in mehreren Jahren entwickelt und erprobt. Vor einigen Monaten hat die Serienfertigung begonnen.

Im Reaktor herrschen ungefähr 350 °C, so dass die Ausgangsstoffe, beispielsweise Stroh oder Abfälle der Rapsöl-Produktion, innerhalb kürzester Zeit vergasen. Dabei spalten sich die an der Reaktion beteilig-ten Kohlenwasserstoffe von langen in kürzere Ketten. Diesen Vorgang bezeichnet man als Cracken.

Diese kurzen Ketten sind für ein Dieselprodukt von guter Qualität entscheidend. Damit das entsteht, müssen die freiwerdenden Gase im Innern der Maschine noch kondensieren. Dem so gewonnenen synthetischen Diesel wird in einem letzten Arbeitsschritt das Wasser entzogen. In dieser Form kann er jeden herkömmlichen Dieselmotor antreiben.

Kompakte Bauweise der Antriebe ist entscheidend

Die Verölungsanlage muss äußerst präzise gesteuert und überwacht werden. Dafür hat MME die SEV Steuerungstechnik GmbH aus dem nahe gelegenen Espelkamp ins Boot geholt. Deren Experten setzen ausnahmslos auf Antriebssysteme von Rexroth, um Einfluss auf die unterschiedlichen Funktionen und Phasen im Umwandlungsprozess zu nehmen. Die eingesetzten Indra-Drive M steuern beispielsweise Pumpen, die das Thermoöl durch das System schleusen, und ebenso die Extruder, die den meist schon gemahlenen Ausgangsstoff zunächst verdichten und dann dem Reaktor zuführen. Entscheidend ist dabei vor allem die kompakte Bauweise der Indra-Drive-Modelle.

Tatsächlich kommt es beim Bau der Anlage auf Zentimeter an. Denn die Größe ist ein wichtiger Aspekt im Gesamtkonzept. Oder besser gesagt: die geringe Größe der Anlage. MME steht für Modulare Mobile Energie. Die Idee des Unternehmens ist eine transportable Einheit, die dort eingesetzt werden kann, wo die Biomasse anfällt. MME setzt also auf viele dezentrale Erzeugungseinheiten als Gegenentwurf zu einer unflexiblen Großanlage.

Dabei kommt der Größe aller Komponenten eine entsprechend hohe Bedeutung zu. Denn die Gesamtanlage umfasst exakt die Ausmaße von drei Containern von jeweils 12,2 m Länge, das entspricht der Standard-Einheit von 40 Fuß. Es genügen drei LKW, um die komplette Kleinraffinerie an den gewünschten Standort zu transportieren.

Indra-Drive-M-Systeme steuern sämtliche Antriebskomponenten

Außer den geringen Maßen sprachen auch die inneren Werte für die Rexroth-Systeme. Zum Einsatz kommen zwei Gerätekombinationen aus jeweils einem Versorgungsgerät, fünf Einachs-Wechselrichtern sowie vier Doppelachs-Wechselrichtern. Die Indra-Drive M steuern sämtliche Antriebskomponenten der Anlage, außer den Extrudern für die Zuführung des Ausgangsmaterials und den Pumpen sind das mehrere Mischer und Zentrifugen. Weitere vier Frequenzumrichter aus der Modellreihe Indra-Drive Fc ergänzen das System und treiben den Separator an, der in einem letzten Arbeitsschritt das gewonnene Diesel von Schwebstoffen reinigt.

Das Design der Indra-Drive-Modelle ermöglicht eine Platz sparende Anordnung der einzelnen Komponenten, die aufgrund vorkonfektionierter Stromschienen und Klemmen einfach und schnell installiert sind. Seit dem Einbau in die ersten Prototypen arbeiten die Rexroth-Antriebssysteme störungsfrei. Bis heute gab es keinen einzigen Ausfall, was für die Verfügbarkeit und Stabilität der Anlage sehr wichtig ist.

Betriebsdaten per Fernwartung immer im Blick

Wie entscheidend die Zuverlässigkeit ist, offenbart das Geschäftsmodell des Maschinenherstellers. Denn ihren Dienst werden die kleinen Raffinerien nicht unter der Aufsicht der Konstrukteure verrichten, sondern überall dort, wo sich für die Kunden ein Einsatz lohnt. Zur Steuerung und Wartung ist also kein Mitarbeiter von MME oder deren Partnern vor Ort.

Dennoch brauchen die Kunden nicht auf das Know-how aus der Zentrale zu verzichten, denn eine Online-Verbindung hält den Kontakt zu jeder Maschine aufrecht. Über diese Leitung stellt ein MME-Mitarbeiter die wesentlichen Parameter der Anlage ein und steuert wichtige Funktionen, beispielsweise die Drehzahl der Pumpe. Außerdem hat er alle Betriebsdaten im Blick und erfährt es sofort, falls doch eine Störung auftauchen sollte. Die Bedienung am Standort kann ein Facharbeiter übernehmen, der weder Ingenieur noch Chemiker sein muss.

Die aufwändige Planung und intelligente Konstruktion der Verölungsanlage beginnen sich auszuzahlen. In umfangreichen Dauertests hat MME inzwischen nachgewiesen, dass der Betrieb nicht nur zuverlässig, sondern auch wirtschaftlich ist. Zudem ist die Raffinerie sehr vielseitig in Bezug auf die Biomasse, die sie zu synthetischem Diesel verarbeitet. Das hat längst die Aufmerksamkeit zahlreicher Unternehmen geweckt, die nicht nur aus dem Inland stammen. Die interessierten Unternehmen sind fast ausnahmslos große Konzerne, bei denen biologische Reststoffe anfallen, sowie landwirtschaftliche Genossenschaften.

Wesentlich höhere Umwandlungsquote erreicht

Ganz besonders beeindruckt zeigen sie sich von der hohen Umwandlungsquote: Diese liegt mit 38 bis 40% der eingegebenen Biomasse weit über der anderer Alternativen, die 15 bis maximal 20% erreichen. Damit erzeugt MME aus einer Tonne Biomasse bis zu 500 l Diesel – das ist mehr als doppelt so viel wie das Ergebnis anderer Anlagen. In einem Jahr produziert eine Verölungsanlage drei bis vier Millionen Liter Dieselkraftstoff und hat sich damit bei derzeitigen Abnahmepreisen bereits nach rund zwei Jahren amortisiert.

Bei der Vielzahl der Anfragen stehen die Zeichen längst auf Expansion. In der neuen Montagehalle wurde erst im vergangenen Spätsommer mit der Produktion begonnen, konkrete Erweiterungspläne sind aber bereits geschmiedet, denn die momentane Kapazität zum Bau von fünf Maschinen reicht schon jetzt kaum aus. In den kommenden zwei Jahren werden 25 weitere Montageplätze eingerichtet.

Von der Produktionsausweitung profitiert auch Rexroth, denn MME setzt auf eine langfristige Zusammenarbeit mit dem Automatisierungsspezialisten. Wenn sich die positiven Prognosen der MME AG bestätigen, wird es in einigen Jahren hunderte Kleinraffinerien in vielen Ländern geben, alle angetrieben von Indra-Drive.

Wolfgang Walter ist Vertriebsmitarbeiter der Region Nord der Bosch Rexroth AG.

Wolfgang Walter | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/171471/

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