Hydrierte Pflanzenöle („Hydrogenated Vegetable Oils“ – HVO) werden aus natürlichen Pflanzenölen durch katalytische Umsetzung mit Wasserstoff hergestellt.
Es entstehen hierbei Kohlenwasserstoff-Gemische mit ähnlichen oder sogar besseren Eigenschaften im Vergleich zu entsprechenden Fraktionen aus Erdöl, im wesentlichen Kerosin und Diesel.
In Deutschland wurden im Jahr 2021 ca. 27 Mio. Tonnen Diesel verbraucht, weltweit sind es ca. 800 Mio. Tonnen. Bezogen auf den Gesamtmarkt ist der Beitrag von HVO mit knapp 30 Mio. Tonnen weltweit (das ist die existente und in Bau befindliche Kapazität 2025) eher gering, aber mit einfachen Maßnahmen und ohne Änderung von Infrastruktur und motorischen Anpassungen realisierbar.
Größere Bedeutung könnte HVO als Kerosinersatz für Flugzeuge bekommen, als Alternative zur aufwendigen Fischer-Tropsch-Synthese.
Als Rohstoff für HVO kommen Pflanzenöle infrage, die nicht mit der Nahrungsmittelproduktion in Konkurrenz stehen. Zum Einsatz kommen pflanzliche Altöle oder -fette, die ansonsten nach ihrem Gebrauch verbrannt würden. Dazu gehören mit geringerem Anteil auch tierische Altfette sowie Abfälle aus der Fischverarbeitung.
Sie können als CO2-neutrale Treibstoffe bezeichnet werden, wenn für die Hydrierung CO2-neutraler Wasserstoff verwendet wird. Aber auch eine Hydrierung mit „grauem“ Wasserstoff führt zu einer substantiellen Verminderung der CO2-Emissionen.
Grafik 1 (siehe PDF-Dokument)
Fossiler Diesel emittiert ca. 84 Gramm CO2-äquivalent pro MJ im Vergleich zu 44 Gramm bei HVO (Herstellung mit grauem Wasserstoff, 48% CO2-Minderung) und 53 Gramm bei konventionellem Biodiesel (Rapsmethylester, Herstellung mit grauem Methanol, 35 % CO2-Minderung).
Bei Verwendung von „grünem“ Wasserstoff bzw. „grünem“ Methanol beträgt die CO2-Minderung im Vergleich zu fossilem Diesel 90 % und mehr.
Herstellung von HVO
Grafik 2 (siehe PDF-Dokument)
Die chemische Umsetzung des Öls (Triglycerid) mit Wasserstoff führt zu aliphatischen Kohlenwasserstoffen sowie zu den Nebenprodukten Propan, Wasser und durch Decarboxylierung als Nebenreaktion auch zu geringen Mengen an CO2.
In einer Hydrocracking/Isomerisierungsstufe werden die langkettigen Kohlenwasserstoffe in eine Diesel- und/oder Kerosinfraktion konvertiert. Als Nebenprodukte entstehen etwas Naphtha (Benzin) und Wachs.
Anders bei konventionellem Biodiesel: hier wird das Triglycerid mit Methanol umgeestert. Es entstehen der Fettsäuremethylester (FAME, bei Raps: RME) und Glycerin als Nebenprodukt. Versuche, (grünen) Wasserstoff durch Glycerin-Reformierung zu erzeugen, haben keine technische Anwendung gefunden.
HVO-Verfahren sind großtechnisch etabliert und werden u.a. von
- Haldor Topsoe (DK): HydroFlex™ process
- UOP / ENI (US/I): Ecofining process
- Axens (F): Vegan process
- NextChem/Technimont: Saola Energy process
lizensiert. Über eigene Verfahren verfügen u.a. Neste, Shell, ConocoPhillips und PetroBras.
Motorische Eigenschaften von HVO
Diese sind in der Regel besser als die entsprechenden fossilen Treibstoffe, Anpassungen der Motoren bzw. Turbinen sind nicht erforderlich. Auch die Abgasqualität ist deutlich besser, wie in einem Vergleich in der Originalpublikation gezeigt wird.
Grafik 3 (siehe PDF-Dokument)
Die günstigen Eigenschaften von HVO beruhen – wie auch bei Diesel aus Niedertemperatur-Fischer-Tropsch Anlagen – an dem hohen Gehalt langkettiger paraffinischer, einem nur geringen Anteil an naphthenischer Kohlenwasserstoffe und Abwesenheit aromatischer Verbindungen.
Bezeichnend für die hohe Qualität von HVO (und GTL-Diesel) ist die hohe Cetanzahl als Indikator für die Zündwilligkeit des Treibstoffs.
Alle anderen Parameter sind vergleichbar.
(Bis auf die geringe Lagerbeständigkeit von Biodiesel (RME), der vor allem bei Zutritt von Sauerstoff zur Bildung harzartiger Ausflockungen neigt).
Verfügbarkeit und Produktionsmengen
Weltweit und in Europa
Die HVO-Produktion im Jahr 2020 belief sich auf 6,2 Mio. Tonnen weltweit mit den Schwerpunkten Europa (3,4 Mio. Tonnen) und USA (2,1 Mio. Tonnen). Die Kapazität im Jahr 2020 betrug 7 Mio Tonnen.
Grafik 4 (siehe PDF-Dokument)
Diese soll sich durch bereits in Bau befindliche Anlagen bis 2025 mehr als vervierfachen, vor allem in den USA mit prognostizierten 12,6 Mio. Tonnen/Jahr und mit 11,3 Mio. Tonnen/Jahr in Europa. Größtes Projekt ist der Umbau einer Erdöl-Raffinerie der Phillips 66 in eine HVO-Raffinerie in Kalifornien mit einer Kapazität von 2,5 Mio. Tonnen/Jahr ab 2023.
In Europa dominieren bisher zwei Anlagen der Neste (in Finnland und den Niederlanden) mit 1,5 Mio. Tonnen Jahreskapazität sowie Anlagen der ENI, Gela sowie ENI, Porto Maghera in Italien (0,7 Mio + 0,24 Mio Tonnen) und der TOTAL, La Mède in Frankreich (0,5 Mio Tonnen) den Markt.
Im Zeitraum bis 2025 planen u.a. UPM eine Anlage in Kotka, Finnland (0,5 Mio Tonnen pro Jahr), St1 0,1 Mio Tonnen pro Jahr in Göteborg und Preem 1,3 Mio Tonnen pro Jahr in Lysekil und Göteborg in Schweden.
Weitere Anlagen sollen bei PKN, Płock/Polen und in Litvínov, Tschechien entstehen.
Deutschland
In Deutschland wird kein HVO erzeugt, es gibt derzeit auch kein Projekt. Geringe Mengen werden vor allem aus den Niederlanden importiert und über eine einstellige Zahl von Tankstellen vertrieben.
Die für 2022 geschätzte Gesamtmenge an Biodiesel (Summe von FAME und HVO) soll ca. 2,5 Mio Tonnen betragen, dies entspricht etwa 9% des Gesamtverbrauchs (7% beträgt die Beimischungsquote zu konventionellem Dieseltreibstoff).
Infrastruktur (Tankstellennetz)
HVO bzw. HVO-Blends werden derzeit von ca. 9400 Tankstellen weltweit angeboten, Schwerpunkte sind USA (Kalifornien) und Europa. In Europa (ca. 8000 Tankstellen) gibt es eine Verteilung auf HVO100, HVO-Blends und (ab 2023) einige Tankstellen für „e-Fuel-Diesel“ als Beimischung.
Grafik 5 (siehe PDF-Dokument)
Bei Letzteren dürfte zur Herstellung des HVO Wasserstoff erzeugt aus regenerativem Strom zum Einsatz kommen.
Geschätztes Gesamtpotential
Weltweit wurden 2021 213 Mio. Tonnen Pflanzenöle produziert. Der größte Anteil wurde nach Gebrauch entweder thermisch verwertet, zu (konventionellem) Biodiesel verarbeitet und zum geringeren Teil auch in der Oleochemie (für Detergentien) und zur Futtermittelproduktion verwendet.
Ein Treiber für die verstärkte Nutzung von HVO auf Basis von Altölen und -fetten anstelle von FAME ist die in die Kritik geratene und daher abnehmende Verwendung von importiertem Palmöl aus Südostasien zur Herstellung von Biodiesel. Der weltweite Markt für gebrauchte pflanzliche Öle und Fette ist wenig transparent, so dass ein verfügbares Potential für HVO sehr grob geschätzt bei jährlich 50 – 80 Mio. Tonnen liegen könnte. Dies entspräche 6 -10 % des derzeitigen Diesel- oder 15 – 25% des derzeitigen Kerosinverbrauchs weltweit.
In Bezug auf synthetischen Flugkraftstoff (SAF) ist diese Schätzung konsistent mit einer Bedarfsschätzung für 2022 von ca. 70 Mio. Tonnen SAF, wobei dieser wegen nicht ausreichend verfügbarer Produktionskapazität nur zum Teil aus HVO und ansonsten aus anderen biogenen Quellen stammt.
