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E-Fuels Fortschritt bei der E-Fuels Produktion

Redakteur: Maximiliane Reichhardt

Die Forschungspartner des Kopernikus-Projektes P2X haben die ersten Liter Kraftstoff aus Kohlendioxid der Luft und Ökostrom hergestellt. Die Anlagen für die vier Prozessschritte haben die Projektpartner dabei in einem Container untergebracht.

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Die integrierte Power-to-Liquid (PtL) Versuchsanlage zur Synthese von Kraftstoffen aus dem Kohlendioxid der Luft.
Die integrierte Power-to-Liquid (PtL) Versuchsanlage zur Synthese von Kraftstoffen aus dem Kohlendioxid der Luft.
(Bild: Patrick Langer, KIT)

Die Forschungspartner des Kopernikus-Projektes P2X haben auf dem Gelände des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die ersten Liter Kraftstoff aus Kohlendioxid, Wasser und Ökostrom produziert. Die Forschungspartner integrierten die vier benötigten chemischen Prozessschritte in einem Container.

Die chemischen Prozessschritte haben die Partner Climeworks, Ineratec, Sunfire und KIT in einer Anlage zusammengeschlossen. Laut einer Mitteilung des KIT ist der gekoppelte Betrieb erreicht und damit das Funktionsprinzip demonstriert. Die Technologiekombination verspreche die Ausnutzung des eingesetzten Kohlendioxids und den größtmöglichen energetischen Wirkungsgrad, da die Stoff- und Energieströme intern recycelt werden. Die derzeitige Versuchsanlage könne rund zehn Liter Kraftstoff pro Tag produzieren. In der zweiten Phase des Projektes soll bald eine Anlage mit 200 Litern pro Tag entwickelt werden. Danach soll eine vorindustrielle Demonstrationsanlage im Megawattbereich, also mit rund 1.500 bis 2.000 Litern Produktionskapazität pro Tag, entstehen. Damit wäre es theoretisch möglich, Wirkungsgrade von rund 60 Prozent zu erreichen – also 60 Prozent des eingesetzten Ökostroms als chemische Energie im Kraftstoff zu speichern.

Die Forschungspartner des Projektes sehen großes Potenzial in dem Verfahren – vor allem hinsichtlich seines modularen Charakters. Die Schwelle für eine Realisierung sei durch das geringe Skalierungsrisiko niedriger als bei einer zentralen, chemischen Großanlage. Das Verfahren könne dezentral installiert werden und sei somit dort einsetzbar, wo Solar-, Wind- oder Wasserkraft zur Verfügung stehen.

Vier Schritte zum Benzin

  • Im ersten Schritt gewinnt die Anlage Kohlendioxid aus der Umgebungsluft in einem zyklischen Prozess. Die Direct-Air-Capture-Technologie von Climeworks, eines Spin-offs der ETH Zürich, nutzt dazu ein speziell behandeltes Filtermaterial. Wie ein Schwamm nehmen die luftdurchströmten Filter Kohlendioxidmoleküle auf. Unter Vakuum und bei 95 Grad Celsius löst sich das anhaftende Kohlendioxid wieder von der Oberfläche und wird abgepumpt.
  • Im zweiten Schritt erfolgt die gleichzeitige elektrolytische Spaltung von Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Diese sogenannte Co-Elektrolyse des Technologieunternehmens Sunfire produziert in einem einzigen Prozessschritt Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, ein Synthesegas, welches die Grundlage für vielfältige Verfahren in der chemischen Industrie ist. Die Co-Elektrolyse mit einem hohen Wirkungsgrad kann im industriellen Maßstab 80 Prozent des eingesetzten Ökostroms chemisch im Synthesegas binden.
  • Im dritten Schritt werden nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren aus dem Synthesegas langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle gebildet, die Rohprodukte für Kraftstoffe. Dazu liefert Ineratec, eine Ausgründung aus dem KIT, einen mikrostrukturierten Reaktor, der auf kleinstem Raum eine große Oberfläche bietet, um Prozesswärme sicher abzuleiten und für andere Prozessschritte zu nutzen. Der Prozess lässt sich auf diese Art leicht steuern, kann Lastwechsel gut verkraften und ist modular erweiterbar.
  • Der vierte Schritt optimiert schließlich die Qualität des Kraftstoffes und die Ausbeute. Diesen Teilprozess, das sogenannte Hydrocracken, hat das KIT in die Prozesskette integriert. Unter Wasserstoffatmosphäre spalten sich die langen Kohlenwasserstoffketten in Gegenwart eines Platin-Zeolith-Katalysators teilweise auf und verändern somit das Produktspektrum hin zu mehr verwendbaren Kraftstoffen wie Benzin, Kerosin und Diesel.

Das Kopernikus-Projekt P2X

„Power-to-X“ bezeichnet Technologien, die Strom aus erneuerbaren Quellen in stoffliche Energiespeicher, Energieträger und energieintensive Chemieprodukte umwandeln. Damit können Erneuerbare Energien in Form von maßgeschneiderten Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge oder in verbesserten Kunststoffen und Chemieprodukten mit hoher Wertschöpfung genutzt werden. Im Rahmen des Kopernikus-Programms der Bundesregierung wurde für dieses komplexe Themenfeld mit dem Projekt „Power-to-X“ (P2X) eine nationale Forschungsplattform aufgebaut. Innerhalb von zehn Jahren sollen neue technologische Entwicklungen bis zur industriellen Reife gebracht werden. In der ersten Förderphase stehen Forschungsarbeiten zur kompletten Wertschöpfungskette von elektrischer Energie bis zu stofflichen Energieträgern und Produkten im Fokus.

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