Forschungsprojekt: E-Fuels und Biokraftstoffe gemeinsam produzieren

Demo-Anlage der TU München zur Herstellung von Biokraftstoffen und E-Fuels in einer Detailaufnahme.Foto: Jan Winter/TUM
Neben der Demonstrationsanlage am TUM Campus Straubing produzieren Forschende auch an acht weiteren Standorten neue Kraftstoffe.
Die gekoppelte Erzeugung von E-Fuels und Biokraftstoffen soll helfen, den Kohlenstoff effizienter zu nutzen und so Rohstoffbedarf und CO2-Emissionen in der Herstellung zu senken.

Das von der Technischen Universität München (TUM) koordinierte Verbundprojekt ist zum Jahresbeginn 2023 angelaufen. Das neue Raffinerie-Konzept soll für die Produktion von Kraftstoffen im „Tonnenmaßstab“ gedacht sein. Als Einsatzgebiet nennt die Pressemitteilung Schiffs- und Luftverkehr, der sich schwer elektrifizieren lasse und „noch auf lange Zeit erneuerbare Kraftstoffe in großen Mengen“ brauchen werde. Weitere Projektpartner sind das Fraunhofer IGB, das Technologie- und Förderzentrum (TFZ), das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) sowie die Industrieunternehmen Clariant, Martech GmbH und Volkswagen AG. Aus dem Verkehrsministerium gibt es im Zuge der Förderrichtlinie „Maßnahmen zur Entwicklung regenerativer Kraftstoffe“ einen Zuschuss von 13,6 Millionen Euro für das Projekt.

CO2 für E-Fuels nachhaltig aus Biokraftstoff-Produktion bereitstellen

Eine wesentliche Herausforderung für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe mit Strom aus erneuerbaren Energien sei es, den Kohlenstoff nachhaltig bereitzustellen. Entweder werde dieser bisher aus dem Abgas fossiler Kraftwerke abgeschieden oder mit hohem Aufwand aus der Atmosphäre. Gleichzeitig gingen bei der Produktion der sogenannten fortschrittlichen Biokraftstoffe (advanced Biofuels) bis zu 50 Prozent des in der Biomasse verfügbaren Kohlenstoffes gingen bei der Umwandlung zu Kraftstoffen als CO2 verloren. Die „fortschrittlichen Biokraftstoffe“ (advanced biofuels) lassen sich aus Abfällen, Reststoffen oder Waldholz herstellen. Das soll verhindern, dass für Biokraftstoffe zusätzliche Agrarflächen nötig werden, denn dies ist umstritten.

Das neue Verbundprojekt „Synergien durch Integration von Biomassenutzung und Power-to-X in der Produktion erneuerbarer Kraftstoffe“, kurz Synergy Fuels, soll das ändern. Die Forschenden wollen die Produktion von E-Fuels- mit Biokraftstoff in Demonstrationsanlagen kombinieren. „So gelingt es uns, Power-to-X- und Biomasse-basierte Verfahren wertschöpfend zu verbinden. Dabei ist uns wichtig, nicht nur linear entlang einzelner Prozessketten zu denken, sondern wie in einer Raffinerie verschiedene Stoffströme durch Prozessvernetzung möglichst effizient zu nutzen“, sagt Arne Roth, Projektleiter am Fraunhofer IGB in Straubing.

Im Projekt wollen die Forschungspartner Diesel und Kerosin herstellen. Ein Zwischenschritt ist dabei der Alkohol Methanol – und um dieses herzustellen ist unter anderem CO2 nötig. Dieses wird bei der Herstellung der Biokraftstoffe frei, und zwar bei der Fermentierung zur Ethanol-Erzeugung und bei der thermokatalytischen Umwandlung der Biomasse. Bei der thermochemischen Konversion der biogenen Reststoffe entstehe hingegen Wasserstoff, der ebenfalls in den E-Fuels verwendet werden kann. Auch Abwärme aus verschiedenen Stufen fließt in den Prozess zurück.

„Die stoffliche und energetische Integration der Synthesen von E-Fuels und Biokraftstoffen schafft Synergien: Die Nutzung von erneuerbarem Strom zur Umwandlung von CO2 zu flüssigen Kraftstoffen erhöht die Kohlenstoffeffizienz der biotechnologischen Verfahren“, bilanziert Projektkoordinator Jakob Burger, Professor für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik am TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit. Als Nebenprodukt soll Pflanzenkohle entstehen. Diese bindet CO2 langfristig und sorge so unter Strich sogar dafür, dass CO2 aus der Atmosphäre entzogen werde.

E-Fuels und fortschrittliche Biokraftstoffe in Raffinerien integrieren

Das Projekt beginnt mit kleinskaligen Tests im Labor und geht bis zur Produktion von Kraftstoffmustern im Technikum. Um die neuen Kraftstoffe schnell produzieren zu können, befasst sich das Projekt auch mit der Integration in Prozesse. Neun Synthese-Anlagen sollen in den kommenden vier Jahren in den „Raffinerieverbund“ in Ostbayern integriert werden, unter anderem in Straubing und Sulzbach-Rosenberg. Gemeint sind Anlagen, die bereits erneuerbare Kraftstoffe „im Tonnenmaßstab“ produzieren. Die Projektpartner wollen so die physikalischen Eigenschaften der Kraftstoffe genauer überprüfen, zum Beispiel Schmierfähigkeit und Verhalten bei Kälte. Das Entwicklungsziel sind „Drop-in-Kraftstoffe“, die konventionelle Kraftstoffe nahtlos ersetzen und ihnen auch beigemischt werden können. Neben dem Konsortialpartner Volkswagen sollen auch weitere Unternehmen aus Luftfahrt, Schifffahrt und anderen Bereichen die neuen Kraftstoffe im Realbetrieb testen.

6.2.2023 | Quelle: Fraunhofer IGB | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH

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