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09.03.2018 | P2X

Kerosin aus Luft und erneuerbarem Strom

 Verbrennung eines im Labor unter optimierten Bedingungen erzeugten Fischer-Tropsch-Treibstoffs im atmosphärischen Spraybrenner des DLR.
Verbrennung eines im Labor unter optimierten Bedingungen erzeugten Fischer-Tropsch-Treibstoffs im atmosphärischen Spraybrenner des DLR. Quelle: INERATEC

Die P2X-Partner haben eine Versuchsanlage entwickelt, die weltweit zum ersten Mal die CO2-Gewinnung aus der Luft mit der Erzeugung von Synthesegas sowie der Umsetzung des Synthesegases zu Kerosin in einem kompakten Fischer-Tropsch-Synthesereaktor in einem relevanten Maßstab direkt koppelt. Bei einem Ideenwettbewerb in San Francisco, USA, hat die dafür zentrale Technologie von INERATEC im Januar 2018 den ersten Preis gewonnen.

Die Herstellung von Kerosin aus dem CO2 der Umgebungsluft und erneuerbarem Strom ermöglicht es, diesen kohlenstoffbasierten Energieträger weiterhin zu nutzen, aber mit einem entscheidenden Vorteil:  Es wird dabei weitgehend nur so viel CO2 ausgestoßen, wie vorher der Atmospähre entzogen wurde. Eine Voraussetzung dafür ist CO2-freier, erneuerbarer Strom. Es entsteht ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf. Die größten Herausforderungen bei diesem Ansatz sind die Energieeffizienz der gesamten Umwandlungskette und die Kosten des erneuerbaren Stroms und der Anlagen. Im Kopernikus-Projekt P2X wurden für diesen Prozess entscheidende Fortschritte von den Partnern KIT, Climeworks AG, sunfire GmbH und INERATEC GmbH erzielt.  

Die P2X-Partner haben eine kompakte Versuchsanlage entwickelt, mit einer Elektrolyseleistung von fünf Kilowatt. Sie ermöglicht die weltweit erste Kopplung zwischen der CO2-Gewinnung aus der Luft und der Erzeugung von Synthesegas. Ermöglicht wird das Ganze durch eine Hochtemperatur-Elektrolyse von Wasserdampf und CO2, sowie der Umsetzung des Synthesegases zu Kerosin in einem kompakten mikrostrukturierten Fischer-Tropsch-Synthesereaktor mit nachfolgender hydrierenden Spaltung in einem für die technische Validierung relevanten Maßstab. Die Anlage ist aus einzelnen Teilen aufgebaut und wird in einen transportablen Container integriert. Sie kann etwa 10 Liter Treibstoff pro Tag erzeugen.

Dies ist eine wichtige Voraussetzung für die umfassende Analyse der Qualität der erzeugten Treibstoffe. Erste Versuche haben die Wissenschaftler bereits in einem Spraybrenner am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die im Labor erzeugten Treibstoffe für gasturbinenartige Brennerkonzepte geeignet sind (Abbildung 1). Die Anlage, die in den kommenden Monaten am KIT aufgebaut wird, soll Daten für die Skalierung auf ein Megawatt liefern. Dies ist die derzeitige Planungsgrundlage für zukünftige, dezentrale Anlagen. Durch die energetische Kopplung der Anlagenteile entstehen Optimierungsansätze: Reaktionswärme kann innerhalb der Prozesskette genutzt werden, der Wasserbedarf lässt sich minimieren und die Anlage kann im dynamischen Betrieb laufen.

Zu einer deutlichen Steigerung des Wirkungsgrades des Gesamtsystems führt die Kopplung von Anlagenteilen und die optimale Nutzung von Reaktionswärme. Außerdem werden energetische und stoffliche Lebenszyklusanalysen möglich. Die P2X-Forscher untersuchen auch, wie sie die Kosten weiter optimieren können. Eine der Kerntechnologien der Anlage ist die modulare Fischer-Tropsch-Reaktortechnik von INERATEC. Diese wurde im Januar 2018 bei der Cleantech Open Global Ideas Challenge in San Francisco, USA, mit dem ersten Preis ausgezeichnet (www.cleantechopen.com).

 Dr. Nic Repond, Climeworks AG

„Das Schließen des Kohlenstoffkreislaufs mit gleichzeitigem Erhalt der bestehenden technischen Infrastruktur ist eine Vision seit der Gründung von Climeworks. Für mich persönlich stellt dies einen sehr großen Trumpf dieser zukunftsträchtigen Technologie dar. Die integrierte Anlage zur Gewinnung von Kerosin aus Umgebungsluft bringt den Traum einer universellen Umsetzung von klimaneutralen Brennstoffen sowie der dezentralen Energiegewinnung und Speicherung einen großen Schritt weiter.“

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