Aktuelles
19.07.2018 | P2X

Woran arbeiten die Forscher bei P2X?

Power-to-X speichert erneuerbare Energie
Quelle: FONA/photothek, FZJ

Wie man erneuerbare Energie besser speichern und sie in wertvolle Rohstoffe umwandelt, erforschen Wissenschaftler, Praxispartner und Vertreter der Gesellschaft gemeinsam im Kopernikus-Projekt P2X. Einen Überblick, was in den einzelnen Forschungsclustern passiert und wie die Roadmap die Ergebnisse einordnet, finden Sie auf den neuen Unterseiten von P2X.

Wie kann man Wasserstoff mit erneuerbarem Strom aus Wasser gewinnen?

Aus Wasser kann man mit der Elektrolyse die Gase Wasserstoff und Sauerstoff gewinnnen. Die P2X-Forscher arbeiten an einem Verfahren, das zur Zeit noch große Mengen der beiden Edelmetalle Platin und Iridium benötigt. Sie wollen herausfinden, wie man die Edelmetallgehalte verringern kann, damit das Verfahren in einem großen Maßstab wirtschaftlich genutzt werden kann. Das ist ihnen bereits gelungen. Ihr Ziel ist die Herstellung von Wasserstoff mit einem optimalen Elektrolyseur, der nur wenig Strom verbraucht.

Vom Klimakiller Kohlendioxid zum wertvollen Rohstoff

Um Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umzuwandeln, braucht man sehr gute Katalysatoren. Diese entwickeln die P2X-Forscher. Sie wollen gleichzeitig die Ausbeute von Kohlenmonoxid, die Energieeffizienz und die Stromdichte auf großen Elektrodenflächen während des Prozesses steigern.

Außerdem arbeiten sie daran, diesen Prozess mit einem Fermentationsprozess zu koppeln. Dabei enstehen Chemikalien. Die Unternehmen Siemens und Evonik wollen die Erkenntnisse aus dem P2X-Projekt schnell industriell anwenden und damit einen Wettbewerbsvorsprung vor der internationalen Konkurrenz zu halten. Ihr im November 2017 gestartetes Vorhaben Rheticus ergänzt das P2X-Projekt. Rheticus koppelt die derzeit entwickelten Module und überträgt sie in den kleinstmöglichen industriellen Maßstab. Im Fokus stehen dabei sowohl der vollkontinuierliche Betrieb sowie die Validierung der Anlage und das Schließen von Stoffkreisläufen.

CO2 als Rohstoff für Synthesegas

Kohlendioxid und Wasserdampf kann man mit Strom aus erneuerbarer Energie in Synthesegas umwandeln — bei Temperaturen um 800 Grad Celsius. Das Synthesegas enthält Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Synthesegas  ist damit ein wichtiges Zwischenprodukt zahlreicher petrochemische Prozesse. Aus diesem Gasgemisch lässt sich synthetisches Erdgas herstellen, aber auch chemische Grundbausteine wie Methanol oder Formaldehyd. Das ist wichtig für industrielle Wertschöpfungsketten. Die P2X-Forscher können maßgeschneidertes Synthesegas in verschiedenen Zusammensetzungen herstellen — je nachdem für welche industrielle Produktion es benötigt wird.

Wie kann man Wasserstoff transportieren?

Bislang war es kompliziert, Wasserstoff über größere Strecken zu transportieren. Die LOHC-Technik (LOHC steht für engl. liquid organic hydrogen carrier) ist eine Möglichkeit, den Wasserstoff in Flüssigkeiten zu speichern und zu transportieren. Sie ist vor allem dann wirtschaftlicher als andere Optionen, wenn relativ geringe Mengen Wasserstoff – bis zu 30 Tonnen pro Tag – über vergleichsweise weite Entfernungen transportiert werden. 

LOHC ist für Wasserstofftankstellen interessant, weil der Transport und die Lagerung vor Ort in vorhandenen Tankbehältern möglich ist und zusätzliche Kosten vermeidet. Außerem verdampft dabei weniger Wasserstoff. Die LOHC-Technik erleichtert so den Wandel von einer erdölbasierten zu einer wasserstoffbasierten Energiewirtschaft. 

Nachhaltigen Treibstoff in großen Mengen herstellen

Synthesegas aus der Elektrolyse kann man nnutzen um nachhaltig Dieselkraftstoff und Kerosin aus Luft und erneuerbarem Strom herzustellen. Außerdem ist es möglich, dezentral synthetisches Flüssigerdgas zu produzieren. Eine Pilotanlage, die das demonstriert, soll im Dezember 2018 ihre Arbeit aufnehmen.

Die Herstellung von Benzin aus Synthesegas über die Zwischenstufe Methanol steht ebenfalls auf dem Programm der P2X-Forscher. Hierfür haben sie eine Versuchsanlage entwickelt und in Betrieb genommen. Die Synthese der Ottokraftstoffe erfolgt nach dem etablierten Syngas-to-Fuel-Verfahren. 

Synthesegas kann auch als Energiequelle für mikrobiologische Prozesse dienen. Aus der Fermentation von Synthesegas lassen sich langkettige Alkohole herstellen, die zum Beispiel in Wasch- und Reinigungsmitteln oder als Weichmacher in Kunststoffen Verwendung finden.

Umweltfreundlicher Ersatz für Diesel

Oxymethylenether, kurz OME, sind kettenförmige organische Substanzen. Sie eignen sich als Ersatz für Dieselkraftstoffe und für die Kunststoffproduktion. Als Kraftstoffe besitzen OME den Vorteil, dass ihre Verbrennung weniger Ruß und Stickoxide freisetzt als herkömmliche Dieselkraftstoffe. Neue verfahrenstechnische Konzepte und Syntheserouten zu OME und die ökologische und techno- sowie sozioökonomische Bewertung der Wertschöpfungsketten stehen im Fokus der P2X-Forscher.

Eine kürzlich veröffentlichte Studie zur Herstellung und Nutzung von OME-1 belegte bereits für eine Mischung aus 35 Prozent OME-1 und 65 Prozent fossilem Dieselkraftstoff eine Reduktion der Emissionen von Ruß um 75 Prozent und von Stickoxiden um 43 Prozent. Außerdem besitzen die neuartigen Syntheserouten ein deutliches Potenzial zur Senkung der Kohlendioxid-Emissionen.

Einordnung der Forschungsergebnisse

Die P2X-Roadmap bindet alle Projektpartner ein, um den Entwicklungsstand der untersuchten Technologien systematisch zu bewertet und das gesamte P2X-Projekt zu begleiten. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die dynamische, aktive Steuerung und Weiterentwicklung des Projektes. In kontinuierlich stattfindenden Treffen und Workshops zu Fachthemen wie Lebenszyklusanalysen, Energieszenarien und gesellschaftlicher Akzeptanz stimmen alle Projektbeteiligten ihre clusterspezifische Bewertungsarbeit ab. Ziel ist, die technisch, wirtschaftlich, ökologisch und gesellschaftlich sinnvollsten Power-to-X-Technologien zu identifizieren und bis zur Anwendungsreife zu entwickeln. Darüber hinaus dient die Roadmap als öffentliches Dokument, das den Fortschritt des Projektes und seinen Beitrag zur Energiewende analysiert.

Die Roadmap hat Leitfragen definiert, die alle Ergebnisse in einen Gesamtkontext einbetten und somit Außenstehenden besser zugänglich machen:

  • Wie sind die ökonomisch-ökologischen Eigenschaften der potenziellen Technologien hinsichtlich der Produkteinheit sowie des Marktvolumens einzuschätzen?
  • Welcher Entwicklungspfad ist für die zu untersuchende Technologie zu erwarten?
  • Wie ist die Systemkompatibilität der Technologie einzuschätzen?

Die öffentlich zugängliche Roadmap soll noch im Laufe des Jahres 2018 veröffentlicht werden.

Unsere Website verwendet Cookies und die Analytics Software Matomo. Mehr Information OK