Bayerisches Zentrum für Nachhaltige Kraftstoffe ZENK

Problemstellung

Seit dem Pariser Klimaabkommen wurden weltweit die Aktivitäten und Maßnahmen in Richtung regenerativer Energieerzeugung verstärkt. Auch der Green Deal der Europäischen Union ist ein Meilenstein im Hinblick auf eine nachhaltige Energieversorgung und soll dem Kontinent Europa als erstem zur Klimaneutralität verhelfen.

Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Bereich der Mobilität, da hier besondere Rahmenbedingungen vorherrschen, was die Substitution von fossilen Energieträgern und die Vielfalt an benötigten Mobilitätsformen betrifft.

Auf Bundesebene erscheint die Erreichung der Klimaziele der Bundesregierung nur möglich, wenn bestehende Maßnahmen zur Erzeugung erneuerbarer Energien genutzt und gleichzeitig weitere Entwicklungen verfolgt werden. Auch in Anbetracht der aktuellen weltpolitischen Lage wird eine Reduzierung der Abhängigkeit im Bereich von Energie und Mobilität angestrebt. Um die bayerische Wirtschaft dabei in ihrer Vorreiterrolle zu bestärken, sollen im Rahmen des bayerischen Zentrums für nachhaltige Kraftstoffe ZENK bestehende Entwicklungen weitergeführt und neue Entwicklungen vorangetrieben werden.

Projektziel

Das zentrale Ziel des bayerischen Zentrums für nachhaltige Kraftstoffe besteht in der Entwicklung von Produktionsrouten für nachhaltige Kraftstoffe auf erneuerbarer Rohstoff- und Energiebasis.

Hierzu wird ein ganzheitlicher Raffinerieansatz verfolgt, in dem individuelle Prozessschritte (von der primären Rohstoffkonversion bis zur Auftrennung der Produktgemische in Kraftstofffraktionen) verbunden und verschiedene Produktionsrouten miteinander kombiniert werden, um CO₂- Emissionen zu reduzieren und durch den Einsatz von Kohlenstoffsenken sogar eine CO₂-negative Bilanz zu erreichen (siehe Abbildung). 

In den Verfahren werden biogene Reststoffe sowie Kohlenstoffdioxid (CO₂) und erneuerbare elektrische Energie als Rohstoffbasis genutzt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf die in Bayern (und speziell in der Region von Straubing und Sulzbach-Rosenberg) verfügbaren Einsatzstoffe gelegt wird. Bei der Nutzung der erzeugten Kraftstoffe spielen regionale Anwendungsperspektiven eine besondere Rolle, etwa im Bereich von Land- und Forstmaschinen sowie der Binnenschifffahrt, aber auch der kommerziellen Luftfahrt und des Schwerlastverkehrs.

Die zu entwickelnden innovativen Ansätze als Komponenten einer integrierten nachhaltigen Raffinerie basieren in weiten Teilen auf bereits an den Fraunhofer-Instituten IGB und UMSICHT (mit ihren Standorten in Straubing und Sulzbach-Rosenberg) untersuchten oder implementierten Verfahren, die im Vorhaben ZENK weiterentwickelt, kombiniert, integriert und im Technikumsmaßstab zum Einsatz gebracht werden sollen.

Am Standort Straubing liegt der Fokus auf dem Aufbau einer Forschungsinfrastruktur ausgehend von CO₂ und regenerativem H₂ (oder Synthesegasen aus regenerativen Quellen) hin zu synthetischen Kraftsoffen. Die Syntheseroute geht über die Zwischenschritte der Methanolsynthese, der Alkohol-Dehydratisierung – wie zum Beispiel Methanol-to-Hydrocarbons (MtH) oder Ethanol-Dehydratisierung – sowie der Oligomerisierung bis zur anschließenden Hydrierung von (leichten) Kohlenwasserstoffen.

Der Forschungsstrang der ZENK-Plattform startet im chemisch-technischen Labor zur Untersuchung der Mikrokinetik, Aktivität der Katalysatoren und Einsatz von Rohstoffen aus realen (Industrie-)Quellen. Daran anschließend findet eine erste Skalierung im Labor statt, bei welcher Skalierungseffekte wie Temperaturprofile und reale Katalysatorschüttungen verstanden werden.

Abschließend werden die heterogen-katalysierten Prozesse in die ZENK-Pilotanlage am neuen Standort Straubing-Sand überführt, welche vor-industrielle Daten zur Prozessführung im Kilogramm-pro-Stunde Produktionsmaßstab liefert. Im Jahr 2025 wurde die Schaffung der Laborinfrastruktur beinahe und das Basic-Engineering der frei stehenden Pilotanlage samt HAZOP-Studie abgeschlossen.