SynLink - Synthetische strombasierte Kraftstoffe als wichtiges Instrument zur Sektorkopplung

© Fraunhofer CBP

Von der elektrolytischen Synthesegasherstellung aus erneuerbarer Elektroenergie, H2O und und CO2 aus Luft zur Methanolsynthese.

Power-to-X-Vorhaben rücken im Zuge der Energiewende immer mehr in den Fokus der Forschung, da Überschussstrom aus der regenerativen Energieerzeugung auch für die elektrochemische Herstellung von Grundchemikalien eingesetzt werden kann. Die Nutzung erneuerbarer Energien ist damit nicht mehr nur auf den Stromsektor beschränkt, sondern weitet sich zunehmend auch auf den Chemiesektor aus. Grundgedanke ist die Substitution von bisher aus Erdöl und Erdgas gewonnenen Molekülen in der Chemie- und Raffinerieindustrie durch chemisch gleiche Moleküle, die aus CO2, Wasser und erneuerbarer Energie gewonnen werden.

Ein solches Molekül ist Methanol, welches derzeit in Europa hauptsächlich mittels Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen wird (Produktionsvolumen von 3000 t/d) und in den unterschiedlichsten Anwendungsfeldern Einsatz findet, z. B. als Kraftstoffadditiv, als Ausgangsstoff in Brennstoffzellen oder als Ausgangsstoff in der chemischen Industrie. Eine Umstellung der Upstream-Feedströme in der Methanolsynthese auf erneuerbar gewonnene Moleküle würde pro produzierter Tonne Methanol 1,53 Tonnen CO2-Emission vermeiden. Für eine wirtschaftliche Umsetzung nachhaltiger Prozesse zur Methanolsynthese sind jedoch signifikante Kostenreduktionen für die Prozessführung notwendig, welche mit entsprechender Optimierung und Skalierung der Einzelprozesse und deren Kopplung einhergehen. Forschungsbedarf besteht ebenso bei der Weiterentwicklung des Technologiereifegrades bereits entwickelter Technologien für die spezifische Anwendung bis zur industrietauglichen Größe.

Im Projektvorhaben »SynLink« wird erstmals technisch sowie ökonomisch die gesamte Wertschöpfungskette von der Synthesegasherstellung aus H2O, erneuerbarer Elektroenergie und CO2 (mittels Adsorption aus der Luft) über die chemokatalytische Herstellung von Kraftstoffen bis zu Anwendungstests dieser Kraftstoffe in PKWs und LKWs untersucht und auf der Fraunhofer-Elektrolyseplattform Leuna demonstriert. Das Kernelement dieses Projektes bildet die Synthesegasherstellung mittels Co-SOEC (co-solid oxide electrolyser cell mit 150 KW), um erneuerbare Elektroenergien in die chemische Wertschöpfungskette einzukoppeln. Das Synthesegas wird anschließend über die Methanolsynthese mit erhöhten CO2-Anteilen oder die Fischer-Tropsch-Synthese umgesetzt. Das erzeugte Rohprodukt wird weiter über verschiedene Raffinierungspfade zu strombasierten Kraftstoffen (e-Fuels) raffiniert.

Innerhalb dieses Vorhabens beschäftigt sich das Fraunhofer CBP mit der Weiterentwicklung der Methanolsynthese für CO2-reiches Synthesegas zunächst im Labormaßstab (TRL 3) und anschließend mit der Abbildung des gesamten Syntheseprozesses in einer Pilotanlage (TRL 6). Hierzu wird die technologische Umsetzbarkeit der Integration der Prozess-Co-SOEC mit der Methanolpilotanlage geprüft, durchgeführt und die zentralen Kennwerte für eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung verglichen. Für Anwendungstest sollen Mustermengen bis zu 500 Liter zur Verfügung gestellt werden.

Projektinformationen

 

Projekttitel

SynLink - Synthetische strombasierte Kraftstoffe als wichtiges Instrument zur Sektorkopplung 

 

Projektlaufzeit

Januar 2019 – Dezember 2021

 

Projektpartner 

  • Climeworks Deutschland GmbH, Dresden

  • DLR-Institut für Technische Thermodynamik, Stuttgart

  • EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH, Leipzig

  • EIFER Europäisches Institut für Energieforschung, Karlsruhe

  • Fraunhofer IKTS, Dresden

  • Fraunhofer IMWS, Halle

  • Fraunhofer ICT, Pfinztal

  • Fraunhofer ISE, Freiburg

  • Sunfire GmbH, Dresden

  • Total Research & Technology Feluy, Feluy

  • Airbus Defence and Space GmbH, München

  • Analytik-Service Gesellschaft mbH, Neusäß

  • Daimler AG, Stuttgart

  • Ford Werke GmbH, Köln

  • KIT IFKM, Karlsruhe

  • Mahle International GmBH, Stuttgart

Projektförderung

Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und dem Projektträger Jülich (PTJ) für die Förderung des Projektes »SynLink – Synthetic e-fuels as key enabler for sector linking« im Rahmen des Förderprogrammes »Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung zur nichtnuklearen Energieforschung im 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung«, Förderkennzeichen 03EIV031E.