SynLink – Synthetische strombasierte Kraftstoffe als wichtiges Instrument zur Sektorkopplung

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.

Regeneratives Synthesegas für e-Fuels

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 aus CO₂‑reichem 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.