Synthetische Kraftstoffe

Synthetische Kraftstoffe werden in Zukunft vor allem einen Beitrag dazu leisten, den Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr CO₂-neutral zu gestalten. Im bayerischen »Zentrum für nachhaltige Kraftstoffe« in Straubing und Sulzbach-Rosenberg (ZENK) entwickeln wir neue Prozessrouten zur Synthese CO₂‑neutraler Kraftstoffe auf erneuerbarer Rohstoff- und Energiebasis. Die Entwicklung erfolgt bis in den Technikumsmaßstab und bereitet den Weg zur Anwendung in einer Raffinerie der Zukunft, in der alle Rohstoffe und Eingangsströme aus erneuerbaren Quellen stammen.

Unser synthetischer Ansatz: Chemische Umsetzung von Alkoholen über leichte Olefine (Alkene) als Zwischenprodukte bis zu Mitteldestillat-Kraftstoffen wie Kerosin und Diesel (SynergyFuels). Die Ausgangsstoffe Methanol und Ethanol werden aus der CO₂‑Hydrierung und aus fermentativen Prozessen gewonnen. Über weitere katalytische Prozesse (EcoFuel) können so Kraftstoffe erzeugt werden.

Nachhaltiger Transportsektor durch synthetische Kraftstoffe

© Fraunhofer IGB
Synthetischer Kraftstoff aus CO2

In vielen Bereichen des Transportsektors werden in Zukunft weiterhin Kraftstoffe benötigt, auch wenn alle Autos elektrisch betrieben werden. Ein Großteil der Flugzeuge und Schiffe etwa bleibt auf absehbare Zeit auf Kraftstoffe angewiesen. Damit auch diese Transportmittel klimaneutral bewegt werden können, müssen nachhaltige Kraftstoffe verfügbar sein, über die kein weiteres CO₂ in den aktiven Kohlenstoffkreislauf gelangt.

Unsere Entwicklung: Synthetische Kraftstoffe aus CO₂

Am Straubinger Institutsteil des Fraunhofer IGB arbeiten wir an der Entwicklung von Prozessen zur Produktion synthetischer Kraftstoffe aus CO₂. Zu diesem Zweck bauen wir aktuell das vom Freistaat Bayern geförderte Zentrum für Nachhaltige Kraftstoffe (ZENK) auf. Da Methanol das Schlüsselintermediat in dem von uns verfolgten Ansatz zur CO₂-basierten Synthese von Kraftstoffen darstellt, ist die Forschung eng mit unseren Arbeiten zur Methanolsynthese verknüpft. Methanol, aus CO₂ und Wasserstoff hergestellt, wird anschließend zu leichten Alkenen (Olefinen) umgesetzt, aus denen wiederum durch Oligomerisierung und Hydrierung sogenannte Mitteldestillate gewonnen werden, also Kraftstoffe im Bereich von Diesel und Kerosin. Neben Methanol können auch andere Alkohole, etwa Ethanol oder Isobutanol, für die Produktion synthetischer Kraftstoffe genutzt werden.

Unsere Forschung zum Thema synthetische Kraftstoffe reicht von der Entwicklung der einzelnen Prozessschritte über die Identifizierung der Herausforderungen an deren Schnittstellen bis zur Integration der Prozessschritte zu einem industriell einsetzbaren Verfahren. Die Skalierung dieser Verfahren bis in den Pilotmaßstab erfolgt hierbei dann am Institutsteil in Leuna, dem Fraunhofer CBP, wodurch eine integrierte Prozessentwicklung am Fraunhofer IGB ermöglicht wird.

Vorteile und Technologiereife

Die Herstellung synthetischer Kraftstoffe aus CO₂ ist besonders flächen- und ressourceneffizient. Die einzelnen Prozesstechnologien sind bereits recht weit entwickelt, allerdings noch nicht in einem integrierten Verfahren und mit synthetischen Kraftstoffen als Zielprodukt.

Wichtige Forschungsfragen, denen wir am Fraunhofer IGB nachgehen, betreffen die Nutzung von CO₂ aus technisch relevanten Quellen, insbesondere aus industriellen Abgasen als sogenannte Punktquellen. Verunreinigungen aus den vorgelagerten industriellen Prozessen können hier die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Katalysatoren für die Methanolsynthese aus CO₂ erheblich beeinträchtigen.

Daher beschäftigen wir uns in unseren Arbeiten besonders mit der Prozessintegration und dem Einsatz von CO₂ aus technischen Quellen. Hieraus ergeben sich auch Möglichkeiten, Biomasse-basierte Verfahren, bei denen oft CO₂-reiche Prozessgase entstehen (z.B. bei Gärungsprozessen), mit der Nutzung von CO₂ zur Kraftstoffsynthese zu kombinieren. So können verschiedene Stoffströme im Sinne einer Bioraffinerie optimal genutzt werden.

Auf einen Blick

Klimaneutrale Produktion von Kraftstoffen auf erneuerbarer Rohstoff- und Energiebasis
CO₂‑Kreislaufwirtschaft
Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen
Dezentrale Produktion möglich

Unsere Leistungen

Analyse der Rohstoffbasis von Prozessen
Entwicklung geeigneter Prozesse und Prozesskaskaden inklusive Katalysatorscreening und -optimierung
Prozessskalierung
Herstellung von Mustermengen

Zusammenarbeit

In unserer Forschung und Entwicklung zu synthetischen Kraftstoffen möchten wir mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie kooperieren, die in den Bereichen Rohstoffbereitstellung (CO₂, erneuerbare Energie), Kraftstoffproduktion (Katalysatoren, Anlagenbau, Raffinerien) und Kraftstoffnutzung (Logistik, Motoren, Flugzeugbau, Airlines, Reedereien etc.) aktiv sind. Wichtige Fragestellungen betreffen u. a. die Relation von Prozessführung und Kraftstoffqualität und die Anforderungen seitens der Kraftstoffnutzung an die Kraftstoffqualität.

Referenzprojekte

Januar 2021 – Dezember 2023

EcoFuel

Kreislauforientierte und wirtschaftliche Erzeugung von Kraftstoffen mit Strom aus erneuerbaren Energien

Ziel des EU-Projekts ist die Entwicklung der nächsten Generation erneuerbarer Kraftstoffe, die mittels erneuerbarer Energien aus CO₂ hergestellt werden. Dazu will das Konsortium eine neuartige Prozesskette demonstrieren, die die Energieeffizienz bei der elektrochemischen Herstellung von synthetischem Kraftstoff aus CO₂ und Wasser deutlich verbessert.

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