Neues Verbundprojekt macht Herstellung von Biokraftstoffen effizienter
TUMCS | PM | 31.01.2023
In einem zu Jahresbeginn gestarteten Projekt unter Koordination der Technischen Universität München (TUM) will ein Bündnis aus Forschungsinstitutionen und Unternehmen den ökologischen Fußabdruck des Verkehrssektors senken. Dazu entwickeln die Beteiligten ein Raffineriekonzept, um erneuerbare Kraftstoffe im Tonnenmaßstab für eine Vielzahl von Anwendungen zu produzieren. Die Forschenden kombinieren dafür die Herstellung von E-Fuels mit der von fortschrittlichen Biokraftstoffen.
In Deutschland stehen verschiedene Technologien wie Brennstoffzellen, Batterien oder erneuerbare Kraftstoffe bereit, um CO2-Emissionen im Verkehrssektor zu minimieren.
Neben der Demonstrationsanlage am TUM Campus Straubing produzieren Forschende auch an acht weiteren Standorten neue Kraftstoffe. Foto: Jan Winter/TUM.
Die Elektromobilität alleine reicht nicht aus, um den Verkehr klimaneutral zu gestalten. Bestandsflotten sowie schwer zu elektrifizierende Anwendungen etwa in der Schiff- und Luftfahrt benötigen noch auf lange Zeit erneuerbare Kraftstoffe in großen Mengen.
Erneuerbare Kraftstoffe ganzheitlich gedacht
Bei der Herstellung von E-Fuels, also unter Anwendung von erneuerbarem Strom und CO2 produzierte synthetische Kraftstoffe, bestehen in der nachhaltigen Bereitstellung von Kohlenstoff noch Herausforderungen. Auf der anderen Seite sind fortschrittliche, aus biogenen Reststoffen hergestellte Biokraftstoffe in der Nutzung von Kohlenstoff wenig effizient, weil bis zu 50 Prozent des in der Biomasse verfügbaren Kohlenstoffes bei der Umwandlung zu Kraftstoffen als CO2 verloren geht. Dies vergrößert den Rohstoffbedarf.
Im neuen Verbundprojekt „Synergy Fuels“ wollen die Forschenden diese Herausforderungen meistern, indem sie E-Fuels- mit Biokraftstoff-produzierenden Demonstrationsanlagen zusammenschalten. „Die stoffliche und energetische Integration der Synthesen von E-Fuels und Biokraftstoffen schafft Synergien: Indem wir erneuerbaren Strom nicht nur zur Umwandlung von CO2 zu flüssigen Kraftstoffen, sondern auch in den biotechnologischen Verfahren nutzen, wird die Kohlenstoffeffizienz erheblich erhöht“, sagt Projektinitiator Prof. Volker Sieber, Rektor des TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit (TUMCS). „Das Vorhaben zeigt, wie eng Bioökonomie und Wasserstoffwirtschaft miteinander verbunden sein müssen, um echte Nachhaltigkeit zu erreichen“, sagt Prof. Sieber.
So nutzt der Verbund Abwärme aus den (thermo-)chemischen Synthesen – etwa der Methanolsynthese – für die Produktaufarbeitung. Wesentlich ist auch die Bereitstellung von biogenem CO2 für die Methanolsynthese sowie von biogenem Wasserstoff durch die thermochemische Konversion von Biomassereststoffen. Dadurch werden die Nutzung fossiler CO2-Quellen, beispielsweise durch die Verbrennung von Kohle oder Erdgas, oder eine aufwändige CO2-Abscheidung aus der Atmosphäre umgangen. Zudem ermöglicht die langfristige Kohlenstoffbindung in Form des Nebenprodukts Pflanzenkohle sogar negative CO2-Emissionen, also eine netto Kohlenstoffabscheidung aus der Atmosphäre.
Schnelle Markteinführung der produzierten Kraftstoffe
Die OME-Anlage im Technikum des TUMCS (Archivbild Aufbau 2020). Foto: Jan Winter/TUM
„Wir benötigen hocheffiziente Verfahren, um nachhaltige Drop-in-Kraftstoffe in industriellen Mengen zu vertretbaren Preisen herzustellen. Unser Verbund pilotiert diese Verfahren, damit eine schnelle Markteinführung der neuen Kraftstoffe gelingt“, sagt Projektkoordinator Prof. Dr.-Ing. Jakob Burger, Professor für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik am TUM Campus Straubing. Drop-in bedeutet, dass die Kraftstoffe nahtlos dem bestehenden Kraftstoffpool zugemischt werden können und so die fossilen Kraftstoffe ersetzen, ohne die Motoren technisch zu ändern.
In den Raffinerieverbund werden in den nächsten vier Jahren neun Syntheseanlagen in Ostbayern integriert, darunter bestehende in Straubing und Sulzbach-Rosenberg. Diese Anlagen produzieren eine breite Palette von erneuerbaren Kraftstoffen im Tonnenmaßstab. Die Projektbeteiligten überprüfen deren physikalische Eigenschaften wie Schmierfähigkeit oder Kälteverhalten. Anwendungspartner aus den Bereichen Luft- und Schifffahrt sowie Fahrzeuge und mobile Maschinen demonstrieren die Eignung der Kraftstoffe im Realbetrieb.
An dem Projekt „Synergien durch Integration von Biomassenutzung und Power-to-X in der Produktion erneuerbarer Kraftstoffe (Synergy Fuels)“ beteiligen sich sechs Lehrstühle und Professuren aus dem Green Fuel Center der TUM. Außerdem sind das Technologie- und Förderzentrum (TFZ), das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT), das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) sowie die Industrieunternehmen Clariant, Martech GmbH und Volkswagen AG vertreten. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) fördert das Vorhaben über die Förderrichtlinie „Maßnahmen zur Entwicklung regenerativer Kraftstoffe“ mit 13,6 Millionen Euro. Die Arbeiten in „Synergy Fuels“ bilden einen wichtigen Beitrag zur Etablierung des Nationalen Forschungszentrums für Erneuerbare Kraftstoffe (NFZEK) am Standort Straubing.
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Jakob Burger
Technische Universität München (TUM)
Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit
Professur für Chemie und Thermische Verfahrenstechnik
Tel.: +49 (0) 9421 187-275
synergyfuels@cs.tum.de