Biogene Produktionsrouten und PtX-Syntheseprozesse kombinieren
Straubing und UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg hat das Ziel, neue Produktionswege für klimaneutrale Kraftstoffe auf Basis von CO2, Biomasse und erneuerbarem Strom zu entwickeln.
Die Forschungsarbeiten werden vom Freistaat Bayern mit 11,9 Mio. EUR über einen Zeitraum von vier Jahren gefördert. Im Rahmen des ZENK-Projekts sollen die vorhandenen Vorarbeiten der Fraunhofer-Institute IGB am Institutsteil Bio-, Chemo- und Elektrokatalyse, BioCat, und von Fraunhofer UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg, im Bereich der nachhaltigen Kraftstofferzeugung zusammengeführt werden. Hierbei wird eine gekoppelte Technikums- und Entwicklungsinfrastruktur aufgebaut, um den weiteren Weg zur industriellen Anwendung und Markteinführung zu ermöglichen. Unternehmen der petrochemischen Industrie sollen dabei eng eingebunden werden. Im ZENK-Ansatz dient eine Kombination aus biogenen Rest- und Abfallstoffen, Kohlenstoffdioxid (CO2) und erneuerbarer elektrischer Energie als Rohstoffbasis für nachhaltige Kraftstoffe. Die Synthese- und Produktionsrouten für die Verwertung dieser Rohstoffe sollen kombiniert, optimiert und in den Technikumsmaßstab überführt werden.
Dabei werden die regionalen Energie- und Einsatzstoffpotenziale berücksichtigt und mögliche Standorte für eine industrielle Umsetzung bewertet. In der Power-to-X-Route wird am Fraunhofer IGB durch Elektrolyse von Wasser mithilfe erneuerbarer Energie Wasserstoff erzeugt. Dieser wird katalytisch mit Kohlenstoffdioxid zu Methanol umgesetzt. Das Methanol wird über verschiedene Zwischenprodukte zu höheren Olefinen umgewandelt. Diese werden in einem Hydrierprozess zu einem Gemisch aus gesättigten Kohlenwasserstoffen aufgearbeitet, aus denen verschiedene Kraftstoffarten erzeugt werden können. Der Entwicklungsbedarf liegt insbesondere in der Identifikation und Testung stabiler und selektiver Katalysatorsysteme sowie der Anpassung der Anlagenfahrweise an variierende Reinheiten der Einsatzstoffe und an die intermittierende Verfügbarkeit erneuerbarer Energien.
In der Biomasse-basierten Route werden am Fraunhofer UMSICHT aus biogenen Rest- und Abfallstoffen ein wasserstoffreiches Synthesegas, ein Rohöl-Äquivalent und ein kohleähnlicher Feststoff (Biokohle) erzeugt. Um die begrenzten Ressourcen möglichst hochwertig einzusetzen, sollen im Rahmen dieses Vorhabens die Synergien zwischen der Biomasseverwertung und den Power-2-X-Anwendungen – also der strombasierten Kraftstofferzeugung – identifiziert und gehoben werden. heben. Das aus der Biomasse erzeugte Synthesegas kann in der Methanolsynthese der Power-to-X-Route genutzt werden. Die biogenen Öle können über den vorhandenen Hydrierprozess zu Kraftstoffen aufbereitet werden. Zusätzlich soll die Versorgung der Methanolsynthese mit möglichst reinem CO2 über einen Oxyfuel-Verbrennungsprozess der biogenen Prozessgase (Pyrolysegas, Klärgas usw.) erprobt werden. Dieser nutzt wiederum den bei der Elektrolyse anfallenden überschüssigen Sauerstoff. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt hierbei auf der Konditionierung der Gase für die weiteren Syntheseschritte.
Die Biokohle, die als Produkt der thermochemischen Biomassekonversion anfällt, spielt eine wichtige Rolle für die CO2-Bilanz der Kraftstoffe. Der darin gebundene Kohlenstoff wird dauerhaft der Atmosphäre entzogen, wodurch eine insgesamt CO2-negative Kraftstoffproduktion möglich wird. Das Vorhaben gliedert sich in zwei Projektphasen. In der ersten und bereits abgeschlossenen Phase wurden die Konzeption, Planung und Kommissionierung der Komponenten und Anlagen an beiden Standorten abgeschlossen. In der aktuellen zweiten Phase (Januar 2023 bis September 2026) werden die Prozesse nach der Inbetriebnahme schrittweise miteinander gekoppelt und optimiert.
