Exponat: Alternative Kraftstoffe

Kraftstoffe aus Luft und Wasser

Für die Herstellung von Benzin, Diesel und Kerosin braucht man kein Erdöl. Wissenschaftler*innen entwickeln Technologien, um Kraftstoffe auf Basis von CO2 und Wasserstoff herzustellen. Da zu ihrer Herstellung viel Strom erforderlich ist, werden sie als E-Fuel bezeichnet. Der benötigte Wasserstoff wird aus Wasser gewonnen. Für das CO2 gibt es verschiedene Quellen. Es ist zum Beispiel in Biogas, Industrieabgasen oder der Luft enthalten. Die Forscher*innen des Kopernikus Projekts „P2X“ nutzen das CO2 aus der Umgebungsluft. In vier Schritten verwandeln sie Luft und Wasser in Kraftstoff.

1) Direct Air Capture

Der erste Schritt zur Herstellung von E-Fuels ist die Gewinnung von CO2 aus CO2-haltigen Gasen. Im Projekt P2X wird dafür das Direct Air Capture-Verfahren (DAC) angewendet. Ventilatoren saugen Luft an und leiten sie durch chemische Filter, die das CO2 einfangen. Die Technologie kann überall auf der Welt eingesetzt werden, da die CO2-Konzentration der Luft überall gleich ist. Allerdings benötigen Direct Air Capture Anlagen Strom, weshalb ihr Bau dort sinnvoll ist, wo erneuerbare Energiequellen in ausreichender Menge verfügbar sind.

2) Co-Elektrolyse

Der zweite Schritt zur Herstellung von E-Fuels ist die Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser. Im Projekt P2X wird ein spezielles Elektrolyse-Verfahren eingesetzt. Bei der „Co-Elektrolyse“ wird dem Wasser (H2O) bereits vor der Elektrolyse CO2 hinzugefügt. Die Moleküle beider Stoffe werden durch Hitze und Strom aufgespalten, sodass direkt das gewünschte Gasgemisch aus H2 und CO entsteht. Somit wird ein Prozessschritt eingespart. Co-Elektrolyse braucht mehr Wärme aber weniger elektrische Energie als vergleichbare Verfahren. Die Wissenschaftler*innen im Projekt P2X nutzen die Abwärme anderer Prozessschritte und senken so den Gesamtenergieverbrauch.

3) Fischer-Tropsch-Synthese

Im dritten Schritt reagiert das Synthesegas unter Hitze und Druck im Reaktor. CO und H2 bilden unterschiedlich lange Kohlenwasserstoffmoleküle. Je nach Länge sind diese gasförmig, flüssig oder wachsförmig. Die Flüssigkeit (Öl) und das Wachs sind die Vorprodukte der E-Fuels. Im Projekt P2X werden neue Reaktoren für die Synthese eingesetzt. Sie zeichnen sich durch ihre innere Struktur aus. Diese ermöglicht, die Wärme effektiv abzuführen, die bei der chemischen Reaktion entsteht. Durch die gute Temperaturkontrolle wird bei einem Durchlauf mehr Produkt erzeugt. So sind die außerordentlich kompakten Reaktoren hocheffizient.

4) Produktaufbereitung

Im letzten Prozessschritt werden Öl und Wachs zu E-Fuel verarbeitet. Beim Wachs sind die Molekülketten zu lang geraten. Diese werden gespalten, um mehr flüssiges Vorprodukt zu erhalten. Das Öl wird chemisch so verändert, dass die Molekülketten zum Beispiel Verzweigungen enthalten. Das beeinflusst die Eigenschaften der Moleküle. Das Ziel ist, dass die E-Fuels den Eigenschaften klassischer Kraftstoffe entsprechen oder sogar bessere Merkmale aufweisen. Durch Destillation werden aus dem aufbereiteten Gemisch die E-Fuels Benzin, Diesel und Kerosin gewonnen.