Strombasierte Kraftstoffe und Energiesystemanalysen

Aufbau und Betrieb der Versuchsanlage in Haßfurt für die CO2-Methanolsynthese

Die Herstellung und Nutzung strombasierter, erneuerbarer e-Fuels war lange nicht gesamtheitlich erforscht und demonstriert worden. Im angestrebten Verbundvorhaben sollte daher die komplette Prozesskette von der Erzeugung verschiedener e-Fuels, wie Wasserstoff (H2), Methanol (MeOH) und Oxymethylenethern (OME), bis hin zur energetischen Nutzung bei verschiedenen Einsatzzwecken (PKW, LKW, maritime und stationäre Großmotoren) studiert werden. Die Untersuchungen schlossen dabei sowohl technologische Entwicklungen als auch ökologische und wirtschaftliche Bewertungen ein. Durch die Verwendung von erneuerbarem H2 ist neben der Defossilisierung (Substitution von fossilen Kraftstoffen) eine Dekarbonisierung (Reduktion von im Kraftstoff gebundenem Kohlenstoff) möglich. Darüber hinaus wurde die Systemdienlichkeit von Power-to-Fuel-Anlagen durch die Sektorkopplung im Stromsektor analysiert. Die gesamtheitliche Untersuchung der e-Fuels machte es möglich, durch intensive Zusammenarbeit und Austausch von Ergebnissen aus der Analyse der Produktionsprozessketten und der Motorenforschung ein optimales Gesamtkonzept zu identifizieren. Dem folgte die Aufgabe, eine Roadmap für die Einführung von e-Fuels mit dem Ziel zu erarbeiten,  bis 2030 bei PKW-Anwendungen und bis 2050 bei Großmotoranwendungen einen entscheidenden Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen erreichen zu können.

Gesamtschaubild des E2Fuels Leitprojektes

Das Modul I setzt sich im Rahmen des Gesamtprojektes intensiv mit der Herstellung alternativer, strombasierter Kraftstoffe und der Einbindung der neuen Technologien in die Energiewirtschaft auseinander. Dies umfasst technologische Entwicklungen hinsichtlich Effizienz und Reduktion der Kosten von PtX-Anlagen, die Optimierung der Systemintegration von Elektrolyse und nachgeschalteter Synthese sowie eine Steigerung der Flexibilität des Gesamtsystems. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere Fluktuationen bei der Energiebereitstellung in den chemischen Prozessen zur Erzeugung von erneuerbaren Kraftstoffen Herausforderungen darstellen, die noch keine großtechnische Lösung gefunden haben. In diesem Zusammenhang werden sowohl systemanalytische, theoretische Studien als auch experimentelle Arbeiten durchgeführt. Die Ergebnisse aus Prozesssimulationen und Experimenten in kleinskaligen Laboranlagen sollen hierbei einen entscheidenden Beitrag leisten, um einen skalierbaren Festbettreaktor am MDT-Standort in Deggendorf aufzubauen und eine optimale technische Lösung des Reaktorsystems zu entwickeln. Unter Berücksichtigung der gewonnenen Er-kenntnisse zum optimalen Reaktorkonzept und entsprechender Fahrweisen soll eine gesamtheitliche Versuchsanlage bestehend aus CO2-Bereitstellung, Elektrolyse und Syntheseeinheit in Haßfurt entstehen. Mit dieser Anlage kann einerseits die Realisierbarkeit der Technologie demonstriert werden, andererseits dient der Betrieb der Anlage zur Untersuchung der Dynamik der Kopplung von Elektroly-se und Synthese, der Analyse von Lastwechselgeschwindigkeiten und der Optimierung der Betriebs-weise. Die Ergebnisse sollen dazu dienen, Skalierungseffekte im Hinblick auf eine Großanlage zu analysieren, die Wirtschaftlichkeit der Technologie im Detail zu betrachten und letztlich die Marktreife zu erreichen.