Kontakt Joel da Silva Félix M.Sc. RWTH Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe

Motivation

Im Zuge der Verkehrswende wird im Bereich des Individualverkehrs mit Personalkraftwagen (Pkw) zunehmend auf batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) gesetzt, da diese lokal emissionsfrei sind und im Zusammenhang mit der Energiewende sowie dem damit einhergehendem Ausbau nachhaltiger Energiesysteme vorteilhafte Wechselwirkungen aufzeigen. Neben BEV stehen mit E-Fuels betriebene Pkw zur Diskussion. Der Einsatz von E-Fuels bei Pkw weist im Vergleich zum Energieträger Strom jedoch einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad auf, wodurch hier der Einsatz wenig sinnvoll ist. Mit Schiffen, Flugzeugen und Lastkraftwagen (Lkw) gibt es zudem schwer elektrifizierbare Transportmittel auf dem Markt, die aufgrund des Güterverkehrs wichtig für die Wirtschaft sind. Hier fehlen Stand jetzt Alternativen, um diese zukünftig klimaneutral nutzen zu können. Dies gilt auch für kritische Industriezweige mit einem hohen Energiebedarf wie bspw. der chemischen Industrie oder Metallerzeugung und -bearbeitung.

Um weitere Ressourcen zu erschließen, gibt es mit Biokraftstoffen eine zusätzliche klimaneutrale Alternative für eine nachhaltige Mobilität. Wie E-Fuels gehören auch diese zu den synthetischen Kraftstoffen (C_nH_m). Die Erzeugung ist im Gegensatz zu den E-Fuels nicht überwiegend strombasiert, sondern beruht auf der Verwendung von Biomassen und somit nachwachsenden Rohstoffen. Die Herstellung erfolgt mit Hilfe von Synthesegasen (CO, H₂) über Syntheseprozesse wie der Methanolsynthese oder Fischer-Tropsch-Synthese. Die Produktion von qualitativ hochwertigen Synthesegasen bildet somit einen wichtigen Baustein zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen. Synthesegase können aus festen, flüssigen oder gasförmigen Edukten gewonnen werden, die als Kohlenstoffquelle dienen.

Zielsetzung

Der Fokus des Forschungsvorhabens liegt auf der Entwicklung, dem Bau und der Erprobung eines innovativen Verfahrens zur Erzeugung hochreinen Synthesegases auf Basis biogener Reststoffe.

Vorgehen und Methode

Abb.  1: Schematische Darstellung des Forschungsvorhabens

Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Forschungsvorhabens. Die Versuchsanlage zur Bewertung des thermochemischen Prozesses für die Produktion von hochreinen Synthesegasen soll im Technikum des LuF TEER errichtet werden. Hierbei dienen biogene Reststoffe
(z. B. Landschaftspflegholz, Reststoffe aus der Landwirtschaft oder Nahrungsmittelmittelproduktion) als Ausgangsmaterial zur Gasifizierung im Reaktor bei besonders hohen Temperaturen, wobei das Gasifizierungsmittel variiert wird. Es entstehen mit Wasserstoff (H₂), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Methan (CH₄) gasförmige Produktströme zur Weiterverarbeitung in den oben genannten Syntheseprozessen. Das hergestellte Methanol kann anschließend als Plattformchemikalie in der chemischen Industrie oder als Biokraftstoff für Schiffe, Flugzeuge oder Lkw genutzt werden. Neben der Herstellung von Methanol mit Hilfe der Methanolsynthese ist über die Fischer-Tropsch-Synthese auch die Herstellung einer Vielzahl an weiteren synthetischen Kohlenwasserstoffen möglich. Als Nebenprodukt fällt ein Biomassekarbonisat an, das in verschiedenen Anwendungen, z. B. in Land- und Forstwirtschaft oder im Bauwesen stofflich genutzt werden kann. Durch die Einbindung eines Teils des beim Pflanzenwachstum aufgenommenen Kohlenstoffs in das Biomassekarbonisat wird der Atmosphäre CO₂ dauerhaft entzogen, auch Biochar Carbon Removal (BCR) genannt.

Hinsichtlich des gestaltungs- und umsetzungsorientieren Ansatzes von ACCESS! 2.0 zur Entwicklung neuer Transformationspfade zu einer nachhaltigen Mobilität, wird im vorliegenden Forschungsvorhaben vor allem der Produktpfad der Biofuels für schwere Transportmittel, Schiffe oder Flugzeuge betrachtet. So soll ein Beitrag zum Fortschritt hin zur Klimaneutralität geleistet und erneuerbare Ressourcen erschlossen werden.