Serienreife Anlage zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen

Der Einsatz synthetischer Kraftstoffe könnte zukünftig Treibhausgasemissionen von Flugreisen und Schwertransporten minimieren. Mit einer Power-to-Liquid Anlage von INERATEC, die das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gemeinsam mit dem Spin-off am Energy Lab 2.0 betreibt, rückt das in greifbare Nähe. Die modulare Anlage ist in einem Container untergebracht und soll nun von der Ausgründung in Serie gefertigt werden.

„Das ist der letzte Ausbauschritt auf dem Weg zu einem industriellen Einsatz“, sagt Professor Roland Dittmeyer vom Institut für Mikroverfahrenstechnik des KIT. „Anlagen dieser Bauweise werden weltweit dazu beitragen, den Transportsektor und die chemische Industrie mit E-Fuels sowie E-Chemicals nachhaltiger zu gestalten.“ Die Anlage steht auf dem Gelände des Energy Lab 2.0 am Campus Nord des KIT. Sie produziert aus Kohlendioxid (CO2) und erneuerbarem Wasserstoff (H2) ein synthetisches Kraftstoffgemisch, auch SynCrude genannt, das zu synthetischem Kerosin, Diesel und Benzin weiterverarbeitet werden kann. „Dafür sind zwei Reaktorstufen notwendig, die wir zum ersten Mal gekoppelt, mit einem verbesserten Design und in einem für die Technologieentwicklung relevantem Maßstab betreiben“, sagt Dittmeyer. „Wir können bis zu 200 Liter Kraftstoff pro Tag erzeugen.“

Innovative Technologie von INERATEC

Die langkettigen Kohlenwasserstoffe des SynCrudes werden in einer der Reaktorstufen mittels Fischer-Tropsch-Synthese (FT-Synthese) aus Synthesegas hergestellt, das hauptsächlich aus Kohlenstoffmonoxid (CO) und H2 besteht. Es wird in dem anderen der FT-Synthese vorgeschalteten Reaktor durch die rückwärtige Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS) erzeugt. Der RWGS-Reaktor ist aus mikrostrukturierten Platten aufgebaut, die einen flexiblen Betrieb der Anlage ermöglichen und für mehr Leistungsfähigkeit sorgen. Das neue Design dieser Platten wurde nun im gekoppelten Betrieb erfolgreich demonstriert. „Mit dem optimierten RWGS-Reaktor lassen sich die Reaktionen jetzt noch präziser steuern, und so konnten wir den Prozess signifikant verbessern“, sagt Dr. Tim Böltken, einer der Geschäftsführer von INERATEC. Jede Stunde könne bis zu drei Kilogramm Wasserstoff aus Elektrolyseuren verarbeitet werden. „Das entspricht einer Anschlussleistung von 125 Kilowatt, und das setzt weltweit Maßstäbe“, so Böltken.

Im nächsten Schritt erfolgt die Serienproduktion

Die Demonstration der RWGS Reaktor-Technologie von INERATEC auf dieser Skalierungsstufe stellt den letzten wichtigen Schritt in einem universitären Forschungsumfeld dar. Über weitere Skalierung, Standardisierung und Vervielfältigung will das Unternehmen die Power-to-X-Technologie danach schnell und kostengünstig mit einer Serienproduktion bereitstellen können. Über das Projekt IMPOWER2X wird das Spin-off des KIT von der Europäischen Union mit 2,5 Millionen Euro gefördert.

Bereits 2019 wurde in der ersten Förderphase des Kopernikus-Projekts P2X die weltweit erste vollintegrierte Anlage zur Produktion von „Sprit aus Luft und grünem Strom“ am KIT in Betrieb genommen. Die Anlage produzierte täglich ungefähr zehn Liter synthetische Kraftstoffe und kombinierte die CO2-Abscheidung aus der Luft, eine Hochtemperaturelektrolyse zur Synthesegaserzeugung, die FT-Synthese sowie die Produktaufbereitung zum fertigen Kraftstoff. Aktuell, in der zweiten Förderphase von P2X, wird diese Prozesskette in der Skalierung von 250 Kilowatt im Energy Lab 2.0 aufgebaut und soll dann ab 2022 etwa 200 bis 300 Liter Kraftstoff pro Tag direkt aus dem CO2 der Luft erzeugen.

Bild oben: Bis zu 200 Liter synthetisches Kraftstoffgemisch pro Tag produziert die Containeranlage im Energy Lab 2.0 Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT