Baden-Württemberg hat Potenzial für eigene nachhaltige Kraftstoffherstellung
DME-basierte E-Fuels könnten günstiger werden als Methanol
Anzeigen
Wie kann Baden-Württemberg die Treibhausgase im Verkehrssektor reduzieren und nachhaltige Kraftstoffe selbst produzieren? Das vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE koordinierte Projekt »E-Fuels fürs LÄND« untersuchte die Herstellung von E-Fuels mit maximaler Wertschöpfung in Baden-Württemberg, belastbaren Geschäftsmodellen und einem schnellen Markthochlauf. Demnach hat Dimethylether (DME) dank des effizienten neuen INDIGO-Prozesses das Potenzial, die Gestehungskosten von nachhaltigen Kraftstoffen zu senken. Gefördert wurde das Projekt durch das baden-württembergische Ministerium für Verkehr.
Das Projektkonsortium untersuchte die gesamte Wertschöpfungskette nachhaltiger Kraftstoffe: Von der Herstellung aus Wasserstoff und CO2 aus der Luft (Direct Air Capture, DAC) über die Zwischenprodukte Methanol und Dimethylether bis hin zu Fraktionen von Diesel und Benzin bzw. Sustainable Aviation Fuels (SAF). Dimethylether spielt dabei eine zentrale Rolle als Zwischenprodukt: Das Gas ist ungiftig, hat eine hohe Energiedichte und großes Potenzial für die Herstellung von Kraftstoffen als Energieträger und Produkten für die chemische Industrie. Das Projekt betrachtete für Jahre 2030 bis 2040 die DME-Exportländer Finnland, Spanien sowie Brasilien in vier Szenarien (Kurzfrist-, Innovations-, Referenz- und Langfristszenario), um möglichst viele Klimazonen und Rahmenbedingungen abzudecken. Dabei wurden vier Technologien »Made in Baden-Württemberg« bewertet: Direct Air Capture, Wasserstoff- bzw. Synthesegasherstellung (bioliq®-Prozess des Karlsruher Instituts für Technologie KIT), DME- Herstellung (INDIGO-Prozess des Fraunhofer ISE) sowie die Herstellung von SAF und weiteren Kraftstofffraktionen. Anschließend wurde die gesamte Wertschöpfungskette – von der Herstellung des DME im Ausland unter Nutzung von erneuerbarem Strom und Kohlenstoff aus nachhaltigen Quellen oder der Luft bis zur Umwandlung in Kraftstoffe in Baden-Württemberg – technoökonomisch bewertet. Als Vergleichsreferenz diente Methanol als aktueller Stand der Technik.
Prozessentwicklung »Made in Baden-Württemberg«
Neben der Analyse der Wertschöpfungsketten wurden im Projekt auch konkrete Herstellungsprozesse weiterentwickelt. Die Purem GmbH und das Fraunhofer ISE untersuchten einen Direct Air Capture-Prozess auf Basis von festen Sorptionsmitteln. Der neu entwickelte DAC-Teststand wurde im zyklischen Betrieb mit industriell relevanten Luftströmen gefahren und zeigte dabei Energieeffizienzpotenziale auf. »Das entwickelte Skalierungskonzept ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von DAC-Modulen in automatisierten Fertigungsumgebungen der Automobilindustrie. Für Investitionsentscheidungen sind weitere experimentelle Studien im Pilotmaßstab erforderlich«, erklärt Robert Szolak, Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte am Fraunhofer ISE.
In einer Prozesssimulation verglichen die Forschenden zwei DME-Syntheseverfahren (INDIGO von Fraunhofer ISE, konventionelles Verfahren) und die Methanolsynthese hinsichtlich ihrer techno-ökonomischen Kennzahlen. Hierbei zeigte das INDIGO-Verfahren deutlich geringere Betriebs- und Gesamtkosten. Für den Projektpartner Mineraloelraffinerie Oberrhein ergibt sich die Option, diesen Prozess als Lizenznehmer in ihrer Raffinerie zu realisieren und von den günstigen Herstellkosten dieses Prozesses „Made in Baden-Württemberg“ zu profitieren.
Das KIT untersuchte in seinem Labor erstmals die Einzelprozesse zur Olefin- und Kraftstoffsynthese aus DME, indem es den kombinierten Prozess in einer technisch relevanten Größe und im kontinuierlichen Betrieb simulierte. Gegenüber dem Stand der Technik auf Basis von Methanol steigt die Energieeffizienz auf bis zu 90 Prozent, entsprechend sinken die CO2-Emissionen. Durch die Aufarbeitung ausgewählter Oligomerisierungsprodukte wurden Benzin- und Dieselfraktionen sowie SAF erzeugt und das vielversprechende Potenzial zur Synthese von DME-basierten Kraftstoffen gezeigt.
In den techno-ökonomischen Analysen ermittelte das Team die Kraftstoffgestehungskosten für synthetisch hergestelltes DME für vier Szenarien. Dabei sind die Kosten im Innovations-Szenario (mit Technologie» Made in Baden-Württemberg«) immer niedriger als im Referenz-Szenario (mit Methanol). Dies liegt an der effizienteren Kraftstoffherstellung auf DME-Basis sowie der effizienten INDIGO-Synthesetechnologie, die zu niedrigeren Investitions- und Betriebskosten führt.
»Unsere Studie hat gezeigt, dass die Transformation zu nachhaltigen Kraftstoffen auf Basis von DME ein signifikantes Potenzial zur Kostensenkung bietet. Baden-Württemberg mit seiner industriellen Basis und seinem starken Maschinen- und Anlagenbau hat ideale Voraussetzungen für den Markthochlauf von E-Fuels. Um diese Potenziale zu heben, sind proaktives unternehmerisches Handeln und eine unterstützende Industrie- und Technologiepolitik nötig«, erklärt Dr. Achim Schaadt, Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte.
Weitere News aus dem Ressort Forschung & Entwicklung
