Aktuelle Infos

Power-to-Liquids-Verfahren

 

Was ist das Power-to-Liquids-Verfahren?

Das Power-to-Liquids-Verfahren setzt auf der Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC) von sunfire auf. Mithilfe von regenerativ erzeugtem Strom, CO2 und Wasser wird es möglich, synthetisches Erdgas (Methan) oder Erdölersatz (Blue Crude) und daraus Chemikalien oder Kraftstoffe wie Benzin, Diesel oder Kerosin zu erzeugen. Eine weltweit einzigartige Demonstrationsanlage für Power-to-Liquids steht am Firmensitz von sunfire in Dresden. Im Frühjahr 2015 erzeugte die Anlage erstmals Blue Crude und synthetischen Dieselkraftstoff (sunfire-Diesel).

 

Wie funktioniert die Herstellungstechnik genau, welche Rohstoffe werden dazu benötigt? Was man liest, klingt sehr einfach. Warum ist das Verfahren aber noch nicht etablierter? Wo liegen die Herausforderungen bei der Herstellung von Blue Crude?

Das Produktionsverfahren basiert auf drei Schritten:

(1) Hochtemperatur-Elektrolyse, also der Aufspaltung von Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff durch Einsatz von Ökostrom,

(2) der reversen Wasser-Gas-Shift-Reaktion (Konvertierung), also der Reduzierung von CO2 mit Wasserstoff aus dem ersten Schritt zu Kohlenmonoxid für die

(3) Synthese. Das Synthesegas (CO und H2) wird in der Fischer-Tropsch-Synthese zu einer Mischung aus Benzin, Diesel, Kerosin, Wachsen und anderen Rohprodukten für Raffinerien oder die Chemieindustrie (Blue Crude).

Als Rohstoffe dienen somit Wasser und CO2, das aus Industrie- oder Biogasanlagen stammt oder direkt aus der Luft nach dem Direct-Air-Capturing-Verfahren der Schweizer Climeworks AG gewonnen werden kann. Neben CO2 und Wasser wird Ökostrom benötigt, um die Elektrolyse und Konvertierung durchführen zu können. Die Synthese am Ende des Prozesses läuft von selbst ab und benötigt keine Zufuhr von Elektroenergie. Bei ihr wird vielmehr Wärme frei (Exothermie), die wiederum zur Dampferzeugung für die Elektrolyse genutzt wird.

Aufgrund des Einsatzes der Hochtemperatur-Elektrolyse mit Wasserdampf, die sunfire industrialisieren möchte, konnte der Systemwirkungsgrad auf 65 bis 70 Prozent im Power-to-Liquids-Verfahren angehoben werden. Dieser deutlich verbesserte Wirkungsgrad optimiert die Technologie hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit. Diese hängt nun entscheidend vom Preis für den Ökostrom sowie allgemein von den politischen Rahmenbedingungen ab.

Die Herausforderungen liegen in Zukunft weniger in der technischen Herstellung von Blue Crude, sondern vielmehr darin, die regulatorischen Rahmenbedingungen bei der Vermarktung und hinsichtlich des Stromeinkaufs für synthetische Kraftstoffe nach dem Power-to-Liquids-Prinzip so zu verbessern, dass die Wirtschaftlichkeit für Anlagenbetreiber gegeben ist.

 

Das Verfahren, das sunfire anwendet ist ja prinzipiell nicht neu. Was macht die Lösung so besonders, so innovativ, so einzigartig?

Für das Verfahren wurden sowohl die Hochtemperatur-Elektrolyse mit Wasserdampf (SOEC) als auch die Wassergas-Shift-Reaktion, also der zweite Schritt in der Kette des Power-to-Liquids-Verfahrens neu entwickelt. Darüber hinaus leistet sunfire echte Pionierarbeit in der Kombination sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids dieser Technologien mit der Fischer-Tropsch-Synthese. Dieser dritte Schritt der Synthese ist der weithin bekannte Schritt zur Erzeugung synthetischer Kraftstoffe – allerdings findet die Fischer-Tropsch-Synthese etwa in Südafrika auf Basis fossiler Rohstoffe und nicht auf Basis von CO2 und Wasser unter Einsatz von Ökostrom statt.

 

Wer ist die Zielgruppe für Blue Crude (jetzt und eventuell später)?

Unter Blue Crude fasst sunfire alle Kohlenwasserstoffe zusammen, die in der Anlage produziert werden können. Aufgetrennt, können neben Rohdiesel auch Rohnaphtha und Wachse, etwa für die Chemieindustrie produziert werden. Somit sind die Zielgruppen aus Sicht von sunfire in erster Linie Partner aus der Industrie (Chemie, Kosmetik, Kraftstoffraffinierung etc.) und in zweiter Reihe die Unternehmen, die diese Endprodukte einsetzen möchten.

 

Wie kann man aus Strom synthetischen Diesel herstellen?

Aus Strom und Wasser (H2O) kann mittels Elektrolyse Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) hergestellt werden. Dieser Prozess ist ein lange bekannter und in der chemischen Industrie eingesetzter Standardprozess. Aus Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2) kann dann mit einem weiteren bekannten Prozess (Stichwort: reverse Wassergas-Shift-Reaktion) Synthesegas produziert werden. Dieses Synthesegas wird in einem Fischer-Tropsch-Prozess-Schritt zu Alkanenumgewandelt, die in einer Raffinerie als 100%-Erdölersatz zu Kraftstoff verarbeitet werden können.

 

Was ist die reversible Elektrolyse rSOC?

Die rSOC vereint zwei Modi in einer Anlage: Im Elektrolyse-Modus produziert sie erneuerbaren Wasserstoff, der u.a. auch in der Industrie als Ersatz für fossilen Wasserstoff eingesetzt werden kann. Sind die Strompreise so hoch, dass die Wasserstoffproduktion unwirtschaftlich wird, kann der Vorteil der reversiblen Elektrolyse ausgenutzt werden: Innerhalb kurzer Zeit wird der Brennstoffzellen-Modus aktiviert, der Wasserstoff, Erdgas oder einen anderen chemischen Energieträger zur Strom- und Wärme-Bereitstellung nutzt. Diese doppelte Nutzung macht die Technologie aufgrund längerer Laufzeiten im Vergleich zu konventionellen Elektrolyseverfahren für Investoren attraktiv.

 

Welche Leistung hat die sunfire Demonstrationsanlage?

Die Leistung der Anlage ist auf ein Fass am Tag (159 Liter) beschränkt. Rein von den Abmaßen her könnte solch eine Anlage mehrere Tonnen Kraftstoff am Tag produzieren. Es geht hier jedoch um einen Prozess im industriellen Design, nicht um Mengenproduktion.

 

Welchen Wirkungsgrad hat der Gesamtprozess, den die sunfire Anlage abbildet?

Der Wirkungsgrad der Gesamtanlage (Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Prozess) liegt bei gut 65 Prozent. Je nach Produkt und Prozessoptimierung liegt der Wirkungsgrad solcher Anlagen zwischen 65 und 75 Prozent.

 

Wird in der Anlage nur Ökostrom verwendet?

Ja, es wird nur Ökostrom verwendet.

 

Kann man auch Kerosin herstellen? sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids

Kerosin ist ein Teil des Blue Crude und kann in einer Raffinerie aus dem Produkt der sunfire-Anlage gewonnen werden.

 

Handelt es sich um ein Perpetuum Mobile?

Nein. Betrachtet man die zur Kraftstoffproduktion benötigte Energie, so muss diese für den Produktionsprozess von außen bereitgestellt werden. Langfristig lässt sich mit dem Prozess CO2 im Kreis führen.

 

Woher stammt die Energie für den CO2-Kollektor und die Produktion?

Idealerweise stammt die Energie aus erneuerbaren Energiequellen. Sinnvoll ist die Integration des CO2-Kollektors in eine Produktionsstätte, die das CO2 direkt als Rohstoff nutzt.

 

Welchen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Anlage hat die Nutzung der entstehenden Abwärme der Fischer-Tropsch-Reaktion für die Elektrolyse? Wie wird die Abwärme genutzt?

Ohne Abwärmenutzung würde der Wirkungsgrad unter 60 Prozent sinken. Mit Abwärmenutzung liegt der Wirkungsgrad der Technologie zwischen 65 und 75 Prozent. Die Wärmenutzung spielt damit wirtschaftlich eine entscheidende Rolle. Die Abwärme der Synthese wird zur Herstellung von Wasserdampf genutzt, der dann in die Elektrolyse eingespeist wird.

 

Wieso wird CO2 aus der Atmosphäre eingesetzt? Ist das nicht sehr teuer? Warum nicht CO2 aus Biogas?

In dem Prozess wird auf konzentriertes CO2 eingesetzt. Das CO2 kann in einem entwickelten Technologie-Schritt mit Hilfe der Direct-Air-Capturing der Schweizer Climeworks AG der Atmosphäre entnommen werden. Das CO2 könnte ebenfalls aus einer Biogasanlage oder einer anderen Quelle stammen. Gemeinsames Ziel mit den Projektpartnern AUDI und Climeworks ist es, dass das CO2 im Kreis geführt und damit CO2-neutrale Mobilität möglich wird.

 

 

2 SYNTHETISCHE KRAFTSTOFFE

Was sind Drop-In Kraftstoffe?

Drop-In Kraftstoffe sind dadurch charakterisiert, dass sie in sehr großen Mengen in der aktuellen Infrastruktur (Raffinerien) verarbeitet sowie in der bestehenden Fahrzeugtechnik eingesetzt werden können. Hierbei kann es sich um Beimischungen oder Reinstoffe als Alternative zu fossilem Benzin und Diesel handeln. Sie sind chemisch identisch zu fossilen Kraftstoffen. sunfire erzeugt ein Rohprodukt, das in hohen Beimischquoten direkt verwendet werden und wie Erdöl in bestehenden Raffinerien zu Normkraftstoff aufgearbeitet werden kann.

Der synthetische Diesel soll angeblich an jeder Tankstelle angeboten werden können, ohne dass dafür die vorhandene Infrastruktur verändert werden muss. Ist das so oder was muss ein Tankstellenbesitzer tun, wenn er den Kraftstoff irgendwann anbieten möchte?

Ja, das ist so. Zunächst ist davon auszugehen, dass der synthetische Diesel nach Durchlaufen eines Standard-Raffinerieprozesses als Veredelungskraftstoff klassischen Kraftstoffen beigemischt wird (Stichwort: Treibhausgasquote). Die Untersuchungen des synthetischen Diesels, die direkt in Dresden in der Destillationskolonne aufbereitet wurden, haben u.a. die höhere Cetanzahl des Diesels (ca. 70) und dessen Freiheit von Schwefel und Aromaten bestätigt. Das zeigt: Der sunfire-sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids

Diesel enthält keine Verunreinigungen und sorgt sogar dafür, dass der Motor des Dieselfahrzeugs ruhiger läuft. Insofern sind weder an der Tankstelle noch im Diesel-Fahrzeug Veränderungen notwendig, um den neuen synthetischen Kraftstoff tanken oder anbieten zu können.

 

Wie unterscheidet sich sunfire-Diesel von fossilem Diesel? Was ist der Unterschied zu Biodiesel?

Fossiler Diesel ist ein Gemisch aus diversen Kohlenwasserstoffen (Alkane, Cycloalkane, Aromaten) mit Kettenlängen von C9 bis C22. Der sunfire-Diesel besteht aus geradkettigen Alkanen, die auch im fossilen Diesel vorhanden sind. Ein Vorteil liegt darin, dass der sunfire-Kraftstoff keinen Schwefel und keine Aromaten enthält. Wegen der hohen Ähnlichkeit zu fossilem Kraftstoff kann sunfire-Diesel fossilem Diesel beigemischt werden. sunfire-Diesel verbrennt rußfrei, d.h. bei der Verbrennung entstehen keine Rußpartikel.

Biodiesel hingegen besteht aus Estern, die in der Regel aus Biomasse hergestellt werden (in Deutschland aus Rapsöl, in den USA/Südamerika aus Sojaöl, in Asien aus Palmöl). Ester ist chemisch betrachtet ein ganz anderer Stoff, der nicht im fossilen Diesel vorhanden ist und andere Eigenschaften besitzt als regulärer Diesel. Aus diesem Grund ist die Beimischung von Biodiesel in Europa auf 7% limitiert.

 

Ist synthetischer Diesel besser als fossiler Diesel? Was ist mit den gesundheitlichen Auswirkungen?

Im Gegensatz zu fossilem Diesel wird synthetischer Diesel aus erneuerbaren Einsatzstoffen hergestellt. Der Prozess zur Produktion von sunfire-Diesel ist kontrollierbar sowie skalierbar. Bei der Verbrennung entstehen kein Ruß und weniger Rückstände, da bei der Herstellung definierte Rohstoffe unter kontrollierten Bedingungen zum Einsatz kommen. Zudem kann der Kraftstoff für die Anwendung im Fahrzeug optimiert werden.

Bei synthetischem Kraftstoff handelt sich um ein synthetisches Produkt, das weniger gesundheitsgefährdende Inhaltsstoffe enthält als fossiler Diesel.

 

Kann der sunfire-Diesel meinem Motor schaden?

Nein, da sich die Bestandteile auch im fossilen Diesel wiederfinden. Der synthetische sunfire-Diesel kann in jedem Motor in einem hohen Beimischungsgrad eingesetzt werden. Nach der Verarbeitung in einer bestehenden Raffinerie kann sunfire-Kraftstoff auch zu 100% in allen bestehenden Verbrennungssystemen (Motor, Turbine) genutzt werden.

 

Welche Kraftstoffe erzeugt die sunfire-Anlage?

Prinzipiell kann der Fischer-Tropsch-Prozess gesteuert werden und diejenigen Wertschöpfungsketten bedienen, die derzeit aus Erdöl versorgt werden (Benzin, Diesel, Kerosin, Wachse). Momentan liegt der Interessenschwerpunkt auf synthetischem Diesel, der vom Partner AUDI bezogen wird.

 

Welchen Energiegehalt hat der erzeugte Kraftstoff?

Der in Dresden erzeugte, synthetische sunfire-Diesel hat einen Energiegehalt von ca. 9,2 kWh/Liter.

 

Wieso beteiligt sich AUDI an der Entwicklung von Kraftstoffen? sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids

AUDI macht sich neben der Weiterentwicklung seiner Fahrzeuge auch Gedanken, mit welchen Kraftstoffen die Autos der Zukunft fahren werden. Ziel von AUDI ist die CO2-neutrale Mobilität. Mit dem sunfire-Projekt will AUDI die Entwicklung von erneuerbaren Kraftstoffen ohne Biomasse vorantreiben und vor allem starke Impulse in Richtung Energiewirtschaft senden.

 

Die Kosten für die Herstellung des synthetischen Kraftstoffes sind noch sehr hoch. Woran liegt das?

Im Vergleich zu anderen Kraftstoffen sind die Preise für synthetische Kraftstoffe im unteren Mittelfeld. Hier entsteht also eine richtige und wichtige Alternative. Wesentlicher Kostenpunkt ist der Preis für den Ökostrom, den sunfire in seiner Anlage einsetzt. Hier ist mittelfristig von 5 Cent je Kilowattstunde auszugehen. Außerdem ist die Frage, ob synthetische Kraftstoffe von sunfire genauso mit Steuern und Abgaben belegt werden wie klassische Kraftstoffe. Argument ist hier u.a., dass die Wertschöpfung bei der Erstellung der Kraftstoffe in der jeweiligen Region stattfindet und nicht in einem Ölförderstaat beispielsweise. Das ist eine politische Entscheidung.

 

Was muss geschehen, um die Produktion wirtschaftlicher zu gestalten? Inwieweit ist ggf. auch der Gesetzgeber gefordert?

Aktuell werden drei Stoßrichtungen diskutiert, um erneuerbare Kraftstoffe in Richtung Wirtschaftlichkeit zu bringen:

1. Die EU verfolgt derzeit den Weg vorgeschriebener Beimischquoten für erneuerbare Kraftstoffe. Dadurch wird ein Markt für erneuerbare Kraftstoffe geschaffen. Die Kraftstoffkosten steigen für den Endkonsumenten jedoch um die Zusatzkosten für den erneuerbaren Anteil. Damit werden die höheren Kraftstoffkosten an den Endkonsumenten durchgereicht. Eine Anpassung der Energiesteuer erfolgt trotz des schrumpfenden Deltas zwischen Bereitstellungskosten und Wertschöpfung nicht.

2. In der Vergangenheit wurden z.B. auch reduzierte Energiesteuersätze auf erneuerbare Kraftstoffe gewährt. Der Vergleich der Wertschöpfungsketten von Lebensmitteln und erneuerbaren Kraftstoffen lässt die Vermutung zu, dass ein dauerhaft reduzierter Steuersatz systemisch korrekt ist. Nur dieser trägt dem schrumpfenden Delta zwischen Gestehungskosten und Wertschöpfung Rechnung.

3. Eine weitere Möglichkeit der Marktbereitung für erneuerbare Kraftstoffe besteht in der Anerkennung erneuerbarer Kraftstoffkontingente auf die Flottenemission der Fahrzeughersteller. Dies scheitert bisher an dem Grundsatz der EU, die Fahrzeughersteller unabhängig vom Kraftstoffeinsatz zu Effizienzerhöhungen zu bewegen. Könnten Fahrzeughersteller durch Inverkehrbringung erneuerbarer Kraftstoffe ihre Flottenemission reduzieren, könnten diese als Markttreiber für erneuerbare Kraftstoffe agieren und zur rascheren Kostensenkung beitragen. Es könnten auch bereits vorhandene Bestandsflotten in entsprechende Maßnahmen einbezogen werden.

 

Inwieweit kommt dem die aktuelle Gesetzesänderung entgegen, die seit Beginn 2015 CO2-Grenzwerte für Kraftstoffe vorsieht?

Die Treibhausgasquote bzw. Biokraftstoffquote hilft enorm, um das Thema Power-to-Liquids-Kraftstoffe auf die Agenda zu bringen. Beispielsweise hat die Bundesregierung bei der sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids

Verabschiedung Ende letzten Jahres das Potenzial solcher alternativer Kraftstoffe ausdrücklich betont.

 

 

3 UMWELTEIGENSCHAFTEN

 

Sind die CO2-Werte höher als bei herkömmlichem Diesel?

Erste Voruntersuchungen an einem Forschungsmotor haben sogar eine CO2-Minderung gezeigt. sunfire und AUDI gehen davon aus, dass sich dies im weiteren Verlauf des Projektes bestätigen wird.

Der Hauptvorteil liegt darin, dass beim sunfire-Diesel im Herstellprozess genauso viel CO2 benötigt wird (CO2-Gutschrift) wie beim Verbrennen später über den Auspuff emittiert wird. Das bedeutet, es entsteht ein CO2-Kreislauf.

 

Welche Klimaauswirkungen hat ein mit synthetischem Diesel betriebenes Fahrzeug?

Um die Gesamtemissionen (direkte Emissionen im Betrieb, und indirekte Emissionen durch Herstellung der Anlagen) zu erfassen, wurde eine Well-to-Wheel-Analyse durchgeführt.

Das durch die motorische Verbrennung des synthetischen Diesels frei werdende CO2 entspricht genau der Menge CO2, die vorher aus der Luft/Atmosphäre zur Herstellung des Kraftstoffes eingesetzt wurde. Damit ergibt sich ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf und CO2-neutrale Mobilität. Jedoch haben sunfire und AUDI den Anspruch, die gesamten Emissionen eines Fahrzeuglebens darzustellen, inklusive Bau und Betrieb der sunfire-Anlage. Daraus ergibt sich eine Gesamtemission für ein mit synthetischem Diesel betriebenes Fahrzeug von unter 30 g/km (Well-to-Wheel). Im Vergleich zu Fahrzeugen mit fossilem Diesel ist das eine Reduktion von etwa 70%, inklusive Betrachtung der Kraftstoffherstellung.

 

Sie behaupten, der synthetische Diesel sei CO2-neutral, dabei haben die Prozesse Wirkungsgradverluste. Wie erklären Sie das?

Synthetischer Diesel ist CO2-neutral. Der sunfire-Diesel wird aus erneuerbaren Energien, H2O und CO2 hergestellt: Die direkten Emissionen (d.h. die Emissionen, die beim Betrieb der Anlagen entstehen) beim Windstrom sind Null – der „Rohstoff“ ist Wind. Beim sunfire-Prozess handelt es sich um einen vollständig geschlossenen Kohlenstoffkreislauf nach dem Vorbild der Natur: Das Kohlendioxid wird mit Hilfe einer Direct-Air-Capturing-Anlage der Climeworks AG aus der Umgebungsluft abgetrennt. Die sunfire-Anlage verwendet dieses CO2 zur Produktion von synthetischem Diesel. Dieser wird dann im Fahrzeug verbrannt. Das dabei frei werdende CO2 wurde vorher in exakt gleicher Menge der Atmosphäre entnommen und bei der Produktion eingesetzt.

Die Prozesse haben Wirkungsgradverluste – das ändert aber nichts an der CO2-Neutralität. Die Energie, die durch den Wirkungsgradverlust verloren geht, ist erneuerbare Energie, z.B. Windenergie; der „Rohstoffverbrauch“ des Rohstoffes Wind steigt zwar, erzeugt aber keine zusätzlichen Emissionen, da diese ohnehin Null sind. Anders ist das bei Wirkungsgradverlusten von fossilen Brennstoffen – bei diesen sind Wirkungsgradverlust, dadurch erhöhter Rohstoffverbrauch und Emissionen korreliert.

 

Wie sieht die Ökobilanz synthetischer Treibstoffe aus? sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids

Der Projektpartner AUDI nimmt hierzu LCA-Analysen vor. Es gibt intern bei AUDI Standards, die die Prozesse zur Treibstoffsynthese erfüllen müssen. Darunter findet sich natürlich auch ein CO2-Reduktionanspruch. Nur Prozesse, die die Standards erfüllen, werden weiter verfolgt.

 

Sind Fahrzeuge, die von synthetischen Treibstoffen angetrieben werden, besser als Elektromobile?

Betrachtet man die CO2-Emissionen der Fahrzeuge, so ist das Elektrofahrzeug lokal emissionsfrei. Allerdings muss in Betrachtung gezogen werden, wie der Strom, mit dem das Fahrzeug geladen wurde, erzeugt wurde und welche CO2-Emissionen hierbei entstanden sind. Darüber bringt die Batterie des Fahrzeuges in der Herstellung eine hohe CO2-Emission mit sich. Das schlägt sich, unter Berücksichtigung der Batterielebensdauer, ebenfalls in der Gesamtbilanz nieder.

 

 

4 PTL IM HEUTIGEN UND KÜNFTIGEN ENERGIESYSTEM

 

Ist die Demonstrationsanlage von sunfire ein systemdienlicher Bestandteil des Energiesystems?

Die sunfire-Anlage ermöglicht zum einen den Einsatz von erneuerbarem Strom in Verbrennungsmotoren. Dies ist insbesondere sinnvoll für die Nutzung in Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen (PHEV). Ein mit erneuerbarem Strom geladenes PHEV in Verbindung mit aus erneuerbarem Strom hergestelltem Kohlenwasserstoff ist eine perfekte Symbiose. Zum anderen kann aber die Anlage auch gedrosselt bzw. heruntergefahren werden, Stromkontingente können kurzfristig über den Intraday-Markt an den Höchstbietenden verkauft werden.

 

Welche Lösungen bietet dann sunfire-Energie, welche Rolle kann sie im Energiemix spielen?

Um diese Frage zu beantworten, macht es Sinn, sich auf den ersten Schritt des Power-to-Liquids-Prinzips zu konzentrieren. Die Hochtemperatur-Wasserdampf-Elektrolyse ist reversibel entwickelt worden. Das bedeutet: Die Elektrolyse kann ganzjährig, etwa zur Produktion von grünem Wasserstoff, angedockt an eine Raffinerie oder ein Werk der chemischen Industrie, genutzt werden. Sollte der dafür notwendige Ökostrom zu teuer werden, um dies wirtschaftlich zu tun, kann die Anlage abgeschaltet werden und damit zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen. Und: Durch die Reversibilität ist ein „Umschalten“ des Prozesses auf den Brennstoffzellen-Modus in relativ kurzer Zeit möglich. Damit werden dann Strom und Wärme erzeugt – die Netzstabilisierungseffekte verdoppeln sich. Dies ist ein Aspekt, der die reversible Elektrolyse im volkswirtschaftlichen Kontext so interessant für Investoren macht.

 

Wo liegt Ihrer Meinung nach die Zukunft der Kraftstoffe und warum sind erneuerbare Energien dabei so wichtig?

Auch wenn Elektro- und Wasserstoffkonzepte ausgebaut werden, besteht weiterhin Bedarf an großen Mengen Flüssigkraftstoff. Diese erneuerbar herzustellen, ist ein wesentlicher Teil bei der Umstellung von der fossilen auf die erneuerbare Energieversorgung. Biomassebasierte Ressourcen können das nicht ausreichend leisten. sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids
Mittelfristig werden Kraftstoffe auf Basis des Power-to-Liquids-Prinzips für die Beimischung zu fossilen Kraftstoffen anerkannt und können eine echte Alternative zu Biokraftstoffen der 2. Generation werden.

 

Ist es nicht unsinnig, teuren Strom in billigen, synthetischen Kraftstoff umzuwandeln?

Die direkte Nutzung von Strom als Kraftstoff ist am sinnvollsten, kann aber aktuell noch keine Langstreckenmobilität ermöglichen. Mit dem Blue Crude, das zu synthetischem Diesel aufbereitet werden kann, wird auch heute schon die CO2-neutrale Mobilität auf der Langstrecke ermöglicht.

 

Ist in unserem Energiesystem genug erneuerbare Energie vorhanden, um die sunfire-Demonstrationsanlage wirtschaftlich zu betreiben?

Ja, denn grundsätzlich folgt der liberalisierte Strommarkt Angebot und Nachfrage, sodass es Zeiten gibt, in denen die erneuerbare Energie zu sehr günstigen Preisen erworben werden und somit perspektivisch ein Business Case für strombasierte Kraftstoffe entstehen kann.

 

Die Anlage steht mitten in der Stadt Dresden. Eine mutige Standortwahl bei der heutigen Umweltsensibilität?

Der Prozess wurde vorab von den zuständigen Behörden umfangreich geprüft und beweist in der Praxis: Er erzeugt keine Geruchs- oder Lärmemissionen. Auch das bei der Synthese entstehende Wasser wird intern wieder verwendet.

 

Eine Großanlage aber bräuchte „Zutaten“ in erheblichem Umfang. Wo wäre der ideale Standort für eine Produktionsstätte?

Ein typischer Standort wäre beispielsweise an der Meeresküste in unmittelbarer Nähe zu Raffinerien oder Produktionsstätten der chemischen Industrie, wenn dort grüner Wasserstoff, Methan oder Flüssigkraftstoffe zur Weiterverarbeitung benötigt werden.

 

 

5 SUNFIRE UND SEINE PARTNER

 

Was genau beinhaltet die Entwicklungskooperation mit Climeworks?

Audi unterstützt Climeworks mit Know-how aus der Großserien-Technik und Systemintegration. Durch die Kooperation soll die Vision der CO2-neutralen Mobilität ein Stück weiter umgesetzt und somit Realität werden. Wir bieten die Plattform für eine Integration der Climeworks-Anlage in eine Produktionsstätte für synthetische Treibstoffe.

 

Wie kam es zur Zusammenarbeit bzw. zur Förderung durch das Bundesforschungsministerium?

Die Förderung erfolgte innerhalb des Rahmenprogramms „Stoffliche Nutzung von CO2“. An dem Verbundvorhaben „sunfire“ waren insgesamt elf Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft beteiligt. Ziel des Verbundprojekts war die Entwicklung eines innovativen Verfahrens, in dem CO2 und H2O mittels erneuerbarer Energie durch Nutzung der hocheffizienten Hochtemperatur-Wasserdampf-Elektrolyse mit einem energetischen Wirkungsgrad von ca. 70% in Kraftstoffe umgewandelt werden. sunfire GmbH / Q&A Power-to-Liquids

 

Welche Förderbedingungen mussten erfüllt werden und wie sah bzw. sieht die Förderung genau aus?

Bedingung war, dass das Verfahren so ausgereift sein sollte und auch die notwendigen Marktvoraussetzungen geschaffen werden sollten, dass im Anschluss an das Projekt die vorindustrielle Skalierung beginnen kann. Konkret umfasste das Verbundprojekt fünf Hauptpakete: die Entwicklung der Hochtemperatur-Wasserdampf-Elektrolyse unter Druck, die Erforschung der reversen Wassergas-Shift-Reaktion zur Aktivierung des CO2, die Errichtung einer Testanlage (Kapazität: 159 Liter/Tag), die Validierung des Verfahrens unter realen Einsatzbedingungen und die ökologische Bilanzierung der gesamten Wertschöpfungskette (LCA).

 

Wofür steht das sunfire-Projekt aus Sicht von AUDI?

AUDI unterstützt die Entwicklung von erneuerbaren Kraftstoffen aktiv. In diesem Kontext ist AUDI sehr an der von sunfire eingesetzten Technologie interessiert. Es wird der technische Beweis geführt, dass neben gasförmigen auch flüssige Kraftstoffe synthetisch hergestellt werden können.

 

Was unterscheidet den sunfire-Prozess vom Choren-Prozess?

Für den Fischer-Tropsch-Prozess wird Synthese-Gas benötigt. Im Choren-Prozess wurde das Synthesegas aus Biomasse unterschiedlicher Qualitäten generiert. Im sunfire-Prozess wird das Synthesegas in einer chemischen Umsetzung aus reinen Ausgangsstoffen (Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid) direkt hergestellt. Daher fällt im sunfire-Prozess keine Schlacke an.

 

Ist es korrekt, dass sunfire die Anlagen für die Herstellung des synthetischen Diesels in erster Linie herstellt und nicht langfristig selbst Treibstoffhersteller sein möchte? Wenn ja, wer soll die Anlagen übernehmen – die klassischen Ölkonzerne oder andere?

Ja, sunfire sieht sich in erster Linie als Technologieentwickler. Der Betrieb soll durch Kunden geschehen, die neue Geschäftsmodelle suchen. Das können Ölkonzerne oder andere Partner sein. Das Blue Crude aus der Power-to-Liquids-Anlage kann in Standard-Prozessen in Raffinerien zu hochwertigem Benzin oder Diesel aufbereitet werden. Insofern können im Bereich der Mobilität beispielsweise Betreiber von Raffinerien als Partner für den Betrieb der Anlage in Frage kommen.

 

Stand: 1. Juni 2015

Pressekontakt: Unternehmenskontakt:

Martin Jendrischik Nils Aldag

+49 (0) 341 5257605-0 +49 (0) 351 896797-0

+49 (0) 151 23915780

presse@sunfire.de nils.aldag@sunfire.de

Methanisierungsreaktion

Im Zuge der Energiewende ist die von Paul Sabatier bereits 1902 erforschte (Nobelpreis 1912) damals eher unbedeutende Methanisierungsreaktion zu unerwarteter Relevanz gelangt. Diese Reaktion kann ausgehend von Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid jeweils mit Wasserstoff erfolgen.

CO2 + 4 H2 ? CH4 + 2 H2O dH = -164,9 kJ/mol

Heutzutage wird diese Reaktion als „Dreamreaction“ bezeichnet, da aus dem unerwünschtem Kohlenstoffdioxid und (Solar-/Wind-)Wasserstoff leicht speicherbares Methan oder deren Polymere hergestellt werden können, die dann flüssig oder auch fest sind.

Die PEM-Elektolyse im Rahmen des Power-To-X Konzeptes stellt dabei den ersten Schritt zur Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe der PEM- Elektrolyse dar. Durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht dann daraus wieder CO2.

Das Verfahren stellt quasi in der Summe aller Prozessschritte eine Umkehrung der Verbrennungsfunktion dar, sodass der Kohlenstoffkreislauf geschlossen ist.

Die Wasserelektrolyse basiert auf der Zerlegung des Wassers in die Grundbestandteile H2 und O2 . Durch elektrochemische Reaktionen (welche durch das Anlegen einer elektrischen Spannung initiiert wird) ,wird die elektrische Energie in die chemische Energie des Wassersoff gewandelt. Die protonenleitende Membran stellt dabei als hochfunktioneller Separator die entscheidende Kernkomponente dar. Durch die funktionellen chemischen Seitengruppen innerhalb der Polymermatrix werden die H+-Ionen von der Anode durch die Membran zur Kathode transferiert. Dort rekombinieren diese Protonen mit den über einen elektrischen Leiter ebenfalls zur Kathode abgeleiteten Elektronen zum hochreinen Wasserstoff. Gleichzeitig wird der entstandene Sauerstoff auf der Anodenseite abgetrennt und kann ebenfalls in sehr reiner Form gespeichert oder direkt verwendet werden.

Anodenreaktion         H2O ? 2 H+ + 0,5 O2 + 2 e-

Kathodenreaktion      2 H+ + 2 e- ? H2

In der Gesamtbilanz werden also bei der Zerlegung des Wassers pro Wassermolekül ein Molekül H2 und 0,5 Moleküle O2 gebildet.

Alternative Energiespeicher

Das Kohlendioxid aus der Luft einzufangen ist ein mühsames Geschäft, denn sie enthält noch schon ganze 0,04 Prozent dieses Treibhausgases. Deshalb müssen ungeheure Mengen an Luft gefiltert werden. In einer Kaliumhydroxid-lösung bleibt das Kohlendioxid hängen, es entsteht Kaliumkarbonat.

Das Kalziumkarbonat ist ein Feststoff und das Ausgangsmaterial für die spätere Umwandlung in Treibstoffe. „Mit unserer Technik lassen sich Großanlagen bauen, die fürs Klima relevante Mengen an Kohlendioxid binden“, sagt Adrian Corless, CEO bei Carbon Engineering http://carbonengineering.com/ .

Im zweiten Teil ist einiges an Technik versammelt , ein Elektrolyseur, der mit Wind- und Solarstrom Wasser in Wasser- und Sauerstoff zerlegt, ein Hydrolyseur, in dem Kohlendioxid ein Sauerstoffatom verliert und zu Kohlenmonoxid wird, und eine Fischer-Tropsch-Syntheseanlage, in der das Kohlenmonoxid mit dem Wasserstoff zu Sprit verschmilzt.

Die Prozesse sind alle seit langem bekannt. Dass sie dennoch bisher nicht genutzt werden liegt am hohen Energieverbrauch. Diejenigen, die es jetzt wagen, sprechen von hohen Wirkungsgraden, die den Prozess wirtschaftlich machen sollen. Außer Carbon Engineering, die die größte Kohlendioxid-Sammelanlage betreiben in Kanada, sind es auch ein deutsches und ein amerikanisches Unternehmen.

Sunfire in Deutschland betreibt gemeinsam mit dem Autohersteller Audi in Dresden eine Versuchsanlage, in der bereits alle Schritte realisiert sind, von der Sammelanlage über die Hochtemperatur-Elektrolyse bis hin zur Treibstoffherstellung.

Es ist kein schwarzer Humor, dass wir das Fließgleichgewicht auf diesem Planeten in Bezug auf den Kohlenstoffkreislauf wieder in den Takt bringen können. Eine Demonstrationsanlage steht in Dresden siehe http://www.sunfire.de/en/ . Ökonomisch und ökologisch wäre eine zweite Anlage in Nordfriesland als Außenstelle denkbar für mich, die den Überschussstrom weiterverarbeiten kann um regenerativen Strom speicherbar und ohne Kabel transportabel zu machen z.B. aus den Regionen des Überschuss zu den Zentren des Bedarfs.

 

http://www.wiwo.de/technologie/green/living/carbonspeicher-diese-anlage-filtert-co2-aus-der-luft-und-macht-daraus-treibstoff/13553054.html

Aus dem Labor in die Welt

Das Leben auf der Erde ist ein Fließgleichgewicht zwischen Kohlenwasserstoff und Kohlendioxid, das durch die Verbrennung mit Sauerstoff entsteht. Dieses bildet den natürlich geschlossenen Kohlenstoffkreislauf. Dabei wird Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff unter Energieabgabe zu Kohlendoxid verbrannt. Die Natur macht aus Kohlendioxid wieder Kohlenwasserstoff, so dass der Kreislauf geschossen ist. Das Gleichgewicht ist derzeit etwas aus dem Takt geraten und mehr Kohlendioxid im Umlauf als gespeicherter Kohlenwasserstoff vorhanden.

Die Vision von Sunfire „2011-2012 mit Sitz in Bremen (?!) ist es, regenerative Energien von Windkraftanlagen, Wasserkraftwerken oder Photovoltaiksystemen überall dort und immer dann verfügbar zu machen, wenn sie gebraucht wird,- ohne Kabelanschluss an das öffentliche Stromnetz– und nicht nur dann Energie verfügbar zu haben, wenn der Wind weht, die Wellen rauschen oder die Sonne scheint. Mehr speicherbarer Kohlenwassersoff kann das Gleichgewicht so rücküberführen, um das Fließgleichgewicht wieder ins Gleichgewicht zu bringen durch das Auffüllen von Energiespeichern oder Lagerstätten.

Deshalb wird die systemübergreifende Energie einem gefüllten Pufferspeicher als Zwischenspeicher bzw. Lagerstätte entnommen und ist dadurch fluktuationsfrei und immer verfügbar, solange der Pufferspeicher gefüllt ist. Ein Schritt ist die Umsetzung von Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid zu gasförmigen bzw. flüssigen oder festen Kohlenwasserstoffen.

Der Wirkungsgrad der Methanisierung soll bei maximal 80 % liegen. Das Methan kann problemlos dem Erdgas zugemischt werden und im Erdgasnetz bzw. seinen Speichern für die spätere Rückverstromung in GuD- bzw. Gasturbinen-Kraftwerken gespeichert werden. Natürlich ist auch eine stoffliche Nutzung bzw. der Einsatz für die Mobilität möglich. Der Weg zu flüssigen Produkten läuft über die Fischer-Tropsch-Synthese. Damit lassen sich flüssige Kohlenwasserstoffe hoher Energiedichte erzeugen (vgl. Sunfire 2012 [vor 5 Jahren]). Für diese kann die für Erdölprodukte vorhandene Infrastruktur weiter genutzt werden. Wird dieser Weg konsequent verfolgt, lässt sich so eine vollständige Kohlenstoffdioxid-Kreislaufwirtschaft entwerfen.

Bei Anwendung dieser Technologien könnte auf die Schaffung einer zusätzlichen Wasserstoff-Infrastruktur verzichtet werden. Der Kohlenstoffdioxidkreislauf ist ein mehrstufiger Prozess. Im ersten Schritt wird aus überschüssigem Sonnen- oder Windstrom mittels Elektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. In einem zweiten Prozessschritt wird CO2-Gas zu Kohlenmonoxid (CO) konvertiert. Dieses reagiert mit dem Wasserstoff zu einem Kohlenwasserstoff in verschiedenen Aggregatszuständen. Es ergibt sich ein gasförmiger, flüssiger oder fester Kohlenwasserstoff im Gemisch, dass zu verschiedenen Destillaten getrennt wird - heutzutage in z.B. Benzin, Diesel oder Kerosin.

Chemische Energiespeicher - u.a. Power-to-Gas

Unsere heutige Energieversorgung beruht nahezu ausschließlich auf in chemischer Form gespeicherter Energie. Dies hat viele Vorteile aber eben den Nachteil, nicht nachhaltig zu sein.

Wir sind heute jedoch in der Lage, aus überschüssigem Strom wieder chemische Energieträger - u.a. auch Methan bzw. Erdgas - herzustellen.

Das wird mit dem Begriff Power-to-Gas oder Power2Gas zusammengefasst.

 

https://www.youtube.com/watch?v=jOHvpao_o7c

Veröffentlicht am 20.10.2016,

reversible Hochtemperatur-Dampfelektrolyse (RSOC)

Aus Deutschland zum Erhalt der Infrastruktur und zur Bewunderung deutscher Wissenschaft und Ingenieursleistung,  gegen Umweltverschmutzung und zum Erhalt der Umwelt und Schöpfung und eines nachhaltigen , geschlossenen CO2 Kreislauf

https://www.youtube.com/watch?v=rLWxju_Xf3g

Kurzfilm unter

Veröffentlicht am 21.04.2015

Der Dresdner sunfire GmbH, Pionier für Hochtemperatur-Brennstoffzellen und reversible Hochtemperatur-Elektrolyseure, ist es jetzt erstmals gelungen, künstlichen Diesel-Kraftstoff auf Basis von Wasser, CO2 und Ökostrom zu produzieren. Am 23. März 2015 entnahmen die Ingenieure den glasklaren, destillierten Blue

https://www.youtube.com/watch?v=kCCKNEfN20o

Chemische Energiespeicher - Gas to Liquid

Diesel aus CO2 - von der Idee zur Innovation

 

Veröffentlicht am 21.04.2015

CO2 ist nicht nur ein gefährliches Klimagas, sondern auch ein wichtiger Rohstoff für chemische Prozesse. In Dresden stellt eine Pilotanlage Diesel auf CO2 Basis her. Jetzt wurde der innovative Treibstoff getestet. Der Dienstwagen der Bundesforschungsministerin Johanna Wanka war das Versuchskaninchen. Im Anschluss stellte die Ministerin in der Station am Gleisdreieck das neue Rahmenprogramm "Forschung für Nachhaltige Entwicklung" vor, das künftig neben der Grundlagenforschung verstärkt auf die Umsetzung setzt.

https://www.youtube.com/watch?v=EvvXl3ChN5A

Sunfuel

Sunfuel ist ein nicht so ganz exakter Begriff. Zunächst einmal ist das ein synthetischer Kraftstoff. Solche werden auch als Synfuel bezeichnet. Zur Herstellung braucht es zweierlei. Einmal den Rohstoff und zum anderen Energie. Wenn diese Energie aus regenerativ erzeugtem Strom (Sonne) stammt und das Gesamtkonstrukt eine Mindestnachhaltigkeit aufweist, kommt der Begriff Sun ins Spiel und aus Synfuel wird Sunfuel. VW hat dann von der Firma Choren (sind inzwischen pleite, wenn ich nicht irre) einen synthetischen Kraftstoff herstellen lassen (oder zumindest untersucht), bei dessen Herstellung keine zusätzliche Energie aufgewendet wird. Alle im Prozess benötigte Energie kommt aus den Bio-Ausgangsstoffen. Auch das kann als Sunfuel bezeichnet werden.

Als Rohstoff eigenen sich eigentlich fast alle Kohlenwasserstoffverbindungen, ob nun fest, flüssig oder gasförmig. Ist dieses Ausgangsmaterial nun Biomasse, wird ein BTL-Kraftstoff (BTL= Biomass to liquid) daraus. Ist es ein Gas (z.B. Erdgas) wird GTL (Gas to Liquid) daraus. VW hat damit mal angefangen, bei Shell in Malysia hergestellten GTL-Diesel (Synfuel) in ihren Fahrzeugen zu testen..

Die Kernverfahren sind die Herstellung eines Synthesegases durch Pyrolyse oder andere Verfahren (Stichwort Kohlevergasung oder Holzvergaser) und die Fischer-Tropsch-Synthese, die aus den gasförmigen Kohlenwasserstoffen flüssige macht.

Am Ende kommt ein sehr sauberes, quasi schwefelfreies Sammelsurium an Kohlenwasserstoffen heraus, die sich dann zu einem Dieselkraftstoff hervorragender Qualität verarbeiten lassen.

Das was ich bei VW kenne, ist ein Dieselkraftstoff. Als Fahrer merkst du keinen Unterschied. Er kann in jedem Dieselmotor verfeuert werden, hat ähnliche Verbrauchswerte wie normaler Diesel, allerdings bessere (niedrigere) Schadstoffemissionen. Bestimmte Arten von Kohlenwasserstoffen kommen im synthetischen Kraftstoff nicht vor (bzw. in geringerer Menge), die sogeannten Aromaten. Und er hat eine höhere Cetanzahl. Daher kommt weniger NOx und Ruß heraus (und natürlich keine Schwefelverbindungen).

Zur Beschreibung im Videobeitrag von Prof. Dr. Michael Sterner:

Energietag Sterner

Veröffentlicht am 11.09.2016

Prof. Dr. Michael Sterner „Die Bedeutung von Windgas für das Gelingen der Energiewende – warum wir Windgas gebrauchen.“
Energietag 5.0 am 25.09.2016 in der Jade Hochschule.

https://www.youtube.com/watch?v=MuXSqcSKD4o