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KIT-Projekt Kopernikus liefert erstmals Kraftstoff aus CO2, Wasser und Ökostrom

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P2X-Projekt Kopernikus verbindet die Technologien von Climeworks, Sunfire, Ineratec und KIT zu besonders effizienter Container-Anlage

Erst gestern hat die Lufthansa einen Service vorgestellt, der es Flugreisenden ermöglicht, umweltfreundliche Treibstoffe zu kaufen. Zu dieser Kategorie gehören künftig neben Treibstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen auch solche aus Kohlendioxid, Wasser und Ökostrom. Deutschland ist weltweit Vorreiter darin – deshalb hat das KIT die besten Lösungen von Climeworks, Sunfire und Ineratec gebündelt. So entstanden die ersten Liter Kraftstoff im Kopernikus-Projekt.

Klar, häufig wird die Effizienz solcher Kraftstoffe bemängelt. Die Anlage am Karlsruhe Institut für Technologie, KIT, macht hier einen klaren Schritt nach vorn. Zunächst sind im Rahmen des Kopernikus-Projekts P2X erstmals alle Verfahrensschritte von der Filterung von CO2 aus der Umgebungsluft über die Elektrolyse und Fischer-Tropsch-Reaktion bis hin zum Kraftstoff hintereinander demonstriert worden.

Die Technologien von Climeworks, Sunfire und Ineratec arbeiten Karlsruhe im Rahmen des Kopernikus-Projekts in einer containerbasierten Versuchsanlage zusammen – und sind dabei besonders energieeffizient.

Sie integrierten in einer containerbasierten Versuchsanlage erstmals alle vier benötigten chemischen Prozessschritte zu einem kontinuierlichen Verfahren mit maximaler Kohlendioxidausnutzung und besonders hoher Energieeffizienz. Die Technologiekombination verspricht die optimale Ausnutzung des eingesetzten Kohlendioxids und den größtmöglichen energetischen Wirkungsgrad, da die Stoff- und Energieströme intern recycelt werden.

In einer zweiten Phase des Kopernikus-Projektes P2X soll nun eine Anlage entstehen, die 200 Liter pro Tag liefert. Danach soll eine vorindustrielle Demonstrationsanlage im Megawattbereich mit rund 1.500 bis 2.000 Litern Produktionskapazität täglich entstehen. Damit wäre es theoretisch möglich, Wirkungsgrade von rund 60 Prozent zu erreichen, also 60 Prozent des eingesetzten Ökostroms als chemische Energie im Kraftstoff zu speichern.

Kopernikus P2X: Vier Schritte von Luft und Wasser zu Benzin

Im ersten Schritt gewinnt die Anlage Kohlendioxid aus der Umgebungsluft in einem zyklischen Prozess. Die Direct-Air-Capture-Technologie von Climeworks nutzt dazu ein speziell behandeltes Filtermaterial. Wie ein Schwamm nehmen die luftdurchströmten Filter Kohlendioxidmoleküle auf. Unter Vakuum und bei 95 Grad Celsius löst sich das anhaftende Kohlendioxid wieder von der Oberfläche und wird abgepumpt.

Im zweiten Schritt erfolgt die gleichzeitige elektrolytische Spaltung von Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Diese sogenannte Co-Elektrolyse des Technologieunternehmens Sunfire produziert in einem einzigen Prozessschritt Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, ein Synthesegas, das die Grundlage für vielfältige Verfahren in der chemischen Industrie ist. Die Co-Elektrolyse mit einem hohen Wirkungsgrad kann im industriellen Maßstab 80 Prozent des eingesetzten Ökostroms chemisch im Synthesegas binden.

Im dritten Schritt werden nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren aus dem Synthesegas langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle gebildet, die Rohprodukte für Kraftstoffe. Dazu liefert Ineratec, eine Ausgründung aus dem KIT, einen mikrostrukturierten Reaktor, der auf kleinstem Raum eine große Oberfläche bietet, um Prozesswärme sicher abzuleiten und für andere Prozessschritte zu nutzen. Der Prozess lässt sich auf diese Art leicht steuern, kann Lastwechsel gut verkraften und ist modular erweiterbar.

Der vierte Schritt optimiert schließlich die Qualität des Kraftstoffes und die Ausbeute. Diesen Teilprozess, das sogenannte Hydrocracken, hat das KIT in die Prozesskette integriert. Unter Wasserstoffatmosphäre spalten sich die langen Kohlenwasserstoffketten in Gegenwart eines Platin-Zeolith-Katalysators teilweise auf und verändern somit das Produktspektrum hin zu mehr verwendbaren Kraftstoffen wie Benzin, Kerosin und Diesel.

Besonders großes Potenzial bietet das Verfahren wegen seines modularen Charakters. Die Schwelle für eine Realisierung ist durch das geringe Skalierungsrisiko deutlich niedriger als bei einer zentralen, chemischen Großanlage. Das Verfahren, das im Kopernikus-Projekt P2X demonstriert wird, kann dezentral installiert werden und ist somit dort einsetzbar, wo Solar-, Wind- oder Wasserkraft zur Verfügung stehen.

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