Kulneutrale brændstoffer fra luft og grøn strøm

Flere udfordringer forbundet med energiovergangen kan håndteres ved at koble sektorer for elektrisk kraft og mobilitet. Grøn strøm kan lagres på lang sigt, brændstoffer med høj energitæthed kunne bruges på en kulstofneutral måde. Sektorkobling er nu blevet demonstreret af partnerne i P2X Kopernikus -projektet i Karlsruhe Institute of Technology (KIT). De første liter brændstof blev produceret af luftindfanget kuldioxid og grøn strøm. For første gang, en containerbaseret testfacilitet, der integrerede alle fire nødvendige kemiske procestrin, blev brugt til at implementere en kontinuerlig proces med maksimal udnyttelse af kuldioxid og meget høj energieffektivitet.

"I hele verden, vind og sol leverer en tilstrækkelig mængde energi, men ikke altid på det rigtige tidspunkt, "siger professor Roland Dittmeyer, KIT, at beskrive dilemmaet ved energiovergangen. Han koordinerer forskningsgruppen "Hydrocarbons and Long-chain Alcohols" i Kopernikus-projektet Power-to-X (P2X). "I øvrigt, et par vigtige transportsektorer, f.eks. luft- eller tungtrafik, vil fortsat have brug for flydende brændstoffer i fremtiden, da de har en høj energitæthed. "Derfor, det er kun rimeligt at gemme den hidtil uudnyttede grønne strøm i kemiske energibærere.

Projektpartnerne Climeworks, Ineratec, Solskydning, og KIT kombinerede for nylig de nødvendige kemiske procestrin i et kompakt anlæg, opnået koblet drift, og demonstrerede funktionsprincippet. Denne kombination af teknologier lover optimal udnyttelse af kuldioxid og maksimal energieffektivitet, da masse- og energistrømme genbruges internt. Den eksisterende testfacilitet kan producere omkring 10 liter brændstof om dagen. I anden fase af P2X Kopernikus -projektet, det er planlagt at udvikle et anlæg med en kapacitet på 200 liter om dagen. Efter det, et præindustrielt demonstrationsanlæg i megawattområdet, dvs. med en produktionskapacitet på 1500 til 2000 liter om dagen, vil blive designet. Dette anlæg kan teoretisk set nå en effektivitet på ca. 60%, hvilket betyder, at 60% af den anvendte grønne effekt kan lagres i brændstoffet som kemisk energi.

Fire trin til brændstof

I et første trin, planten fanger kuldioxid fra omgivende luft i en cyklisk proces. Den direkte luftfangstteknologi fra Climeworks, et spin fra ETH Zürich, bruger et specialbehandlet filtermateriale til dette formål. Når luft passerer hen over dem, filtrene absorberer kuldioxidmolekylerne som en svamp. Under vakuum og ved 95 ° C, det opsamlede kuldioxid frigives fra overfladen og pumpes ud.

I det andet trin, den elektrolytiske opdeling af kuldioxid og vanddamp finder sted samtidigt. Denne såkaldte co-elektrolyseteknologi, der kommercialiseres af teknologiselskabet Sunfire, producerer brint og kulilte i et enkelt procestrin. Blandingen kan påføres som syntesegas til en række processer i den kemiske industri. Co-elektrolyse har en høj effektivitet og binder teoretisk 80% af den grønne energi, der bruges i kemisk form i syntesegassen.

I et tredje trin, Fischer-Tropsch-syntesen bruges til at omdanne syntesegassen til langkædede carbonhydridmolekyler, råvarer til brændstofproduktion. For det, Ineratec, et spin -off af KIT, bidrager med en mikrostruktureret reaktor, der tilbyder et stort overfladeareal på det mindste rum for pålideligt at fjerne procesvarmen og bruge den til andre procestrin. Processen kan let styres, håndter belastningscyklusser godt, og kan skaleres op på en modulær måde.

I det fjerde trin, kvaliteten af ​​brændstoffet og udbyttet er optimeret. Denne proces, kaldet hydrokrakning, blev integreret i proceskæden af ​​KIT. Under en brintatmosfære, de lange carbonhydridkæder er delvis revnet i nærvær af en platinzeolitkatalysator og, dermed, flytte produktspektret mod mere direkte anvendelige brændstoffer, såsom benzin, petroleum, og diesel.

På grund af sin modulære karakter, processen har et stort potentiale. Som følge af den lave skaleringsrisiko, implementeringstærsklen er langt lavere end for en central, store kemiske anlæg. Processen kan installeres decentralt på steder, hvor solceller, vind- eller vandkraft er tilgængelig.

P2X Kopernikus -projekt:Fleksibel brug af vedvarende ressourcer

"Power-to-X" refererer til teknologier, der konverterer strøm fra vedvarende kilder til energilagringsmaterialer, energibærere, og energiintensive kemiske produkter. Power-to-X-teknologier muliggør brug af energi fra vedvarende kilder i form af tilpassede brændstoffer til køretøjer eller i forbedrede polymerer og kemiske produkter med en høj merværdi. Inden for rammerne af det statsfinansierede Kopernikus-program, en national "Power-to-X" (P2X) forskningsplatform blev oprettet for at studere dette komplekse problem. Alt i alt, 18 forskningsinstitutioner, 27 industrivirksomheder, og tre civilsamfundsorganisationer er involveret i P2X -projektet. Inden for en periode på ti år, ny teknologisk udvikling planlægges udviklet til industriel modenhed. Den første finansieringsfase fokuserer på forskning i hele værdikæden fra elektrisk energi til energibærende materialer og produkter.