Flera utmaningar i samband med energiomställningen kan hanteras genom att koppla samman sektorerna elkraft och mobilitet. Grön kraft kan lagras på lång sikt, bränslen med hög energitäthet skulle kunna användas på ett koldioxidneutralt sätt. Sektorkoppling har nu demonstrerats av partnerna i P2X Kopernikus-projektet i lokalerna vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT). De första literna bränsle producerades av luftfångad koldioxid och grön kraft. För första gången, en containerbaserad testanläggning som integrerade alla fyra kemiska processtegen som behövdes användes för att implementera en kontinuerlig process med maximalt koldioxidutnyttjande och mycket hög energieffektivitet.

"Över hela världen, vind och sol ger tillräcklig mängd energi, men inte alltid i rätt tid, säger professor Roland Dittmeyer, UTRUSTNING, för att beskriva dilemmat med energiomställningen. Han koordinerar forskningsklustret "Hydrocarbons and Long-chain Alcohols" i Power-to-X (P2X) Kopernikus-projektet. "Dessutom, några viktiga transportsektorer, såsom flyg- eller tungtrafik, kommer att fortsätta att behöva flytande bränslen i framtiden, eftersom de har en hög energitäthet." det är bara rimligt att lagra den hittills oanvända gröna kraften i kemiska energibärare.

Projektpartnerna Climeworks, Ineratec, Sunfire, och KIT kombinerade nyligen de nödvändiga kemiska processtegen i en kompakt anläggning, uppnått kopplad drift, och demonstrerade funktionsprincipen. Denna kombination av teknologier lovar optimal användning av koldioxiden och maximal energieffektivitet, eftersom mass- och energiflöden återvinns internt. Den befintliga testanläggningen kan producera cirka 10 liter bränsle per dag. I den andra fasen av P2X Kopernikus-projektet, det är planerat att utveckla en anläggning med en kapacitet på 200 liter per dag. Efter det, en förindustriell demonstrationsanläggning i megawattområdet, dvs med en produktionskapacitet på 1500 till 2000 liter per dag, kommer att utformas. Den anläggningen kan teoretiskt nå en effektivitet på cirka 60 %, vilket innebär att 60 % av den gröna kraften som används kan lagras i bränslet som kemisk energi.

Fyra steg till bränsle

I ett första steg, anläggningen fångar upp koldioxid från omgivande luft i en cyklisk process. Den direkta luftfångningstekniken från Climeworks, en spinoff från ETH Zürich, använder ett speciellt behandlat filtermaterial för detta ändamål. När luften passerar över dem, filtren absorberar koldioxidmolekylerna som en svamp. Under vakuum och vid 95°C, den infångade koldioxiden frigörs från ytan och pumpas ut.

I det andra steget, den elektrolytiska klyvningen av koldioxid och vattenånga sker samtidigt. Denna så kallade samelektrolysteknik som kommersialiseras av tekniksatsningen Sunfire producerar väte och kolmonoxid i ett enda processsteg. Blandningen kan användas som syntesgas för ett antal processer inom kemisk industri. Samelektrolys har hög verkningsgrad och binder teoretiskt i syntesgasen 80 % av den gröna energin som används i kemisk form.

I ett tredje steg, Fischer-Tropsch-syntesen används för att omvandla syntesgasen till långkedjiga kolvätemolekyler, råvarorna för bränsleproduktion. För detta, Ineratec, en spinoff av KIT, bidrar med en mikrostrukturerad reaktor som erbjuder en stor yta på minsta utrymme för att tillförlitligt ta bort processvärmen och använda den för andra processsteg. Processen kan enkelt kontrolleras, hantera belastningscykler bra, och kan skalas upp på ett modulärt sätt.

I det fjärde steget, bränslets kvalitet och utbytet optimeras. Denna process, kallas hydrokrackning, integrerades i processkedjan av KIT. Under en väteatmosfär, de långa kolvätekedjorna är delvis spruckna i närvaro av en platina-zeolitkatalysator och, Således, flytta produktspektrat mot mer direkt användbara bränslen, som bensin, fotogen, och diesel.

På grund av dess modulära karaktär, processen har stor potential. Som ett resultat av den låga skalningsrisken, implementeringströskeln är mycket lägre än för en central, storskalig kemisk anläggning. Processen kan installeras decentraliserat på platser där solenergi, vind- eller vattenkraft finns tillgänglig.

P2X Kopernikus Project:Flexibel användning av förnybara resurser

"Power-to-X" hänvisar till teknik som omvandlar kraft från förnybara källor till energilagringsmaterial, energibärare, och energikrävande kemiska produkter. Power-to-X-teknologier möjliggör användning av energi från förnybara källor i form av skräddarsydda bränslen för fordon eller i förbättrade polymerer och kemiska produkter med högt mervärde. Inom ramen för det statligt finansierade Kopernikus-programmet, en nationell "Power-to-X" (P2X) forskningsplattform etablerades för att studera denna komplexa fråga. Sammanlagt, 18 forskningsinstitutioner, 27 industriföretag, och tre civilsamhällesorganisationer är involverade i P2X-projektet. Inom en period av tio år, ny teknisk utveckling planeras att utvecklas till industriell mognad. Den första finansieringsfasen fokuserar på forskning om hela värdekedjan från elektrisk energi till energibärande material och produkter.