Mit dem Flugzeug reisen – und trotzdem kein zusätzliches CO2 ausstoßen. Möglich wäre das mit synthetischen Treibstoffen, die mittels erneuerbarer Energien aus Wasser und Umgebungsluft gewonnen werden. Allerdings müssten enorme Mengen produziert werden. Ein neues Herstellungsverfahren aus dem Forschungsprojekt KEROGREEN nutzt eine innovative Plasmatechnologie, mit der dies gelingen könnte. Eine erste Anlage haben die Forschungspartner am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) errichtet.
Den Luftverkehr CO2-neutral zu organisieren ist eine große Herausforderung: „Batterien, Wasserstoff und Hybridlösungen sind aufgrund ihrer geringen Energiedichte ungeeignet“, sagt Professor Peter Pfeifer vom Institut für Mikroverfahrenstechnik des KIT und einer der Sprecher des Forschungsprojekts KEROGREEN. „Biokraftstoffe wiederum stehen aufgrund der benötigten Anbauflächen in Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion und dem Naturraum.“ Um das CO2-neutrale Fliegen trotzdem zu ermöglichen, haben Pfeifer und die beteiligten Partner von KEROGREEN einen weiteren Weg erforscht: Kerosin aus Luft und Wasser. „Mit erneuerbarer Energie und CO2 direkt aus der Atmosphäre, entsteht dabei ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf. Wir können sogar die bestehende Infrastruktur für die Lagerung, den Transport, die Betankung der Flugzeuge und vor allem die Triebwerkstechnik weiternutzen.“ Darüber hinaus würde synthetisches grünes Kerosin keinen Schwefel sowie weniger Ruß und Stickstoffoxide (NOx) emittieren.
Um den Treibstoff in ausreichendem Maß herstellen zu können, haben die Partner im EU-Projekt KEROGREEN in viereinhalb Jahren ein skalierbares Verfahren entwickelt, das auf einer neuen Plasmatechnologie basiert und in ein Containermodul passt. Die Arbeiten hat das Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) in Eindhoven koordiniert, eine Forschungsanlage wurde am KIT aufgebaut. Die Technologie befindet sich damit in der letzten Phase der Systemintegration, in der die einzelnen Elemente bereits zu einer geschlossenen Einheit verbunden sind, sich aber noch auf einem unterschiedlichen Entwicklungsstand befinden. „Das neue Herstellungsverfahren ist besonders ressourcenschonend, weil keine seltenen Rohstoffe verwendet werden“, so Pfeifer.
Innovative Plasmatechnologie zur CO2-Spaltung
Der Prozess basiert im Wesentlichen auf drei Schritten: Das CO2 aus der Umgebungsluft wird zunächst in einen Reaktor geführt, in dem es durch ein mit Mikrowellenstrahlung erzeugtem Plasma in Kohlenmonoxid (CO) und Sauerstoff zerlegt wird. Anschließend wird der Sauerstoff entfernt, während ein Teil des CO in einem zweiten Reaktor dazu genutzt wird, um aus Wasser mittels Wassergas-Shift-Reaktion Wasserstoff zu erzeugen. Dieser Wasserstoff und das verbleibende CO (in der Kombination als Synthesegas bezeichnet) wird in einem dritten Reaktor mittels Fischer-Tropsch-Synthese in Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, die nicht für die Produktion von Kerosin verwendet werden können, werden in der Anlage prozessintern gespalten. Das finale Produkt ist der Grundbestandteil der im Flugverkehr üblichen Kraftstoffe. Dieses Rohmaterial kann anschließen zum erwünschten Kerosin veredelt oder auch direkt als Energiespeicher gelagert werden.
Ideal für den dezentralen Einsatz mit erneuerbaren Energien
Mit der Plasmatechnologie wären nach Erkenntnissen der Forschenden Anlagen bis in den Megawattbereich möglich. Sie eigne sich aber auch für den Einsatz in kleinen, dezentralen Produktionsanlagen im Containerformat: „Zukünftige Anlagen werden modular und skalierbar sein und könnten deshalb einfach in einen Offshore-Windpark oder in einen Solarpark in der Wüste integriert werden“, sagt Pfeifer. „Wenn dann Wind oder Sonne mal nicht vorhanden sind, würde sich der Plasmareaktor vorrübergehend ausschalten und mit verfügbarer Energie einfach wieder hochfahren.“ Die Ergebnisse aus dem Projekt werden nun sorgsam analysiert und insbesondere von den industriellen Partnern bereits für die Umsetzung von einzelnen Prozessschritten genutzt.
KEROGREEN Event zum Projektabschluss
Dienstag, 27 September 2022, ab 08:45 Uhr
Ort: Campus Nord des KIT, Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, Gebäude 449 (IAI), Raum 140
| Die Veranstaltung findet in englischer Sprache statt | |
| 8:45 – 9:15 Uhr | Ankunft und Registrierung |
| 9:15 – 9:25 Uhr |
Begrüßung Prof. Roland Dittmeyer, KIT |
| 9:25– 9:40 Uhr |
“The KEROGREEN story… from proposal submission to now!” Adelbert Goede, DIFFER |
| 9:40 – 10:15 Uhr |
“Highlights from KEROGREEN’s plasma-route towards e-Kerosene” Dr. Stefan Welzel, DIFFER Prof. Peter Pfeifer, KIT |
| 10:15 – 10:40 Uhr | Kaffeepause |
| 10:40 – 12:00 Uhr |
Kurzvorträge Dr. Andreas Waibel, Caphenia GmbH Oskar Meijerink, SkyNRG Hannah Johnson, Toyota Motor Europe |
| 12:00 – 12:45 Uhr | Besichtigung der KEROGREEN-Forschungsanlage |
| 12:45 – 14:15 Uhr | Mittagspause |
| 14:15 – 15:15 Uhr | Besichtigung des Energy Lab 2.0 |
| 15:15 Uhr | Ende der Veranstaltung |
Vollständiges Programm und Anfahrtsplan
Über KEROGREEN
An KEROGREEN beteiligen sich neben dem KIT und dem koordinierenden DIFFER das Flemish Institute for Technology Research (VITO) sowie die Unternehmen INERATEC, eine Ausgründung des KIT, Hygear und Cerpotech. Die Europäische Union förderte KEROGREEN innerhalb des „Horizon 2020 Research and Innovation Programme“ (Fördernummer 763909).
Mehr Informationen: https://www.kerogreen.eu
Details zum KIT-Zentrum Energie: https://www.energie.kit.edu/
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.
