Wäre es nicht schön, wenn man E-Fuels produzieren könnte ohne aufwändige Prozessschritte wie die Synthesegas-Herstellung? Denn E-Fuels vereinen durchaus eine ganze Menge vorteilhafter Eigenschaften auf sich. Bislang ist jedoch der kostendeckende Preis noch deutlich zu hoch. Das wollen Partner rund um das RWE Innovationszentrum und den Projektkoordinator DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.) erreichen.
Bei dem bereits im 2018 gestarteten Projekt LOTER.CO2M (Low Temperature Electrochemical Reduction of CO2 to Methanol) konnte gezeigt werden, dass die Herstellung von Methanol ohne teure Katalysatoren und bei niedrigen Drücken und Temperaturen (100°C) möglich ist. Dazu wird Wasser und CO2 direkt ohne den Umweg über die vorgeschaltete Wasser-Elektrolyse (Herstellung von Wasserstoff) in Methanol umgewandelt. Bei Einsatz von regenerativ gewonnenem Strom und CO2 aus Kohlendioxyd-reichen Quellen wie z.B. Kohlekraftwerken ist dadurch eine deutlich preiswerte Produktion von Methanol wie bisher möglich. Gleichzeitig gibt es merkliche Vorteile für die Klimabilanz. Diese verbessert sich nochmals, wenn man das CO2 aus dem Verbrennungsprozess der E-Fuels wieder zurückgewinnt (Kreislaufgedanke: Nutzt ein Kraftwerk zur Energiegewinnung solche E-Fuels, kann das dabei entstehende CO2 wieder in den Prozess der E-Fuel-Produktion zurückgeführt werden. Es entsteht ein Kohlenstoffkreislauf.) Eine 5 kW Anlage ist seit Ende 2021 in Niederaußem in Betrieb.
Das weltweit erste direkt-elektrochemische Umwandlungsverfahren wurde im Rahmen von LOTER.CO2M soweit fortentwickelt, dass nun in dem Anschlußprojekt ECO2Fuel die Errichtung einer 1 MW Anlage angestrebt wird. In diesem Projekt soll zudem die Idee der Abgas-Rückführung (Herauswaschen des CO2- Anteils und Nutzung für den Syntheseprozess) realisiert werden und so die Umweltbilanz weiter verbessert werden. 15 Partner aus Forschung und Industrie wollen bis 2025 zeigen, dass man auf diese Weise kostengünstig und mit sehr niedrigen Emissionen E-Fuels hergestellt kann.
Technisch gesehen handelt es sich um ein CO2-H2O-Koelektrolyse, bei der Methanol hoher Reinheit entsteht. Der Enthalpiewirkungsgrad von >86% und eine hohe CO2 Umwandlungsrate bescheinigen der entwickelten Technologie eine gute Realisierungschance. Das Verfahren ähnelt im technischen Aufbau einer PEM-Elektrolysezelle, verzichtet jedoch auf die zur Gruppe der sehr teuren Platin-Metalle gehörenden Katalysatoren.
Der Demonstrator aus dem LOTER.CO2M Projekt hat bereits ein Einstufung als TL5 (Technology Readiness Level 1-9) erreicht, was dazu beitrug, dass im Folgeprojekt ECO2Fuel bereits eine Anlage im industriellen Maßstab aufgebaut werden soll. Der Niedertemperatur-Elektrolyseurs wird abgeschiedenes CO2 großtechnisch in nachhaltige flüssige Brennstoffe umwandeln. Mit diesen synthetischen Brennstoffen eröffnen sich Möglichkeiten, beispielsweise die Schifffahrt und die Luftfahrt mit umweltfreundlichen Alternativen zu Schweröl und Kerosin auf Erdöl zu beliefern. Doch noch sind wesentliche Entwicklungsschritte zu bewältigen, bevor diese Technologie einen nennenswerten Beitrag zum Ziel der Klimaneutralität 2050 beizutragen.
Anmerkung: Die Gewinnung von CO2 aus der Luft ist sehr aufwändig und energieintensiv. Daher sind die meisten Verfahren ähnlich dem hier beschriebenen darauf angewiesen, CO2 aus Prozessen zu gewinnen, die eine deutlich höheren Volumenprozentanteil haben. Wirklich nachhaltig ist das Verfahren jedoch nur, wenn es CO2 aus nicht fossilen Quellen nutzt.