Komponenten- und Prozessentwicklung

Hauptziel des Unterthemas "Komponenten- und Prozessentwicklung" ist es, die technisch und wirtschaftlich sinnvollsten katalytischen Prozesstechnologien zur Umwandlung von Wasserstoff aus regenerativem Strom und CO2 in flüssige Kraftstoffe zu identifizieren und zu demonstrieren. Dies dient als Grundlage für eine Abschätzung des Potenzials der Strom-zu-Kraftstoff-Umwandlung im Vergleich zu anderen Optionen in zukünftigen Energieszenarien. Die Forschung umfasst den Aufbau von Forschungsinfrastrukturen "Energy Lab 2.0" und "e-XPlore" zur Erprobung von Power-to-Fuel-Prozessen, die einer breiteren Forschungsgemeinschaft im Rahmen von Folgeprojekten zur Verfügung gestellt werden.

Die Hauptziele sind:

  • Vereinfachung bekannter Systeme zur Umwandlung von Strom in Kraftstoff durch Prozessintegration, Erforschung alternativer katalytischer Wege zu Sauerstoffverbindungen als Kraftstoffadditive und experimentelle Untersuchung der Leistungsfähigkeit der vielversprechenden Prozesskonfigurationen unter realistischen dynamischen Bedingungen, um eine verlässliche Grundlage für die Prozessbewertung zu schaffen.

  • Demonstration fortschrittlicher katalytischer Mikroprozesstechnologien für die Umwandlung von Strom in Kraftstoff, die eine schnelle Reaktion auf Lastwechsel, hohe Selektivität und Produktqualität, umfassende Wärmeintegration und hohe Energieeffizienz auch in kleinem Maßstab, hohe Flexibilität bei der Kapazitätsanpassung und günstige Wirtschaftlichkeit durch modularen Aufbau und kostenoptimierte Fertigungstechnologien ermöglichen.

Im Hinblick auf die Prozesskette der FT-Synthese werden drei verschiedene Wege zur Aktivierung von CO2 untersucht:

1) CO2 durch Reduktion mit H2 über die endotherme Reverse-WGS-Reaktion (RWGS) in einer vorgeschalteten Anlage,

2) Co-Elektrolyse von Dampf und CO2 bei hoher Temperatur in einer Festoxid-Elektrolysezelle (SOEC)

3) und Kraftstoffsynthese direkt aus CO2 und H2 unter thermodynamisch günstigen Bedingungen.

Am IMVT wurde eine Prozessanlage im Labormaßstab für 200 g/h Produkt einschließlich RWGS- und FT-Synthese aufgebaut. Diese Einheit liefert grundlegende Einblicke in die Gesamteffizienz des Prozesses, die Funktionalität der Komponenten und die betrieblichen Eigenschaften wie Produktqualität und Raum-Zeit-Ausbeute. Darüber hinaus dient es als Grundlage für weitere Projekte zur Untersuchung der Dynamik in der FT-Synthese unter fluktuierender Einspeisung (DynSyn). Die Inline-Hydrocracking-Einheit wurde kürzlich im Rahmen des Kopernikus Power-to-X-Projekts aufgebaut.

 

Prozessanlage im Labormaßstab für RWGS, FT-Synthese und Hydrocracking

 

Darüber hinaus sollen in der mobilen Forschungsplattform e-XPlore eine kleine druckbeaufschlagte SOEC-Einheit zusammen mit der Kraftstoffsynthese im dynamischen Betrieb erprobt werden.

 

Publikationen:

P. Piermartini et. al. Chem. Eng. J. 2017, Doi: 10.1016/j. cej. 2016.12.076

R. Dittmeyer et al., Curr. Opin. Chem. Eng, 2017, DOI: 10.1016/Jahr Coche. 2017.08.001.

P. Pfeifer, P. Piermartini, A. Wenka, Patent WO 2017013003 A1,2017