{"id":56933,"date":"2018-10-01T06:40:22","date_gmt":"2018-10-01T04:40:22","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fsynthetische-kraftstoffe-3d-druck-soll-effizienz-steigern-und-kosten-senken.html"},"modified":"2021-09-09T21:33:19","modified_gmt":"2021-09-09T19:33:19","slug":"synthetische-kraftstoffe-3d-druck-soll-effizienz-steigern-und-kosten-senken","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/synthetische-kraftstoffe-3d-druck-soll-effizienz-steigern-und-kosten-senken\/","title":{"rendered":"Synthetische Kraftstoffe: 3D-Druck soll Effizienz steigern und Kosten senken"},"content":{"rendered":"

Dieselautos und Benziner, aber auch LKWs, Flugzeuge und Schiffe k\u00f6nnten mit solchen Kraftstoffen praktisch klimaneutral fahren. Zudem bieten sie sich als Energiespeicher an, um Schwankungen von Wind- und Sonnenenergie auszugleichen. Im Projekt PROMETHEUS wollen J\u00fclicher Forscher gemeinsam mit der WZR ceramic solutions GmbH sowie der griechischen Aristoteles-Universit\u00e4t Thessaloniki und dem Mineral\u00f6lunternehmen Hellenic Petroleum nun mittels 3D-Druck einen Membranreaktor f\u00fcr die Herstellung synthetischer Kraftstoffe mit extrad\u00fcnnen Zellen entwickeln. Dieser soll deutlich effizienter und kosteng\u00fcnstiger sein als bisherige Anlagen, die sich gr\u00f6\u00dftenteils noch in einem experimentellen Stadium befinden.<\/strong><\/p>\n

\"Prof.
Prof. Wilhelm Albert Meulenberg (links) und Dr. Falk Schulze-K\u00fcppers (rechts) mit Gastrennmembran
Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich \/ T. Schl\u00f6\u00dfer<\/figcaption><\/figure>\n

Synthetische Kraftstoffe sind eine m\u00f6gliche L\u00f6sung, um Verbrennungskraftwerke und \u2013motoren oder industrielle Anlagen klimaschonend zu betreiben. Zumindest dann, wenn die daf\u00fcr ben\u00f6tigte Energie aus regenerativen Quellen stammt. Werden sie verbrannt, setzen sie nur das CO2<\/sub> frei, das bei der Herstellung der Stoffe gebunden wurde. Synthetische Kraftstoffe sind \u201evon Natur aus rein\u201c und verbrennen nahezu schadstofffrei. Stickoxide oder Feinstaub werden so erst gar nicht in gr\u00f6\u00dferen Mengen freigesetzt. Weil sie sich gut transportieren und lagern lassen, sind sie dar\u00fcber hinaus als Speicher f\u00fcr die Energiewende geeignet. Ins Gasnetz eingespeist, k\u00f6nnten sie bei Bedarf in Gaskraftwerken r\u00fcckverstromt werden, wenn Sonne und Wind allein nicht gen\u00fcgend Energie liefern.<\/p>\n

Die Preise f\u00fcr synthetische Kraftstoffe sind im Vergleich zu fossilen Rohstoffen allerdings noch recht hoch und stehen der Produktion gr\u00f6\u00dferer Mengen entgegen. Das noch recht neue Verfahren der Co-Elektrolyse stellt eine vielversprechende M\u00f6glichkeit dar, die Kosten f\u00fcr die Herstellung zu senken. Die Methode gilt als sehr effizient, steckt aber noch in den Kinderschuhen.<\/p>\n

\"Prof.
Prof. Wilhelm Albert Meulenberg (links) und Dr. Falk Schulze-K\u00fcppers (rechts) mit Gastrennmembran
Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich \/ T. Schl\u00f6\u00dfer<\/figcaption><\/figure>\n

Die neue Technik macht es m\u00f6glich, synthetische Chemikalien und Kraftstoffe direkt in einem Schritt herzustellen. G\u00e4ngige Verfahren setzen dagegen mehrere Prozessschritte voraus. Im Projekt PROMETHEUS verfolgen J\u00fclicher Forscher die Entwicklung eines Membranreaktors f\u00fcr die Co-Elektrolyse, in dem mehrere chemische Reaktionen m\u00f6glich sind. Kernelement ist eine keramische Membran, die f\u00fcr Wasserstoff- und Sauerstoffionen durchl\u00e4ssig ist. An ihren Oberfl\u00e4chen befinden sich Katalysator-Schichten, die den Ablauf der gew\u00fcnschten Umwandlungsreaktionen vorantreiben.<\/p>\n

3D-Druck f\u00fcr ma\u00dfgeschneidertes Design<\/h3>\n

\u201eDie Effizienz des Verfahrens h\u00e4ngt von mehreren Faktoren wie Membrandicke, Oberfl\u00e4chenaktivit\u00e4t und Porosit\u00e4t des Tr\u00e4germaterials ab, die es im Projekt zu optimieren gilt\u201c, erkl\u00e4rt Projektleiter Prof. Wilhelm Meulenberg vom J\u00fclicher Institut f\u00fcr Energie- und Klimaforschung (IEK-1). Um den Durchfluss zu steigern, haben die Forscher die Membran als hauchd\u00fcnne Schicht ausgelegt. Mit 10 \u2013 50 Mikrometer ist sie gerade einmal so dick wie ein menschliches Haar. Denn je geringer die Materialst\u00e4rke, desto geringer ist auch der Transportwiderstand und desto mehr Wasserstoff kann die Membran in gleicher Zeit passieren.<\/p>\n

\"D\u00fcnnschichtmembran
D\u00fcnnschichtmembran aus Keramik zur Trennung von Gasen auf einem nicht optimierten, por\u00f6sen Tr\u00e4ger
Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich<\/figcaption><\/figure>\n

Um die notwendige mechanische Stabilit\u00e4t zu erzielen, wird die Membranschicht auf ein wesentlich dickeres por\u00f6ses Tr\u00e4germaterial aufgebracht. Der Einsatz von 3D-Keramik-Druckverfahren, auf die sich die am Projekt beteiligte WZR ceramic solutions GmbH spezialisiert hat, bietet dabei gleich mehrere Vorteile. \u201eZum einen erm\u00f6glichen es die Verfahren, einen Tr\u00e4ger mit ma\u00dfgeschneiderter Porenstruktur herzustellen, der f\u00fcr den Gastransport optimierte Porenkan\u00e4le enth\u00e4lt. Zum anderen tr\u00e4gt der 3D-Druck aber auch dazu bei, die sp\u00e4teren Herstellungskosten f\u00fcr die Membranzellen gegen\u00fcber mehrstufigen Gie\u00df- und Sinterprozessen deutlich zu reduzieren\u201c, sagt Wilhelm Meulenberg.<\/p>\n

Die WZR ceramic solutions GmbH entwickelt unterschiedliche Verfahren der Additiven Fertigung (3D-Druck) f\u00fcr industrielle Anwendungen. \u201eNeben der geometrischen Freiheit der neuen Verfahren, er\u00f6ffnet auch die M\u00f6glichkeit Werkstoffe auf mikroskopischer Ebene lokal zu ver\u00e4ndern bzw. zu kombinieren ganz neue Produkte. Mit keinem anderen Prozess gelingt es das Gef\u00fcge keramischer Werkstoffe lokal zu modifizieren und den Anforderungen an ein Bauteil exakt anzupassen. Dieses Potential wollen wir nun f\u00fcr die Fertigung von optimierten Tr\u00e4gern nutzen,\u201c erg\u00e4nzt Wolfgang Kollenberg (CEO, WZR ceramic solutions GmbH).<\/p>\n

Das Projekt wird vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung anteilig mit rund 350.000 Euro im Rahmen des Deutsch-Griechischen Forschungs- und Innovationsprogramms \u00fcber eine Laufzeit von drei Jahren gef\u00f6rdert. Wenn alles gut l\u00e4uft, wollen die Forscher zum Ende des Projektes ein funktionsf\u00e4higes Konzept f\u00fcr einen Low-Cost-Membranreaktor pr\u00e4sentieren, mit dem sich Methan (CH4<\/sub>), Methanol (CH3<\/sub>OH) und Synthesegas (CO+H2<\/sub>) herstellen lassen. Ein m\u00f6glicher End-Anwender der Technologie ist bereits involviert: das griechische Mineral\u00f6lunternehmen Hellenic Petroleum (HELPE) mit seiner Erneuerbare-Energien-Sparte HELPE RES, das f\u00fcr das Projekt eine Machbarkeits- und Umsetzungsstudie erstellt.<\/p>\n

So funktioniert der Membranreaktor<\/h3>\n
\"Auf<\/a>
Auf der Anodenseite der Membran wird mithilfe eines elektrischen Stromes Wasser aufgespalten. Der freigesetzte Wasserstoff wird auf die andere Seite, zur Kathode, gepumpt, wo er mit zugef\u00fchrtem Kohlendioxid reagiert. Dort l\u00e4sst sich \u00fcber die Wahl des Katalysatormaterials und weiterer Prozessparametern wie Temperatur und Stoffkonzentration die Entstehung verschiedener Chemikalien und Kraftstoffe steuern.
Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich<\/figcaption><\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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