{"id":67575,"date":"2019-10-16T07:38:32","date_gmt":"2019-10-16T05:38:32","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=67575"},"modified":"2021-09-09T21:26:38","modified_gmt":"2021-09-09T19:26:38","slug":"keramische-technologien-fuer-hocheffiziente-power-to-x-prozesse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/keramische-technologien-fuer-hocheffiziente-power-to-x-prozesse\/","title":{"rendered":"Keramische Technologien f\u00fcr hocheffiziente Power-to-X-Prozesse"},"content":{"rendered":"

Die rasche Reduzierung von CO2<\/sub>-Emissionen ist weltweit eine der dringendsten und herausforderndsten Aufgaben unserer Zeit. Neben der Strategie, CO2<\/sub>-Emissionen zu vermeiden, gibt es bereits Technologien, um unvermeidbares CO2<\/sub> in wertvolle Produkte umzuwandeln. Doch diese sogenannten Power-to-X-Prozesse sind derzeit noch zu ineffizient und teuer. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Keramische Technologien und Systeme in Dresden haben nun keramikbasierte Reaktoren entwickelt, mit denen aus CO2<\/sub> und Wasserdampf Grundstoffe f\u00fcr die chemische Industrie herstellbar sind: und das deutlich effizienter und klimaneutral.<\/strong><\/p>\n

\"IKTS-keramische-technologiekonzepte-fuer-power-to-x-prozesse\"<\/a>
Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS entwickelten keramische Technologiekonzepte zur Auslegung hocheffizienter Power-to-X-Prozesse. \u00a9 Fraunhofer IKTS<\/figcaption><\/figure>\n

Deutschland \u2013 als eine der gr\u00f6\u00dften Volkswirtschaften \u2013 liegt beim Aussto\u00df von CO2<\/sub> weltweit auf Platz sechs. Allein im industriellen Sektor fallen j\u00e4hrlich 188 Millionen Tonnen CO2<\/sub> an. Gleichzeitig muss Deutschland den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung deutlich erh\u00f6hen, um die Klimaziele zu erreichen. Doch diese erneuerbaren Energien sind zeitlich schwankend und auch nicht unbegrenzt verf\u00fcgbar. Daher gilt es, diese intelligent und vor allem effizient einzusetzen.<\/p>\n

Derzeit werden verschiedene Strategien zur Nutzung unvermeidbarer CO2<\/sub>-Emissionen verfolgt, um daraus beispielsweise chemische Grundstoffe (X) herzustellen. Um dies m\u00f6glichst klimaneutral zu realisieren, muss der daf\u00fcr ben\u00f6tigte Strom (Power) aus erneuerbaren Energien bezogen werden: So wird klimasch\u00e4dliches CO2<\/sub> zur Herstellung klimaneutraler Produkte genutzt.<\/p>\n

Bisherige Power-to-X-Prozesse noch zu teuer<\/h3>\n

Solche Power-to-X-Prozesse sind aber bislang noch zu ineffizient, da sie aus vielen aufw\u00e4ndigen Einzelprozessen bestehen. Wissenschaftlern des Fraunhofer IKTS ist es nun gelungen, eine Laboranlage \u2013 bestehend aus keramikbasierten Reaktoren \u2013 zu entwickeln, in dem eine CO2<\/sub>-Umwandlung in klimaneutrale Chemierohstoffe gelingt. In diesen Reaktoren werden die Einzelprozesse intelligent gekoppelt sowie Stoff- und Energiefl\u00fcsse intensiviert. Dadurch steigt die Effizienz gegen\u00fcber bisherigen Power-to-X-Prozessen.<\/p>\n

Kopplung von Co-Elektrolyse mit Fischer-Tropsch-Synthese<\/h3>\n

Unvermeidbare CO2<\/sub>-Emissionen fallen beispielsweise in gro\u00dfen Mengen in der Zement- und Kalkindustrie an. Um dieses CO2<\/sub> nutzbar zu machen, werden am Fraunhofer IKTS vielf\u00e4ltige keramische Komponenten und Technologien eingesetzt. Beispielsweise sorgen keramische Filterkerzen f\u00fcr das Entstauben der Abgase. Erst nach einer solchen Grobreinigung kann das CO2<\/sub> durch keramische Membranen herausgefiltert werden. Das so gewonnene CO2<\/sub> wird in einem neu entwickelten, keramischen Hochtemperatur-Elektrolyse-Reaktor bei \u00fcber 750 \u00b0C in Kohlenmonoxid umgewandelt. Gleichzeitig \u2013 und das ist das Besondere \u2013 wird im selben Reaktor aus Wasserdampf der Wasserstoff erzeugt \u2013 daher auch der Name Co-Elektrolyse. Kohlenmonoxid und Wasserstoff ergeben zusammen Synthesegas.<\/p>\n

Die eingesetzten Reaktoren sind Elektrolysestacks (SOEC). Sie wurden am IKTS entwickelt und haben eine Langzeitstabilit\u00e4t von mehr als 4000 h bereits erfolgreich demonstriert. Im Vergleich zur etablierten alkalischen oder PEM-Elektrolyse ben\u00f6tigt die Hochtemperatur-Elektrolyse wesentlich weniger elektrische Energie und erm\u00f6glicht zudem die direkte Herstellung von Synthesegas. Um dies klimaneutral zu erzeugen, wird der Elektrolysereaktor mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben.<\/p>\n

In einem nachgeschalteten, ebenfalls am IKTS entwickelten Fischer-Tropsch-Reaktor erfolgt dann die \u00dcberf\u00fchrung des Synthesegases in chemische Grundstoffe \u2013 beispielsweise in langkettige Kohlenwasserstoffe.<\/p>\n

Effizienzsteigerung der Power-to-X-Anlage<\/h3>\n

\u00bbWir haben im Laborma\u00dfstab den Nachweis erbracht, dass man die Einzelprozesse eines Power-to-X-Systems intelligent koppeln und zusammenfassen kann. Erst dadurch arbeitet unser Reaktorkonzept so effizient. Im n\u00e4chsten Schritt zur Hochskalierung soll nun eine Power-to-X-Anlage mit einer Leistung von 10 kW entstehen. Auf Basis der bisherigen Laborergebnisse und ausgehend von realistischen Annahmen f\u00fcr den Betrieb der Produktionsanlage im wirtschaftlichen Ma\u00dfstab ist dabei eine deutliche Effizienzsteigerung gegen\u00fcber heutigen Anlagen zu erwarten\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Matthias Jahn, Projekt- und Abteilungsleiter Chemische Verfahrenstechnik am Fraunhofer IKTS. Eine derartige Erh\u00f6hung des Wirkungsgrades auf dann \u00fcber 55% gelingt nur durch geschlossene und somit umweltfreundliche Stoff- und Energiekreisl\u00e4ufe. Das hei\u00dft: Die Nebenprodukte wie kurzkettige Kohlenwasserstoffe und Abw\u00e4rme werden nicht mehr an die Umwelt abgegeben, sondern flie\u00dfen direkt ins System zur\u00fcck.<\/p>\n

\u00bbWir k\u00fcmmern uns nun um die n\u00e4chsten Schritte, damit k\u00fcnftig m\u00f6glichst viele Produkte klimaneutral aus CO2<\/sub>-Emissionen herstellbar sind. So ist ein solches Reaktorkonzept nat\u00fcrlich auch \u00fcbertragbar auf die Produktion von Schmierstoffen, Wachsen f\u00fcr die Kosmetikindustrie oder die Erzeugung von Kraftstoffadditiven mit verbesserten Verbrennungseigenschaften\u00ab, res\u00fcmiert Dr. Matthias Jahn. Eine weitere Automatisierung und Regelbarkeit der einzelnen Prozesse haben die Wissenschaftler dabei ebenfalls im Blick.<\/p>\n

\u00dcberf\u00fchrung in den Pilotma\u00dfstab<\/h3>\n

Innerhalb der n\u00e4chsten drei Jahre soll dieses Reaktorkonzept im Kalkwerk Bergmann Kalk im oberfr\u00e4nkischen Kasendorf\u00a0 in den Pilotma\u00dfstab \u00fcberf\u00fchrt werden. Colyssy hei\u00dft dieses ambitionierte \u2013 durch das BMBF gef\u00f6rderte \u2013 Projekt, welches Anfang des Jahres im Rahmen des HYPOS-Konsortiums gestartet ist.<\/p>\n

\u00bbM\u00f6chte man \u00fcber Power-to-X eine Sektorenkopplung erreichen und CO2<\/sub>-Emissionen reduzieren, muss es k\u00fcnftig wirtschaftliche Anreize geben, d. h. die politischen Rahmenbedingungen m\u00fcssen so angepasst werden, dass die entstehenden Mehrkosten f\u00fcr eine klimaneutrale Produktion ausgeglichen werden und das Produkt trotzdem wettbewerbsf\u00e4hig ist\u00ab, w\u00fcnscht sich Sebastian Groppweis, Gesch\u00e4ftsf\u00fchrer und Mitinhaber des Familienunternehmens Johann Bergmann Kalk von den politischen Entscheidungstr\u00e4gern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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