{"id":90272,"date":"2021-06-18T07:35:00","date_gmt":"2021-06-18T05:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/news.bio-based.eu\/?p=89462"},"modified":"2021-09-09T21:04:44","modified_gmt":"2021-09-09T19:04:44","slug":"mit-solar-treibstoff-zum-klimaziel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mit-solar-treibstoff-zum-klimaziel\/","title":{"rendered":"Mit Solar-Treibstoff zum Klimaziel"},"content":{"rendered":"

Nachhaltig produziert, tragen synthetische Treibstoffe dazu bei, die Mobilit\u00e4t auf erneuerbare Energie umzustellen und die Klimaziele im Strassenverkehr zu erreichen. Empa-Forschende untersuchen im Mobilit\u00e4tsdemonstrator \u00abmove\u00bb die Herstellung von synthetischem Methan aus energetischer, technischer und wirtschaftlicher Perspektive \u2013 ein Projekt mit globalem Potenzial.<\/strong><\/p>\n

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Bis 2030 wird der Detailh\u00e4ndler Lidl Schweiz f\u00fcr den Betrieb seiner Lastwagen von fossilem Erdgas auf verfl\u00fcssigtes erneuerbares Gas umsteigen. Bild: Lidl Schweiz<\/figcaption><\/figure>\n

Mobilit\u00e4tsanalysen zeigen: Nur ein kleiner Anteil aller Fahrzeuge ist f\u00fcr den Grossteil der gefahrenen Kilometer verantwortlich. Die Rede ist vor allem vom Schwerverkehr, von Viel- und Langstreckenfahrern, die ihre G\u00fcter quer durch ganz Europa transportieren. Werden diese vielen Kilometer weiterhin mit fossiler Energie zur\u00fcckgelegt, wird es kaum m\u00f6glich sein, die CO2<\/sub>-Emissionen im Strassenverkehr gen\u00fcgend zu senken. Synthetische Treibstoffe\u00a0leisten f\u00fcr solche Anwendungen einen ganz wesentlichen Beitrag.<\/p>\n

Mit der Elektromobilit\u00e4t, der Wasserstoffmobilit\u00e4t und synthetischen Treibstoffen werden im Mobilit\u00e4tsdemonstrator \u00abmove\u00bb der Empa drei technologische Pfade zur CO2<\/sub>-Reduktion im Strassenverkehr vor dem Hintergrund eines sich stark ver\u00e4ndernden Energiesystems untersucht. \u00abAlle diese Konzepte haben energetische, betriebliche und wirtschaftliche Vor- und Nachteile. Um sie richtig einzusetzen, braucht es ein vertieftes Verst\u00e4ndnis des Gesamtsystems\u00bb, sagt Christian Bach, Leiter der Empa-Abteilung Fahrzeugantriebssysteme<\/a>. \u00abGemeinsam mit den \u2039move\u203a-Partnern erarbeiten wir dazu umsetzbares Wissen.\u00bb<\/p>\n

Das neueste Projekt dreht sich um die Herstellung von synthetischem Methan aus Wasserstoff und CO2<\/sub> \u2013 die sogenannte Methanisierung. Solche mit erneuerbarer Energie k\u00fcnstlich produzierten Treibstoffe \u2013 Synfuel oder Syngas genannt \u2013 k\u00f6nnen \u00fcber die herk\u00f6mmlichen Wege transportiert und durch die vorhandene Infrastruktur zur Verf\u00fcgung gestellt werden, was f\u00fcr die Schweiz wie auch global interessant ist, weil sich damit ein enormes Potenzial f\u00fcr erneuerbare Energie erschliesst.<\/p>\n

An der Empa entwickeltes Methanisierungsverfahren<\/h3>\n

Der grundlegende chemische Prozess der Methanisierung ist seit \u00fcber 100 Jahren als Sabatier-Reaktion bekannt. Im \u00abmove\u00bb soll ein an der Empa weiterentwickeltes Verfahren zum Einsatz kommen: die sogenannte sorptionsverst\u00e4rkte Methanisierung. Von diesem neuartigen verfahrenstechnischen Konzept versprechen sich die Empa-Forschenden eine einfachere Prozessf\u00fchrung, einen h\u00f6heren Wirkungsgrad und eine bessere Eignung f\u00fcr den dynamischen Betrieb.<\/p>\n

Die Methanisierung funktioniert folgendermassen: Aus Kohlendioxid (CO2<\/sub>) und Wasserstoff (H2<\/sub>) wird mittels katalytischer Umwandlung Methan (CH4<\/sub>) und Wasser (H2<\/sub>O) erzeugt. Letzteres ist bei herk\u00f6mmlichen Verfahren ein Problem: Um das Wasser abzuscheiden, braucht es typischerweise mehrere Methanisierungsstufen hintereinander \u2013 mit Kondensationsbereichen dazwischen. Aufgrund der hohen Temperaturen wird dabei ausserdem ein Teil des entstandenen Wassers durch die Wassergas-Shift-Reaktion wieder in Wasserstoff zur\u00fcckgewandelt. Das gasf\u00f6rmige Produkt der Methanisierungsreaktion enth\u00e4lt deshalb einige Prozent Wasserstoff, was eine direkte Einspeisung ins Gasnetz verhindert; der Wasserstoff muss zuerst wieder abgetrennt werden.<\/p>\n

Die sorptionsverst\u00e4rkte Methanisierung im \u00abmove\u00bb verl\u00e4uft dagegen einstufig und kommt ohne Wasserstoffabtrennung im Produktgas aus. Die Idee dahinter: Das Reaktionswasser wird w\u00e4hrend des Methanisierungsprozesses auf einem por\u00f6sen Katalysatortr\u00e4ger adsorbiert. Dieser kontinuierliche Wasserentzug verschiebt das Reaktionsgleichgewicht hin zu einer nahezu 100-prozentigen Methanausbeute. \u00abDas gasf\u00f6rmige Produkt kann also ohne zus\u00e4tzliche Reinigung direkt ins Gasnetz eingespeist und zum Beispiel f\u00fcr das Betanken von Gasfahrzeugen genutzt werden\u00bb, erkl\u00e4rt Bach.<\/p>\n

Kohlendioxid und Wasser aus der Umgebungsluft<\/h3>\n

Das CO2<\/sub> f\u00fcr die Methanisierung wie auch das Wasser f\u00fcr die Herstellung des Wasserstoffs wird mit einem CO2<\/sub>-Kollektor des ETH-Spin-offs Climeworks direkt vor Ort der Atmosph\u00e4re entnommen. Die Anlage saugt Umgebungsluft an, die CO2<\/sub>-Molek\u00fcle bleiben dabei am Filtermaterial h\u00e4ngen. Mittels Hitze \u2013 rund 100\u00b0C \u2013 werden die CO2<\/sub>-Molek\u00fcle dann wieder vom Filter abgel\u00f6st. Beim W\u00e4rmebedarf f\u00fcr diese CO2<\/sub>-Desorption sehen die Empa-Forschenden weiteres Optimierungspotenzial. \u00abDie Wasserstofferzeugung wie auch die Methanisierung generieren kontinuierlich Abw\u00e4rme\u00bb, so Bach. \u00ab\u00dcber ein geschicktes W\u00e4rmemanagement wollen wir den W\u00e4rmebedarf des CO2<\/sub>-Kollektors zu einem m\u00f6glichst grossen Teil mit dieser Abw\u00e4rme decken\u00bb. Neben dem CO2<\/sub> entzieht die Climeworks-Anlage der Luft auch Wasser, das \u00fcber eine Kondensatleitung f\u00fcr die Wasserstoffherstellung in der Elektrolyseanlage verwendet wird. Damit sind solche Anlagen auch in Regionen ohne Wasserversorgung denkbar, beispielsweise in W\u00fcsten (siehe Hintergrund).<\/p>\n

Neben neuen Erkenntnissen \u00fcber die technischen und energetischen Aspekte sind auch Aussagen zur Wirtschaftlichkeit von synthetischem Methan ein Ziel des Projekts. \u00abUm diese gesamtheitliche Perspektive sicherzustellen, besteht das Projektkonsortium aus Partnern, die die ganze Wertsch\u00f6pfungskette abdecken \u2013 von Forschenden der Empa \u00fcber Energieversorger, Tankstellen- und Fuhrparkbetreibern bis hin zu Industriepartnern im Technologie- und Anlagenbereich\u00bb, sagt Brigitte Buchmann, Direktionsmitglied der Empa und strategische Leiterin von \u00abmove\u00bb.<\/p>\n

Das Projekt wird durch den Kanton Z\u00fcrich, den ETH-Rat, Avenergy Suisse, Migros, Lidl Schweiz, Glattwerk, Armasuisse und Swisspower unterst\u00fctzt.<\/p>\n

Derzeit konzentriert sich das Team von Christian Bach auf die Untersuchungen der Wasseradsorption auf por\u00f6sen Materialien und die Prozessf\u00fchrung der katalytischen Reaktion. Der Aufbau der Anlage ist auf Mitte n\u00e4chsten Jahres geplant. \u00abRund ein Jahr sp\u00e4ter wollen wir das erste Fahrzeug betanken\u00bb, meint Buchmann. \u00abMit Methan aus Sonnenenergie.\u00bb<\/p>\n

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Kontakt<\/h3>\n

Christian Bach
\nAutomotive Powertrain Technologies<\/a>
\nTel. +41 58 765 45 08
\nE-Mail: Christian.Bach@empa.ch<\/a><\/p>\n

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Hintergrund<\/h3>\n

Synthetische Treibstoffe aus der W\u00fcste?<\/h3>\n

Bei der Umstellung unseres Energiesystems auf erneuerbare Energie gibt es eine grosse Herausforderung: Erneuerbare Quellen wie Sonne oder Wind stehen nicht immer und \u00fcberall zur Verf\u00fcgung. Im Winter haben wir zu wenig und im Sommer zu viel erneuerbaren Strom \u2013 auf der Nordhalbkugel. Auf der S\u00fcdhalbkugel ist es umgekehrt. Doch es gibt auch Gegenden mit nahezu durchgehendem Sonnenschein \u2013 den sogenannten Sonneng\u00fcrtel, in dem sich die grossen W\u00fcsten der Erde befinden.<\/p>\n

\u00abAus globaler Perspektive haben wir weltweit nicht zu wenig erneuerbare Energie, sondern “lediglich” ein Energie-Transportproblem\u00bb, sagt Christian Bach. Synthetische Energietr\u00e4ger k\u00f6nnten dieses l\u00f6sen.<\/p>\n

Kleinere Anlagen in der Schweiz k\u00f6nnen einen wertvollen Beitrag f\u00fcr das nationale Energiesystem leisten, indem sie \u00fcbersch\u00fcssigen Sommerstrom nutzbar machen und verschiedene Energiesektoren verbinden. Grosse Anlagen k\u00f6nnten ihr volles Potenzial aber vor allem im Sonneng\u00fcrtel der Erde aussch\u00f6pfen. Das zeigt ein Rechenbeispiel: Um den nicht durch Wasserkraft abgedeckten Energiebedarf der Schweiz im Winterhalbjahr sowie den gesamten inl\u00e4ndischen Langstreckenverkehr ausschliesslich mit (importierten) synthetischen Energietr\u00e4gern zu decken, w\u00e4re eine Solaranlage in einer W\u00fcste mit einer Fl\u00e4che von zirka 700 km2<\/sub> n\u00f6tig; das sind 27 x 27 km oder, anders ausgedr\u00fcckt, 0,008% der Fl\u00e4che der Sahara. Das f\u00fcr die Herstellung notwendige Wasser und das CO2<\/sub> k\u00f6nnten vor Ort aus der Atmosph\u00e4re gewonnen werden.<\/p>\n

\u00abDie bereits vorhandenen Handelsmechanismen, Transportinfrastrukturen, Normen und das Expertenwissen k\u00f6nnten dabei weiterverwendet werden\u00bb, meint Bach. K\u00f6nnte die Anlage im \u00abmove\u00bb also bald Vorbild f\u00fcr eine Gigawatt-Anlage in der W\u00fcste sein?<\/p>\n

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Literatur<\/h3>\n

F Kiefer, K Schr\u00f6ter, P Dimopoulos Eggenschwiler, C Bach; Significance of Synthetic Methane for Energy Storage and CO2<\/sub> Reduction in the Mobility Sector; 21. Internationales Stuttgarter Symposium. Proceedings<\/em>. Springer Vieweg, Wiesbaden (2021). https:\/\/doi.org\/10.1007\/978-3-658-33521-2_6<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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