Zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie wird im Projekt RePoSe (Real-time Power Supply for e-fuels) von 2022 bis 2026 untersucht, wie die Firscher-Tropsch-Synthese zur Herstellung von PtL-Kraftstoffen variabel betrieben werden kann. Dazu wird ein Teil der Pilotanlage der Ineratec GmbH im Industriepark Höchst genutzt.

Das Projekt RePoSe wird im Rahmen des Gesamtkonzepts Erneuerbare Kraftstoffe mit rund 3,4 Mio. Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. Das Hessische Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr, Wohnen und ländlichen Raum (HMWVW) bringt zusätzlich bis zu 1,25 Mio. Euro in das Projekt ein. Die Entwicklungsplattform für PtL-Kraftstoffe wird von der NOW GmbH koordiniert und durch die Projektträger VDI/VDE Innovation + Technik GmbH umgesetzt.

Beim PtL-Verfahren wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten und der so erzeugte Wasserstoff zusammen mit CO₂ aus Industrieprozessen für die Synthese von Flüssigkraftstoffen genutzt. Wenn der hierfür eingesetzte Strom aus erneuerbaren Energien stammt, kann der CO₂-Kreislauf vollständig geschlossen werden. Das bedeutet, bei der Verbrennung solcher PtL-Kraftstoffe wird nur so viel CO₂ freigesetzt, wie bei der Herstellung gebunden wurde. Dabei entstehen außerdem weniger Luftschadstoffe als bei konventionellen Kraftstoffen. Als Produkt steht am Ende z. B. CO₂-neutrales Kerosin.

Ausführliche Informationen zum Herstellungsprozess von PtL-Kraftstoffen finden Sie hier zum Download.

Die Fischer-Tropsch-Synthese ist ein großtechnisches Verfahren zur Umwandlung von Synthesegas (CO/H₂) in flüssige Kohlenwasserstoffe. Bisher wurde diese Technologie nur im Dauerbetrieb mit kontinuierlicher Wasserstoffversorgung untersucht. Eine zentrale Fragestellung für die spätere industrielle Hochskalierung ist, wie Schwankungen bei der Stromversorgung aus erneuerbaren Energien bei der Produktion des synthetischen Kerosins abgepuffert werden können. 

Da Strom aus Sonne und Wind nicht kontinuierlich zur Verfügung steht, werden Wasserstoffspeicher als Puffer benötigt. Wie groß diese sein müssen, wird im Projekt RePoSe berechnet und praktisch erprobt. Besonders interessant ist dabei auch, welche Optionen zur Flexibilisierung im Produktionsprozess bestehen. Neben der technischen Erprobung des Betriebs sollen außerdem die Auswirkungen des variablen Betriebs auf die Nachhaltigkeit der Kraftstofferzeugung (u. a. in Form einer Lebenszyklusanalyse) und auf die mechanische Beanspruchung der Fischer-Tropsch-Anlage ermittelt werden.

Auf dem Foto (von links): Dr. Andrea Gassmann (Fraunhofer IWKS), Dr. Tim Böltken (Ineratec), Dr. Ralf Ehret (Provadis Hochschule), Oliver Luksic (PStS BMDV), Dr. Alexander Zschocke (CENA), Dr. Rainer Waldschmidt (HTAI) und Dr. Christiane Bucher (Fraunhofer LBF).

Am 19. April 2023 hat Hessens Wirtschaftsminister Tarek Al-Wazir offiziell den Spatenstich für die Produktionsanlage von Ineratec durchgeführt. Im Industriepark Höchst in Frankfurt entsteht nun die erste großindustrielle Power-to-Liquid-Anlage Deutschlands, die ab 2024 jährlich bis zu 2.500 Tonnen nachhaltige e-Fuels, insb. Sustainable Aviation Fuels, herstellen soll. Die einzelnen Module werden am Unternehmensstandort in Karlsruhe gefertigt und dann schrittweise in die frankfurter Anlage integriert.

Al-Wazir betont die Bedeutung des Projekts für die nachhaltige Mobilität im Land: „Hessen wird mit der bundesweit größten Pilotanlage für synthetisches Kerosin Vorreiter beim Klimaschutz im Luftverkehr. Es geht bei der Pilotanlage darum, synthetisches Kerosin in deutlich größerem Maßstab als bisher herzustellen, um Erfahrungen für die Massenproduktion zu gewinnen. Kurzfristig können durch Beimischung CO2-Emissionen eingespart werden und langfristig die Möglichkeit geschaffen werden, das Fliegen CO2-neutral zu machen. Klar ist aber: Generell muss ein sparsamer und effizienter Umgang mit Energie an erster Stelle stehen und e-Fuels bleiben auf längere Zeit ein rares Gut. Sie müssen gezielt dort eingesetzt werden, wo eine direkte Elektrifizierung nicht möglich ist, vor allem in der Luft oder auf See.“

CENA Hessen ist Konsortialführer und Projektkoordinator für RePoSe. Das Kompetenzzentrum untersucht in diesem Projekt die Optimierung von Stillstandzeiten der Syntheseanlage und die Größe des Wasserstofflagers. Dies umfasst die Beschaffung und Analyse von Daten zur Stromverfügbarkeit aus regenerativer Erzeugung, die Durchführung der Optimierungsrechnungen sowie den praktischen Betrieb eines Wasserstofflagers.

Fraunhofer IWKS wird im Rahmen des Projektes die nach festgelegten Intervallen getauschten Systemkomponenten und deren Abnutzung sowie gegebenenfalls auftretende Ermüdungserscheinungen (wie z. B. Risse, Oberflächenschäden) metallographisch, strukturanalytisch sowie mikrostrukturell und morphologisch untersuchen. Dies gibt die Möglichkeit, gezielte Optimierungen an den eingesetzten Werkstoffen durchzuführen und die Auswirkungen aus dem Betrieb in Kombination mit den Auswirkungen des Wasserstoffs zu untersuchen.

Fraunhofer LBF untersucht die Zuverlässigkeit der Anlage unter variablen Lasten. Dies beinhaltet die Messung und Bewertung der lokalen Beanspruchungen an der Anlage, die Ableitung von Fehler-Effekt-Zusammenhängen für die Bewertung von Ausfallszenarien und deren Auswirkungen auf die Betriebsdauer sowie auf die Anlageneffizienz und -sicherheit. Über zyklische Analysen der eingesetzten polymeren und metallischen Werkstoffe wird eine Bewertung der Werkstoffschädigung durch die Kontaktmedien der Anlage durchgeführt.

Die Ineratec GmbH plant, im Industriepark Frankfurt Höchst eine Power-to-Liquid (PtL) Pionieranlage zur Erzeugung von E-Fuels zu errichten. Aus bis zu 8.000 Tonnen biogenem CO₂ und erneuerbarem Strom sollen jährlich bis zu 2.500 Tonnen oder 4,6 Millionen Liter INERATEC e-Fuels produziert werden. Die Pionieranlage setzt sich aus einzelnen, standardisierten Modulen zusammen. Eines dieser Module soll in das Projekt RePoSe eingebracht werden, um damit eine volatile Stromversorgung zu erproben.

Die Provadis School of International Management & Technology AG wird im Rahmen des Forschungsprojekts RePoSe eine Lebenszyklusanalyse erstellen. Mit dieser werden die Umweltwirkungen, wie bspw. der CO₂-Fußabdruck und die Ressourcenbeanspruchung, detailliert und auf jeden Prozessschritt bezogen quantifiziert. Hierdurch ist bereits frühzeitig erkennbar, welche Prozessschritte eine hohe Umweltwirkung haben, sodass Maßnahmen zu deren Reduktion ergriffen werden können. Darüber hinaus kann abgeleitet werden, ob sich ökologische Vorteile gegenüber kontinuierlichen Verfahren ergeben.