Eine nachhaltigere Zukunft mitgestalten – Herstellung von E-Kraftstoffen aus CO2 und grünem Wasserstoff
Was gibt es an E-Kraftstoffen auszusetzen? Sie werden aus abgeschiedenem CO2 abgeleitet und mit grünem Wasserstoff kombiniert. So stellen sie eine bemerkenswerte Perspektive auf dem Gebiet der erneuerbaren Kraftstoffe dar. Die Technologie für E-Fuel ist bereits vorhanden, aber die Schaffung einer praktikablen Wertschöpfungskette für die Massenproduktion erfordert einen ausgeprägten technologischen Scharfsinn und ein engmaschiges Netz von Partnerschaften. Dies haben Neste und Partnerunternehmen im Bioruukki-Pilotzentrum des VTT in Espoo, Finnland, unter Beweis gestellt.
Man stelle sich eine Welt vor, in der Flugzeuge, Lastwagen und Schiffe mit Elektrokraftstoffen – auch als E-Fuel bezeichnet – betrieben werden, die aus erneuerbarem Wasserstoff hergestellt werden, der mit Ökostrom und abgeschiedenem CO2 produziert wird. Mit der Power-to-X-Technologie wird Treibhausgas, das die globale Erwärmung verschärfen könnte, mit grünem Wasserstoff in E-Rohöl umgewandelt. Dieses E-Rohöl kann dann zu kohlenstoffneutralen Kraftstoffen für jene Verkehrsbereiche veredelt werden, die schwer direkt zu elektrifizieren sind.
„Um die globalen Klimaziele zu erreichen, werden alle nachhaltigen Lösungen benötigt. Power-to-X-basierte Lösungen wie E-Fuel haben das Potenzial, die Emissionen im Transportsektor über erneuerbare Kraftstoffe auf Basis von Biomasse hinaus zu reduzieren“, erklärt Dietmar Huber, Vice President der Power-to-X Innovation Business Platform bei Neste.
Die Power-to-X-Technologie ist vielversprechend, aber sie ist nicht frei von Hindernissen. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, eine Wertschöpfungskette aufzubauen, die E-Fuel als zukunftsfähigen Konkurrenten im Bereich der erneuerbaren Kraftstoffe positioniert.
Ein Katalysator für Innovation
Willkommen in der Zukunft! Das VTT-Pilotzentrum Bioruukki ist ein naturnahes, rotes Backsteinhaus am äußersten Rand der Stadt Espoo in Finnland. Hinter der bescheidenen Fassade verbirgt sich eine fortschrittliche Pilotanlage, die demonstriert, wie E-Kraftstoffe in industriellem Maßstab hergestellt werden könnten.
Unter der Leitung des VTT Technical Research Centre of Finland und zusammen mit 15 Industriepartnern ist Neste einer der Kollaborateure in einem Unternehmen, das mehrere Produktionseinheiten für E-Fuel integriert.
„Nach fast drei Jahren enger Zusammenarbeit ist es uns gelungen, die gesamte PtX-Wertschöpfungskette im kleinen Maßstab zu integrieren“, verrät Huber.
Das E-Fuel-Forschungs- und Entwicklungsprojekt in Bioruukki ist eines der zahlreichen Forschungskooperationen im Neste Veturi Programm. Das Programm entwickelt nachhaltige Kraftstoffe und Chemikalien aus erneuerbaren und recycelten Rohstoffen wie Lignocellulose, Algen, Kunststoffabfällen, erneuerbarem Wasserstoff und CO2. Viele dieser Rohstoffe waren in der Vergangenheit schwer zu verwerten, was sich direkt in der Wertschöpfungskette niedergeschlagen hat.
Neue Meilensteine in der E-Fuel-Produktion erreicht
„Partnerschaften sind der Schlüssel zum Aufbau einer tragfähigen Power-to-X-Wertschöpfungskette“, sagt Juha Lehtonen, Forschungsprofessor am VTT. „Wir brauchen verschiedene Arten von Fachwissen, angefangen bei erneuerbaren Energien und der CO2-Abscheidung bis hin zur Elektrolyse-Technologie und der Raffination von E-Rohöl.“
Das E-Fuel-Projekt in Bioruukki hat genau das getan: Es hat verschiedene Technologien für Hochtemperatur-Elektrolyse, CO2-Abscheidung und Kohlenwasserstoffsynthese integriert.
Einer der Durchbrüche des Projekts war die Zusammenführung von drei technologischen Schlüssellösungen: die Festoxidelektrolyse (SOEC, mit Hilfe des Convion-Systems und Elcogen-Stack-Technologie), die Fischer-Tropsch-Synthese (FT, mit Hilfe von Ineratec und VTT-Technologie und -Katalysatoren) und die CO2-Abscheidung auf Wasserbasis (mit Hilfe von CarbonReUse Finland und Andritz-Technologie). Die SOEC-Technologie arbeitet bei hohen Temperaturen und ist im Vergleich zu alternativen Verfahren wie der alkalischen und der PEM-Elektrolyse sehr viel effizienter bei der Erzeugung von Wasserstoff aus Strom.
„Im Rahmen des Pilotprojekts werden innovative Lösungen und Anwendungen auf Grundlage einiger bestehender Technologien für die Herstellung von E-Fuel getestet und weiter verbessert, um den Weg für kommerzielle Anwendungen zu ebnen. Die nächsten Schritte sind die Bewertung der allgemeinen Durchführbarkeit des Verfahrens und die Suche nach Optionen für eine Vergrößerung“, so Lehtonen.
„Hierbei handelt es sich um einen Meilenstein, der den Prozess der kommerziellen Bereitstellung von paraffinischen E-Kraftstoffen und anderen PtX-Produkten beschleunigt“, stimmt Huber zu.
Eine Zusammenarbeit mit vielen wertvollen Lernmöglichkeiten
Bei der Zusammenarbeit ging es nicht nur um das Abhaken von Kästchen. Es ging darum, zu lernen, die Ergebnisse zu wiederholen und zusammenzuarbeiten, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen. Mit der richtigen Einstellung nach dem Motto „Ich kann etwas tun“.
„Ich freue mich über das Engagement von Neste, in die gesamte Wertschöpfungskette zu investieren und daran teilzunehmen“, hebt Lehtonen hervor. „Wir haben eine ehrliche und aktive Kommunikation mit allen Partnern gepflegt und unsere Gedanken in regelmäßigen Treffen offen ausgetauscht. Der großzügige Austausch von Wissen und unsere kollektive Fähigkeit, Herausforderungen zu meistern, indem wir Probleme gemeinsam lösen, gehören zu den wichtigsten Erkenntnissen aus dem Projekt“, erklärt Lehtonen.
Eine weitere Lernmöglichkeit war die Integration verschiedener Prozesseinheiten in das Pilotprojekt, durch die alle Beteiligten wertvolles Know-How gewinnen konnten.
„Mehrere Akteure waren an der Integration beteiligt, jeder mit seiner eigenen Ausrüstung. Trotz einiger Verzögerungen ist es uns gelungen, das System erfolgreich zu integrieren“, fährt er fort.
„Zusammenarbeit ist ein Schlüsselfaktor für den Erfolg, wie sich bei diesem Projekt gezeigt hat. In der PtX-Wertschöpfungskette wird ein breites Spektrum an Fachwissen benötigt“, so Huber.
Der Weg nach vorn: kleine Schritte zur Kommerzialisierung
Huber und Lehtonen weisen darauf hin, dass die Kommerzialisierung von PtX trotz erfolgreicher Demonstration keine leichte Aufgabe ist. Sie stellt ein gewaltiges Unterfangen dar, das Investitionen in Milliardenhöhe und riesige Mengen an erneuerbarer Energie erfordert.
Da es noch viel zu tun gibt, geht es bei der Stärkung der E-Fuel-Wertschöpfungskette vor allem darum, Partnerschaften zu bilden und gemeinsam Bausteine für die künftige Kommerzialisierung zu schaffen.
„Die Dekarbonisierung des Verkehrssektors und der Schwerindustrie ist die Herausforderung unseres Lebens. Die Bioruukki-Pilotanlage zeigt, dass es möglich ist, den Kohlenstoffkreislauf zu schließen, indem ein Teil des emittierten Kohlendioxids für die Produktion von E-Kraftstoff verwendet wird“, erläutert Huber.
Als unmittelbares Ergebnis des Pilotprojekts wurden bereits einige Hundert Kilo E-Rohöl produziert, das zu paraffinischem E-Fuel raffiniert wird, das demnächst in einem von AGCO Power in Finnland hergestellten Traktor mit Dieselmotor getestet werden soll. Dies ist einer der ersten Schritte zur Erschließung neuer Rohstoffquellen für eine nachhaltigere Zukunft.
