06.10.2022 • EnergiePlasma

Auf dem Weg zum CO2-neutralen Fliegen

Im Projekt „Kerogreen“ haben Forscher ein innovatives Herstellungsverfahren für nachhaltigen Flugtreibstoff entwickelt.

Den Luftverkehr CO2-neutral zu organisieren ist eine große Heraus­forderung. „Batterien, Wasserstoff und Hybrid­lösungen sind aufgrund ihrer geringen Energie­dichte ungeeignet“, sagt Peter Pfeifer vom Karlsruher Institut für Technologie. „Biokraft­stoffe wiederum stehen aufgrund der benötigten Anbau­flächen in Konkurrenz mit der Nahrungs­mittel­produktion und dem Naturraum.“ Um das CO2-neutrale Fliegen trotzdem zu ermöglichen, haben Pfeifer und die beteiligten Partner des EU-Projekts „Kerogreen“ einen weiteren Weg erforscht: Kerosin aus Luft und Wasser. „Mit erneuer­barer Energie und CO2 direkt aus der Atmosphäre entsteht dabei ein geschlossener Kohlen­stoff­kreis­lauf. Wir können sogar die bestehende Infrastruktur für die Lagerung, den Transport, die Betankung der Flugzeuge und vor allem die Trieb­werks­technik weiter­nutzen“, so Pfeifer. Darüber hinaus würde synthetisches grünes Kerosin keinen Schwefel sowie weniger Ruß und Stick­stoff­oxide emittieren.

 

Abb.: Die Forschungs­anlage von Kero­green mit dem Plasma­reaktor am KIT....
Abb.: Die Forschungs­anlage von Kero­green mit dem Plasma­reaktor am KIT. (Bild: A. Bram­siepe, KIT)

Um den Treibstoff in aus­reichendem Maß herstellen zu können, haben die Projekt­partner in vier­ein­halb Jahren ein skalier­bares Verfahren entwickelt, das auf einer neuen Plasma­techno­logie basiert und in ein Container­modul passt. Die Arbeiten hat das Dutch Institute for Fundamental Energy Research in Eindhoven koordiniert, eine Forschungs­anlage wurde am KIT aufgebaut. Die Technologie befindet sich damit in der letzten Phase der System­integration, in der die einzelnen Elemente bereits zu einer geschlossenen Einheit verbunden sind, sich aber noch auf einem unter­schied­lichen Entwick­lungs­stand befinden. „Das neue Herstellungs­verfahren ist besonders ressourcen­schonend, weil keine seltenen Rohstoffe verwendet werden“, so Pfeifer.

Der Prozess basiert im Wesent­lichen auf drei Schritten: Das CO2 aus der Umgebungs­luft wird zunächst in einen Reaktor geführt, in dem es durch ein mit Mikro­wellen­strahlung erzeugtem Plasma in Kohlen­monoxid und Sauerstoff zerlegt wird. Anschließend wird der Sauerstoff entfernt, während das CO in einem zweiten Reaktor zu Teilen mittels Wassergas-Shift-Reaktion in Wasserstoff umgewandelt wird. Dieser Wasserstoff und das verbleibende CO – in der Kombination als Synthesegas bezeichnet – wird in einem dritten Reaktor mittels Fischer-Tropsch-Synthese in Kohlen­wasser­stoffe umgewandelt. Hoch­molekulare Kohlen­wasser­stoffe, die nicht für die Produktion von Kerosin verwendet werden können, werden in der Anlage prozess­intern gespalten. Das finale Produkt ist der Grund­bestand­teil der im Flugverkehr üblichen Kraftstoffe. Dieses Rohmaterial kann anschließen zum erwünschten Kerosin veredelt oder auch direkt als Energie­speicher gelagert werden.

Mit der Plasma­techno­logie wären nach Erkennt­nissen der Forscher Anlagen bis in den Megawatt­bereich möglich. Sie eigne sich aber auch für den Einsatz in kleinen, dezentralen Produktions­anlagen im Container­format. „Zukünftige Anlagen werden modular und skalierbar sein und könnten deshalb einfach in einen Offshore-Windpark oder in einen Solarpark in der Wüste integriert werden“, sagt Pfeifer. „Wenn dann Wind oder Sonne mal nicht vorhanden sind, würde sich der Plasma­reaktor vorrüber­gehend ausschalten und mit verfüg­barer Energie einfach wieder hochfahren.“ Die Ergebnisse aus dem Projekt werden nun sorgsam analysiert und insbesondere von den industri­ellen Partnern bereits für die Umsetzung von einzelnen Prozess­schritten genutzt.

KIT / RK

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