Aim for 1 Billion Passengers to Fly on Sustainable Fuel Flights by 2025

sustainable aviation fuel

IATA set out an aim for one billion passengers to fly on flights powered by sustainable aviation fuel by 2025.

26 February 2018

Geneva – The International Air transport Association (IATA) set out an aim  for one billion passengers to fly on flights powered by a mix of jet fuel and sustainable aviation fuel (SAF) by 2025. This aspiration was identified on the tenth anniversary of the first flight to blend sustainable aviation fuel and ordinary jet fuel.

On 24 February 2008, a Virgin Atlantic Boeing 747 flew from London to Amsterdam with sustainable aviation fuel in one of its engines. The flight demonstrated the viability of drop-in biofuels, which can be blended with traditional jet fuel, using existing airport infrastructure. A flight completely powered by sustainable fuel has the potential to reduce the carbon emissions of that flight by up to 80%.

“The momentum for sustainable aviation fuels is now unstoppable. From one flight in 2008, we passed the threshold of 100,000 flights in 2017, and we expect to hit one million flights during 2020. But that is still just a drop in the ocean compared to what we want to achieve. We want 1 billion passengers to have flown on a SAF-blend flight by 2025. That won’t be easy to achieve. We need governments to set a framework to incentivize production of SAF and ensure it is as attractive to produce as automotive biofuels,” said Alexandre de Juniac, IATA’s Director General and CEO.

The push to increase uptake of SAF is being driven by the airline industry’s commitment to achieve carbon-neutral growth from 2020 and to cut net carbon emissions by 50% compared to 2005. A number of airlines, including Cathay Pacific, FedEx Express, JetBlue, Lufthansa, Qantas, and United, have made significant investments by forward-purchasing 1.5 billion gallons of SAF. Airports in Oslo, Stockholm, Brisbane and Los Angeles are already mixing SAF with the general fuel supply.

sustainable aviation fuel

On the present uptake trajectory it is anticipated that half a billion passengers will have flown on a SAF-blend powered flight by 2025. But if governments, through effective policy, help the sustainable fuel industry to scale-up its production, it is possible that one billion passengers could experience an SAF flight by 2025. The steps needed to deliver this include:

  • Allowing SAF to compete with automotive biofuels through equivalent or magnified incentives
  • Loan guarantees and capital grants for production facilities
  • Supporting SAF demonstration plants and supply chain research and development
  • Harmonized transport and energy policies, coordinated with the involvement of agriculture and military departments.

Acknowledging that some sources of biofuels for land transport have been criticized for their environmental credentials, de Juniac emphasized strongly the determination of the industry to only use truly sustainable sources for its alternative fuels.

“The airline industry is clear, united and adamant that we will never use a sustainable fuel that upsets the ecological balance of the planet or depletes its natural resources,” he said.

Source: IATA (www.iata.org)

Energiewende braucht PowerFuels

IASA: Nachhaltige Luftfahrt - Sustainable Aviation

Statement von dena-Chef Andreas Kuhlmann zur Agora-Studie „Die zukünftigen Kosten strombasierter synthetischer Brennstoffe“ 

„Im Fokus der kommenden Jahre muss die Zielerreichung für 2030 stehen.“

Andreas Kuhlmann, Vorsitzender der dena-Geschäftsführung

Ich freue mich, dass Agora-Energiewende und Agora-Verkehrswende die Notwendigkeit hervorheben, sich viel intensiver als bisher mit synthetischen Brennstoffen zu beschäftigen. Der Kreis derjenigen, die auf eine rein direktelektrische Nutzung von erneuerbarem Strom bauen, um die klimapolitischen Ziele zu erreichen, wird erfreulicherweise immer kleiner.

PowerFuels

Die Deutsche Energie-Agentur (dena) beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit gasförmigen und flüssigen Kraft- und Brennstoffen, die mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Energien synthetisch erzeugt werden. Sie können vielfältig eingesetzt werden: als Kraftstoff im Verkehr sowie zur Erzeugung von Wärme und Strom. Die Umwandlungsverfahren sind unter Begriffen wie Power to Gas (Strom zu Gas) und Power to Liquid (Strom zu Flüssigkeit) bekannt. Wir sprechen deshalb bei diesen synthetischen Kraft- und Brennstoffen auch von (Green) PowerFuels.

Insbesondere die Zwischenergebnisse der von rund 60 Stakeholdern getragenen dena-Leitstudie Integrierte Energiewende haben deutlich gemacht: Um die klimapolitischen Ziele zu erreichen, benötigen wir einen Mix unterschiedlicher Energieträger mitsamt ihrer Infrastrukturen. PowerFuels sind eine unabdingbare Voraussetzung für den Klimaschutz und für eine erfolgreiche integrierte Energiewende. In einer weiteren Studie haben wir die Potenziale für den europäischen Verkehrssektor untersucht. Demnach werden selbst in einem Szenario, das stark auf batterieelektrische Antriebe setzt, mehr als 70 Prozent des Endenergiebedarfs durch PowerFuels gedeckt, vor allem im Flug-, Schiff- und Güterverkehr. In einer Studie, die die Allianz für Gebäude-Energie-Effizienz (geea) und die dena gemeinsam mit Branchenverbänden erarbeitet haben, haben wir auch den Gebäudesektor genauer untersucht. Anders als die beiden Agora-Organisationen kommen wir zu dem Ergebnis, dass PowerFuels auch im Gebäudebereich eine wichtige Rolle spielen können. Die Energiewende im Gebäudesektor lässt sich bis 2050 am besten realisieren, wenn alle verfügbaren Effizienztechnologien wirtschaftlich eingesetzt und die Infrastrukturen für Strom, Gas und Öl effizient mit erneuerbaren Energieträgern genutzt werden.

Dass nun mehr und mehr Akteure zu ähnlichen Erkenntnissen kommen, liegt auch daran, dass eine integrierte und sektorübergreifende Betrachtung der Energiewende immer mehr in den Fokus der energie- und klimapolitischen Debatte rückt. Das ist gut so. Die Herausforderung besteht darin, die wachsende Zahl an Komponenten aus allen Sektoren unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Infrastrukturen aufeinander abzustimmen und in ein intelligentes und nachhaltiges Energiesystem zu integrieren. Um dahin zu kommen, müssen wir die gegenwärtigen politischen und regulatorischen Aktivitäten in den verschiedenen Sektoren und Märkten grundsätzlich überdenken.

Es zeigt sich, dass Transformationspfade, die stärker auf die Potenziale von PowerFuels setzen, zum Beispiel mit deutlich niedrigeren Sanierungsraten im Gebäudebereich auskommen. Sie erfordern auch weniger gesicherte Leistung in der Energieversorgung und führen möglicherweise zu einem deutlich günstigeren Netzausbau, insbesondere auf der Verteilnetzebene. Eine systemische Betrachtung kommt also zu anderen Ergebnissen als eine rein physikalische, die vor allem den Wirkungsgrad einzelner Technologien als entscheidendes Kriterium ansieht. Wie wichtig PowerFuels sind, zeigt schließlich auch die kürzlich von der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina, der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften acatech und der Union der deutschen Akademien der Wissenschaften gemeinsam vorgestellte Studie „‚Sektorkopplung‘ – Optionen für die nächste Phase der Energiewende“.

So eindeutig es bereits jetzt schon ist, dass die klimapolitischen Ziele ohne eine stärkere Befassung mit PowerFuels nicht zu erreichen sein werden: Es gibt nach wie vor eine ganze Reihe wichtiger Fragen zu klären. Um in diesen Fragen voranzukommen, brauchen wir stärkere Akzente in der Forschung, günstigere regulatorische Rahmenbedingungen für die Entwicklung eines Marktes für PowerFuels, vor allem aber auch einen intensiven internationalen Austausch. Denn allein mit den in Deutschland oder Europa erzeugten erneuerbaren Energien werden sich nicht ausreichend PowerFuels für Deutschland beziehungsweise Europa herstellen lassen. Die dena ist gegenwärtig dabei, einen solchen internationalen Austausch auf den Weg zu bringen und lädt Interessenten im In- und Ausland ein, sich daran zu beteiligen.

Agora-Studie

Agora-Energiewende und Agora-Verkehrswende haben mit ihrer Studie einen wichtigen Beitrag für die Debatte geliefert, auch wenn natürlich über einige Punkte weiter diskutiert werden muss. Unter anderem plädieren sie für einen Öl-/Gas-Ausstiegskonsens, um den Weg für synthetische Brennstoffe zu ebnen. Darauf muss man nicht warten. Deutschland wird sich in den kommenden Monaten intensiv mit der Erstellung eines Zeitplans zur Beendigung der Kohleverstromung befassen. In wenigen Jahren werden die letzten Kernkraftwerke vom Netz gehen. Die Versorgung mit Öl und Gas aus fossilen Quellen kann und muss Schritt für Schritt durch PowerFuels ergänzt werden. Hier die richtigen und attraktiven Akzente im Markt und bei der Forschung zu setzen, um die Potenziale weiter auszuloten, ist sicherlich vordringlicher als ein weiterer komplizierter Ausstiegsdialog.

Im Fokus der kommenden Jahre muss die Zielerreichung für das Jahr 2030 stehen. Das erfordert ein starkes Umdenken der bisherigen Energie- und Klimapolitik und vor allem auch einen innovationsfreundlichen Rahmen, in dem die verschiedenen Technologien ihren Beitrag zum Klimaschutz leisten können.

Immerhin: Im Koalitionsvertrag gibt es Ansätze für eine Weiterentwicklung von PowerFuels unter den Stichworten synthetische Kraftstoffe, Power to Gas, Wasserstoff und Power to Liquid. Darauf lässt sich aufbauen. Trotz aller bisherigen Restriktionen ist Deutschland Vorreiter in Sachen PowerFuels für eine integrierte Energiewende. Über 30 Pilot- und Demonstrationsanlagen sind bereits in Betrieb. Wir haben das richtige „Ecosystem“, um weitere Fortschritte zu machen. Ein Fortschritt bei PowerFuels hat also nicht nur eine unabdingbare klimapolitische Komponente. Es gibt auch eine Vielzahl industriepolitischer Aspekte, die dafür sprechen.

Quelle: Deutsche Energie-Agentur (dena)


 

Strombasierte Brennstoffe

Agora Verkehrswende und Agora Energiewende legen Studie zu Einsatzmöglichkeiten und Kosten von aus erneuerbarem Strom produzierten Kraftstoffen und Gasen vor

Berlin, 13. Februar 2018.

Steigende Anforderungen an den Klimaschutz, wie im Koalitionsvertrag zwischen Union und SPD vereinbart, erfordern langfristig den gezielten Einsatz strombasierter synthetischer Brennstoffe und den Ausstieg aus fossilem Öl und Gas. Damit die gegenwärtig sehr hohen Kosten für die Herstellung solcher strombasierten Energieträger sinken, sollte frühzeitig und kontinuierlich in den Bau von Erzeugungsanlagen investiert werden, empfehlen die beiden Thinktanks Agora Energiewende und Agora Verkehrswende. Es geht um „eine internationale 100-Gigawatt- Herausforderung“ und um einen „Öl- und Gaskonsens“, heißt es in einer gemeinsamen Analyse der beiden Stiftungs-Initiativen.

Aus erneuerbarem Strom erzeugtes Gas wird langfristig nicht nur zwecks Rückverstromung benötigt, um bei vorübergehend geringer Einspeisung von Strom aus Windenergie und Photovoltaik („Dunkelflaute“) die klimaneutrale Elektrizitätsversorgung zu sichern. Synthetisches Gas oder synthetisch hergestellter flüssiger Kraftstoff sind darüber hinaus als Ergänzung der direkten Erneuerbaren-Energien- und Stromnutzung für die sehr weitgehende Dekarbonisierung des Verkehrs, der Industrie und der Wärmebereitstellung aus heutiger Sicht unverzichtbar.

Allerdings sollten synthetische Brennstoffe nur sehr gezielt genutzt werden – „wie ein Joker beim Kartenspiel“, sagt Patrick Graichen, Direktor von Agora Energiewende. „Dort, wo sie wirklich Vorteile bringen und nicht durch bereits vorhandene Trümpfe ersetzbar sind. Vor allem im Flug- und Schiffsverkehr, bei chemischen Grundstoffen und für Hochtemperaturwärme. Wo wir jedoch Strom direkt nutzen können, etwa im Gebäudesektor, sollten wir das tun. Es wird immer günstiger und effizienter sein als die Nutzung synthetischer Brennstoffe.“

Christian Hochfeld, Direktor von Agora Verkehrswende dämpft insbesondere die Hoffnung, dass synthetische Kraftstoffe für Pkw mit Verbrennungsmotor eine Brücke ins Zeitalter der Klimaneutralität seien. „Ein mit synthetischem Sprit fahrendes Verbrenner-Fahrzeug benötigt für die gleiche Strecke rund fünfmal so viel Strom als Ausgangsprodukt wie ein batteriebetriebenes Elektroauto. Das ist nicht nur extrem ineffizient, sondern auch teuer. Synthetischer Kraftstoff ist deshalb alles andere als ‚Wunderdiesel‘“, sagt Hochfeld. „Er kann eine Ergänzung zur E-Mobilität sein, keine Alternative.“

Synthetische Brennstoffe werden aus elektrischer Energie erzeugt. Hierzu wird mittels Elektrolyse zunächst Wasserstoff und anschließend durch Hinzufügen von Kohlenstoffmolekülen Methan oder flüssiger Kraftstoff produziert. Im Vergleich zur direkten Stromnutzung liegt der Vorteil synthetischer Brennstoffe in ihrer hohen Energiedichte, ihrer guten Speicherbarkeit und der zum Teil bereits vorhandenen Verteil- Infrastruktur. Allerdings ist die Produktion mit hohen energetischen Umwandlungsverlusten verbunden: So können von ursprünglich 100 Kilowattstunden Strom beispielsweise in einem Verbrenner-Pkw nur 13 Kilowattstunden unmittelbar für die Fortbewegung verwendet werden.

Der in Deutschland kurz- und mittelfristig anfallende Überschussstrom von Solar- und Windparks bietet laut der Studie der beiden Thinktanks „rein mengenmäßig keine ausreichende Basis für den wirtschaftlichen Betrieb“ von Anlagen zur Erzeugung synthetischer Brennstoffe. Vielmehr muss der Strom dafür in eigens errichteten Anlagen erzeugt werden; synthetischer Brennstoff hat deshalb die Vollkosten der benötigten Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien zu tragen. Daher ist eine Kilowattstunde davon anfänglich mit 20 bis 30 Eurocent rund fünfmal so teuer wie beispielsweise fossiler Dieselkraftstoff.

Allerdings lassen sich langfristig Kostensenkungen erzielen, wenn synthetische Brennstoffe dort hergestellt werden, wo sich Erneuerbarer Strom über viele Stunden pro Jahr besonders billig erzeugen lässt, beispielsweise in Marokko, in Saudi-Arabien oder auch in Windparks in der Nord- oder Ostsee. Das geht aus dem zweiten Teil der Studie hervor, der im Auftrag von Agora Energiewende und Agora Verkehrswende von dem international tätigen Beratungsunternehmen Frontier Economics angefertigt wurde. Die Kosten für synthetisches Gas, das aus Nordafrika importiert wird, können danach bis Mitte des Jahrhunderts auf etwa 10 Cent pro Kilowattstunde fallen. Werden synthetische Brennstoffe importiert, um in Deutschland zur Emissionsminderung beizutragen, ist in besonderem Maße darauf zu achten, dass die Herstellung in den Herkunftsländern Nachhaltigkeitskriterien gerecht wird. Unter anderem ist sicherzustellen, dass der erneuerbare Strom für die synthetischen Energieträger zusätzlich erzeugt und gegebenenfalls benötigter Kohlenstoff der Luft entnommen wird. Außerdem dürfen in den Herkunftsländern Strategien zur Energieversorgung und zum Klimaschutz nicht beeinträchtigt werden.

Agora Energiewende und Agora Verkehrswende warnen davor, fossiles Öl und Gas eins zu eins durch synthetische Brennstoffe zu ersetzen. Die Bedingungen für den Ausstieg aus den fossilen und den Einstieg in synthetische Brennstoffe sollten in einem Öl- und Gaskonsens zwischen Politik und Wirtschaft vereinbaret werden.

nachhaltige Luftfahrt

 

 

 

 

 

Die Studie mit dem Titel: „Die zukünftigen Kosten strombasierter synthetischer Brennstoffe“ steht unter www.agora-verkehrswende.de sowie unter www.agora- energiewende.de kostenlos zum Download zur Verfügung. Begleitend dazu wird ein Excel- Tool angeboten, mit dem sich die Gestehungskosten von synthetischen Brennstoffen in Abhängigkeit von verschiedenen Annahmen berechnen lassen.

 

Quelle: Agora Verkehrswende


 

EE-Strom im (Luft-)Verkehr

Power-to-Liquid

MITTEL- UND LANGFRISTIGE POTENZIALE VON PTL- UND H2-IMPORTEN AUS INTERNATIONALEN EE-VORZUGSREGIONEN

Die Bundesregierung hat sich völkerrechtlich verbindliche Klimaziele gesetzt, die bis 2050 ein weitgehend treibhausgasneutrales Deutschland vorsehen. Doch welche Antworten kann es hierbei für ein stetig steigendes Verkehrsaufkommen geben, das insbesondere im Flug- und Seeverkehr nicht mit heute absehbaren Lösungen durch die Elektromobilität gedeckt werden kann? Ist die Herstellung von strombasierten Kraftstoffen im Ausland ein Lösungsweg?

Eine aktuelle Untersuchung des Fraunhofer IWES in Kassel hat Gestehungskosten von synthetischen Flüssigkraftstoffen in Form von PtL (Power-to-Liquid) und LH2 (flüssiger Wasserstoff) an globalen Standorten bewertet. Dazu wurden umfassende Analysen verschiedener Standorte auf Basis räumlich-zeitlich hochaufgelöster EE-Erzeugungszeitreihen für Wind- und Sonnenenergie unternommen und eine kostenoptimale Systemauslegung für die einzelnen Standorte bestimmt. Zusätzlich wurde eine Flächenpotenzialermittlung für eine Bespielregion durchgeführt, um einen ersten Eindruck zum Flächenbedarf für die Flüssigkraftstoffproduktion aus EE zu erlangen.

EE-Vorzugsregionen

Im Vergleich zu einer nationalen oder europäischen Erzeugung hat sich ein deutlicher wirtschaftlicher Vorteil für die Nutzung internationaler EE-Vorzugsregionen gezeigt, trotz der zusätzlichen Aufwände für die Abscheidung von CO2 aus der Luft im PtL-Pfad.

Power-to-Liquid

Globale Kraftstoffgestehungskosten aus internationalen EE-Vorzugsregionen werden dabei um den Faktor 1,6 – 1,4 günstiger als europäische sein. Eine Kombination aus Windenergie- und PV-Anlagen führt zur kostenoptimalen Systemauslegung mit zum Teil über 6.000 Volllaststunden der Kraftstoffproduktionsanlagen. Die oftmals als Hemmnis diskutierte CO2-Abscheidung aus der Luft erscheint technisch und wirtschaftlich möglich (auch wenn Großanlagen noch ausstehen), da der vor allem thermisch anfallende Energieaufwand kostengünstig über Stromspitzen oder Wärmepumpen gedeckt werden kann. Standorte, die nicht über hohe Windressourcen verfügen erscheinen benachteiligt. Die Bandbreite für die Kraftstoffgestehungskosten im langfristigen Szenario liegt etwa zwischen 100 €/MWhPtL und 160 €/MWhPtL.

Kombination aus Wind und PV zielführend

Auch im Fall von flüssigem Wasserstoff (LH2) erscheint eine Kombination aus Wind und PV zielführend. Allerdings wurde nicht an allen Standorten ein ausgeglichenes Ausbauverhältnis von Windenergie- und PV-Anlagen identifiziert. Es erscheinen somit für Wasserstoff nicht ausschließlich Standorte mit sowohl hohen Wind- als auch Solarressourcen geeignet zu sein und infolgedessen ergibt sich global ein viel größeres Flächenpotenzial.

Erstaunlich ist, dass die Kostenunterschiede zwischen dem aufwändigeren PtL im Vergleich zu LH2 mit maximal 9% relativ gering sind. Denn die Aufwendungen für CO2-Abscheidung und Fischer-Tropsch-Synthese müssen den Aufwendungen für die Wasserstoffverflüssigung gegenüber gestellt werden. Je weiter die Produktion der Kraftstoffe von Deutschland entfernt ist, desto geringer fallen die Unterschiede ins Gewicht. Die Entscheidung zwischen einem PtL-basierten und einem Wasserstoff-basierten Technologiepfad müsste sich damit nicht über das Angebotspotenzial im Ausland, sondern notwendigerweise über Vorteile bei den Anwendungstechnologien in Deutschland unter Lösung der damit verbundenen infrastrukturellen Anforderungen entscheiden.

Durch die Untersuchung einer Beispielregion in Marokko wurde deutlich, dass ein hoher Flächenbedarf zur Flüssigkraftstoffproduktion benötigt wird. Zu hinterfragen ist auch, wie schnell ein solcher globaler Markt realistisch wachsen könnte. Dem muss die mögliche Nachfrage gegenübergestellt werden. So ist trotz Effizienzmaßnahmen im Flugsektor mit einem Anstieg des globalen Flugverkehr-Kraftstoffverbrauchs von heute ca. 2.400 TWh auf ca. 3.700 TWh in 2030 und auf 6.700 TWhPtL bis 2050 zu rechnen. Dies stellt mit einen jährlichen Anstieg von 100 bis 130 TWh/a und langfristig fast einer Verdreifachung der Kraftstoffnachfrage eine gewaltige Herausforderung für den globalen Klimaschutz dar. Es ist anzunehmen, dass die Nachfrage durch den starken Anstieg des globalen Luft- und Seeverkehrs einen möglichen Markthochlauf von PtL in internationalen EE-Vorzugsregionen bei weitem übersteigen würde.

Die detaillierten Ergebnisse finden Sie in der entsprechende Studie, die auf unserer PtL-download-area bereit steht (mit freundlicher Genehmigung von Fraunhofer IEE).

Quelle: Fraunhofer IEE https://www.iee.fraunhofer.de


 

Power-to-X

Power-to-X

Fraunhofer IMM betreibt Katalysatorentwicklung im Labor- und Industriemaßstab

Presseinformation / 1.3.2018

Das Fraunhofer IMM baut seine Kompetenzen im Bereich der heterogenen Katalyse stetig weiter aus. Ab 2019  ermöglicht eine knapp 2.000 qm große Labor- und Technikumsfläche noch bessere Arbeitsmöglichkeiten für die Katalysatorentwicklung, aber auch Untersuchung und Bearbeitung von Pilotanlagen und großskaligen chemisch-verfahrenstechnischen Reaktoren. Die aktuell vorhandene technische Infrastruktur ermöglicht die Entwicklung und Herstellung neuartiger Katalysatoren, deren Beschichtung auf unterschiedlichste Katalysatorträger sowie Aktivitäts- und Stabilitätstests. Die zur Verfügung stehenden Entwicklungs- und Untersuchungsmöglichkeiten richten sich insbesondere an externe Auftraggeber, werden aber auch zur Unterstützung eigener Forschungsarbeiten im Bereich neuer Energieerzeugungs und -speicherungssysteme sowie dezentraler regenerativer Treibstoffsyntheseanlagen eingesetzt. Die dort angewandten Technologien und Konzepte werden in vielen Bereichen, wie der Energieerzeugung im Luftfahrtbereich, künftig wegweisend sein.

Dr. Helmut Pennemann leitet am Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme die Gruppe „Katalyse“, die seit 15 Jahren in zahlreichen Projekten Katalysatorentwicklung sowie Auftragsarbeiten für Industriekunden umsetzt. Ein Großteil der chemischen und petrochemischen Prozesse, aber auch die Abgasreinigung vor allem im Automobilbereich, ist ohne Katalyse nicht denkbar. „Am Fraunhofer IMM machen wir Katalysatorformulierungen aus der Grundlagenforschung fit für technische Systeme“, so Pennemann. Seine Gruppe arbeitet eng mit den Gruppen „Reaktor- und Komponentendesign“ und „Prozessdesign und Anlagenentwicklung“ des Institutes zusammen. So bekommt der Kunde ein rundes Gesamtkonzept eines für ihn maßgeschneiderten Prozesses. „Der Einsatz unserer mikrostrukturierten Reaktortechnik erlaubt die problemlose Hochskalierung der Prozesse bis in den Megawattmaßstab“, so Prof. Dr. Gunther Kolb, Leiter des Bereiches Energie- und Chemietechnik am IMM.

Katalysatorentwicklung am Fraunhofer IMM

Die Entwicklungstätigkeiten der Arbeitsgruppe sind auf Katalysatoren zur Herstellung von Wasserstoff aus fossilen und regenerativen Energieträgern, von regenerativen Treibstoffen und für Verbrennungsreaktionen fokussiert. In Kooperation mit Partnern aus der Grundlagenforschung, dem Anlagenbau und unterschiedlichsten Industriesparten werden Katalysatoren synthetisiert, getestet und für den Einsatz in der Energietechnik weiterentwickelt. Die Langzeitstabilität und Robustheit z. B. gegen Katalysatorgifte stehen dabei im Vordergrund. Das Institut kooperiert intensiv  u. a. mit der Technischen Universität Eindhoven, an der Kolb als Teilzeitprofessor tätig ist.

Eine enge Zusammenarbeit besteht zudem mit der Firma Diehl Aerospace, mit der Fraunhofer IMM einen Energietrolley zur Stromversorgung von Passagierflugzeugen entwickelt. Sämtliche Katalysatoren des Prozesses sind Eigenentwicklungen des Forschungsinstitutes. Mit Hilfe der institutseigenen Infrastruktur werden die Katalysatoren synthetisiert, charakterisiert und unter realistischen Bedingungen auf ihre Robustheit und Langzeitstabilität getestet. Die Katalysatoren können in Mengen von mehreren Kilogramm hergestellt werden. Die Beschichtung von mikrostrukturierten Reaktoren kann mit einem selbst entwickelten, weltweit einmaligen Siebdruckverfahren automatisiert erfolgen. Mit dem Verfahren wurde schon die Markteinführung eines Energieerzeugungssystems durch einen Kunden erfolgreich unterstützt.

Power-to-X

Foto Fraunhofer IMM

Power-to-X

Durch ihre langjährige Tätigkeit verfügt die Gruppe „Katalyse“ über ein weitreichendes internationales Netzwerk mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie. „In den letzten Jahren konnten wir unsere Kompetenzen deshalb verstärkt erfolgreich als Dienstleister anbieten“, so Pennemann. Die Kunden stammen aus der chemischen Industrie, der Automobil- und Luftfahrtindustrie, aber auch aus der Medizintechnik. Die am Fraunhofer IMM angebotene Infrastruktur zur Synthese, Charakterisierung und Evaluierung von Katalysatoren ist auch für Unternehmen interessant, die sich mit Technologien zur Nutzung von regenerativen Stromüberschüssen (Power-to-X) beschäftigen. In einer internen Kooperation mit dem Fraunhofer IWES wird zurzeit an der Methansynthese aus Kohlendioxid geforscht. Eine Anlage im 50 kW Maßstab befindet sich im Aufbau.

Ausstattung des Fraunhofer IMM für Auftragsarbeiten im Bereich der Katalyse

  • Präparation von Katalysatoren bis in den halbtechnischen Maßstab: Equipment für die Synthese heterogener Katalysatoren mittels Fällungsreaktion, Imprägnierung sowie weiterer Methoden
  • Produktion von Mustermengen: Große Kugelmühlen und Siebmaschinen für die Zerkleinerung und Fraktionierung des Katalysatorpulvers bis in den Kilogrammmaßstab
  • Automatisierte Auftragung: Siebdruckmaschine zur Aufbringung von Katalysatorbeschichtungen
  • Temperaturbehandlung: Öfen mit einem Nutzraum von mehr als 500 Litern für das Kalzinieren der Katalysatorpulver und die Temperaturbehandlung der beschichteten Katalysatorträger
  • Untersuchung heterogen katalysierter Gasphasenreaktionen: 11 Teststände ausgestattet mit einer Dosierung von gasförmigen und verdampfbaren Ausgangsstoffen und geeignet für Aktivitätsuntersuchungen unter Variation verschiedener Reaktionsparameter (Temperatur, Druck, Gaszusammensetzung, Flussrate usw.)
  • Untersuchung der Langzeitstabilität: Teststände mit einer langzeittesttauglichen Sicherheitsausstattung und Automatisierung für die Untersuchung von Katalysatoren unter realen Prozessbedingungen
  • On-line Analysesysteme zur Bestimmung der Produktgaszusammensetzung: Ausstattung sämtlicher Anlagen mit on-line Analytik (4 Zweikanal GC, 6 Mikro-GC, 1 On-line MS, 3 GC-MS, 2 Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer)
  • Für die Untersuchung der Katalysatoren in größeren Reaktoren unter Prozessbedingungen stehen mehrere Technikumsanlagen zur Verfügung, in denen die Versuchsbedingungen individuell auf die jeweilige Untersuchung angepasst werden können
  • Gesamtprozesse können im Miniplantmaßstab untersucht werden
  • Für die Charakterisierung der heterogenen Katalysatoren stehen eine Reihe von Charakterisierungsmethoden zur Verfügung (TG, N2-Physisorption, REM, TEM)
  • Extern kann auf weitere Charakterisierungsmethoden zurückgegriffen werden (XRF, XRD, XPS)

Quelle: Fraunhofer IMM