Die Pilotanlage könnte ungefähr so aussehen. (Bild: C1)
Zu den Partnern von C1 zählen das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES, das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, das DBI-Gastechnologische Institut in Freiberg sowie die Technische Universität Berlin. Ziel des Projekts ist, grünes Methanol für die Schiff- und Luftfahrt marktreif und skalierbar herzustellen. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) fördert Leuna100 über die nächsten drei Jahre mit insgesamt 10,4 Mio. Euro.
Warum wird grünes Methanol benötigt?
Die Schifffahrt ist aktuell für den Ausstoß von rund 1,1 Mrd. Tonnen CO₂, was rund 3 % der globalen CO₂-Emissionen entspricht, verantwortlich sowie weiterer gesundheitsschädlicher Luftschadstoffe wie Schwefel- und Stickoxide oder Feinstaub. Das Konsortium gibt an, dass wenn fossiles Öl durch regenerative Schiffskraftstoffe ersetzt würde, sich jedes Jahr mehr als eine Gigatonne CO₂ einsparen ließen. Für Container-Schiffe setzt sich grünes Methanol aktuell als klimaneutrale Treibstoffalternative in der Anwendung durch.
„Die Klimakrise erzwingt eine enorm ambitionierte Reduktion des CO₂-Ausstoßes. Deutschland und die EU haben verbindliche Ziele für den Verkehrssektor und Quoten für erneuerbare Kraftstoffe vorgegeben. Schwer zu elektrifizierende Bereiche wie Schiffs- und Luftverkehr haben aber keinen technisch etablierten Weg, dies ökonomisch und skalierbar zu erfüllen. Regenerative Kraftstoffe auf Basis von grünem Wasserstoff und CO₂ bieten eine Alternative, sind aber noch nicht bereit für den Markthochlauf. Genau hier setzen wir mit dem Projekt ‘Leuna100’ an, indem wir von CO₂ bis Methanol die komplette Prozesskette innovieren und so das günstigste Verfahren zur Herstellung von grünem Methanol etablieren.”, erklärt Dr. Kai junge Puring, Projektleiter am Fraunhofer UMSICHT.
Was sind Sustainable Aviation Fuels (SAF)?
Sustainable Aviation Fuel (SAF) ist der Oberbegriff für alle Flugkraftstoffe, die ohne den Einsatz fossiler Rohstoffe wie Erdöl hergestellt werden und einen reduzierten CO2-Fußabdruck aufweisen. Für die Herstellung von SAF gibt es verschiedene Verfahren – sowohl mit biogenen als auch mit nicht-biogenen Rohstoffen. Die heutigen SAF werden hauptsächlich aus biogenen Reststoffen wie Altspeiseöl hergestellt.
Als so genannte "Drop-in"-Lösung wird es vor dem Transport zum Flughafen mit herkömmlichem Kerosin gemischt. Der nach der Kraftstoffspezifikation zulässige maximale Beimischungsanteil von SAF liegt derzeit bei 50 % – die Kraftstoffnormen sollen jedoch angepasst werden und bis 2030 auch den Einsatz von 100 % SAF ermöglichen.
Warum braucht es einen neuen Herstellungsprozess für grünes Methanol?
Die heutige Produktion von Methanol beruht auf einem einhundert Jahre alten, emissionslastigen Herstellungsverfahren basierend auf fossilem Erdgas oder Kohle. C1 hat einen Katalysator entwickelt, der es ermöglicht, grünes Methanol aus nicht-fossilen Rohstoffen wie Biomasse oder CO₂ wirtschaftlich zu produzieren. Das Verfahren ermöglicht eine Methanolwirtschaft, die den eingesetzten Kohlenstoff in einem kontinuierlichen Kreislauf nutzt, anstatt zusätzliche CO₂-Emissionen zu erzeugen.
„Im Jahr 1923 wurde in Leuna die erste kommerzielle Methanol-Anlage der Welt errichtet. Wir schreiben diese Erfolgsgeschichte nun fort, indem wir genau 100 Jahre später am gleichen Ort den Herstellungsprozess von Methanol komplett neu erfinden“, erklärt Dr. Christoph Zehe, der als Mitgründer von C1 das Projekt verantwortet. „Wir ebnen damit den Weg für die effiziente Nutzung regenerativer Eingangsstoffe zur Herstellung von grünem Methanol im industriellen Maßstab und leisten damit einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung des Chemieparks Leuna zum Zukunftsstandort für grüne Chemie.“
Wie funktioniert das neue Herstellungsverfahren für grünes Methanol?
Eine zentrale Neuerung ist neben der Option der strombasierten und lastflexiblen Nutzung der Synthesegaserzeugung die homogene Katalyse für die Methanolerzeugung selbst. Es kommt nicht wie bisher eine zweidimensionale Oberflächenreaktion mit Festkörperkatalysatoren (heterogene Katalyse) zum Einsatz, sondern die von C1 entwickelte, dreidimensional skalierbare Reaktion in der flüssigen Phase (homogene Katalyse). Diese ist nicht nur selektiv, besser skalierbar und geeignet für einen lastflexiblen Betrieb, sondern bietet auch Kostenvorteile unabhängig von der Anlagengröße. Das eingesetzte CO₂ stammt aus industriellen Prozessemissionen.
Wie soll das Leuna100-Projekt ablaufen?
Für den Markthochlauf des E-Methanol-Verfahrens müssen einzelne Prozessschritte und insbesondere ihre Kopplung zu einem Gesamtprozess skaliert werden. Ziel des Projektes ist, weltweit – nach eigenen Angaben – erstmalig den Gesamtprozess, der aus strombasierter Synthesegas-Erzeugung und einer neu entwickelten Methanolsynthese besteht, unter Realbedingungen zu realisieren.
Michael Seirig, Abteilungsleiter Wasserstofflabore und Feldtests Fraunhofer IWES, ergänzt: “Das Projekt ‚Leuna100‘ adressiert eine zentrale Herausforderung: Es gibt gerade ein sehr großes Momentum im Bereich der regenerativen Kraftstoffe, mit vielen einzelnen Innovationen. Was aber fehlt, ist deren Verknüpfung, um wirklich einen großtechnischen Markthochlauf zu ermöglichen. Viele verschiedene Schritte in der Erzeugung von regenerativen Kraftstoffen lassen sich elektrifizieren und so auf erneuerbare Energien umstellen. Praktisch erfordert die Defossilisierung der Produktion jedoch nicht nur die Befähigung einzelner Teilschritte, sondern die Kopplung und den lastdienlichen Betrieb als Ganzes. Hier schafft die Förderung des BMDV eine Möglichkeit, genau dieses umzusetzen. Mit dem Hydrogen Lab Leuna bietet das Fraunhofer IWES zudem eine einzigartige Forschungsinfrastruktur für die Erprobung von H2- und PtX-Technologien im Industriemaßstab und unter Realbedingungen – damit bestehen optimale Voraussetzung für das Projekt.“
Welcher Partner ist für was zuständig?
C1 stellt den neuen Katalysator sowie den eigens entwickelten und mit dem Unternehmen Oilroq aus Halle realisierten Reaktor zur homogenen Katalyse von Methanol zur Verfügung. Dieser wird an zwei unterschiedliche Technologien gekoppelt, die CO₂-basiert Synthesegas als Eingangsstoff erzeugen: Fraunhofer UMSICHT liefert eine neue Niedertemperatur-Co-Elektrolyse und das Gastechnologische Institut Freiberg setzt eine Reverse-Water-Gas-Shift-Anlage ein. Fraunhofer IWES stellt den Standort sowie die Infrastruktur vor Ort im Hydrogen Lab Leuna zur Verfügung und evaluiert wie lastflexibel die Komponenten und der Gesamtprozess sind. Die TU Berlin entwickelt ein Betriebskonzept auf Basis eines dynamischen Gesamtprozessmodells und erstellt anwendungsnahe mathematische Methoden, um die Lastflexibilität zu bewerten und zu verbessern.
