Hochdrucktechnik für den Transport von E-Fuels

E-Fuels, oder synthetische Kraftstoffe, werden durch die Umwandlung von erneuerbarer Energie, Kohlendioxid und Wasser erzeugt und verfügen über die gleichen Eigenschaften wie Benzin, Diesel oder Kerosin. Der Hauptvorteil dieser Kraftstoffe ist, dass sie sich in Verbrennungsmotoren einsetzen lassen, was sie beispielsweise zu einer attraktiven Option für die Schifffahrt macht – einer Branche, die aufgrund ihrer Größe und Komplexität nicht so schnell auf neue Technologien umsteigen kann. Zudem sind E-Fuels kohlenstoffneutral, sofern der zum Herstellen verwendete Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, somit tragen sie dazu bei, Treibhausgase zu verringern. Außerdem kann neben den Verbrennungsmotoren auch andere bestehende Infrastruktur genutzt werden – beispielsweise für den Transport.

Flüssigkeiten mit Verdrängerpumpen fördern

Verdrängerpumpen, Hochdruckpumpen, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeiten, bewegen Flüssigkeiten über weite Strecken in der bestehenden Infrastruktur. Dafür treibt ein Motor eine Kurbelwelle an, die wiederum über Pleuelstangen die Plunger oder Kolben bewegt. Diese lineare Bewegung erzeugt in der Pumpenkammer einen Wechsel zwischen Unterdruck (Saugphase) und Überdruck (Druckphase). Während der Saugphase öffnet sich das Einlassventil durch den Unterdruck, und die Flüssigkeit füllt den Raum vor dem Plunger. In der Druckphase schließt das Einlassventil, der Plunger drückt die Flüssigkeit aus der Kammer, das Auslassventil öffnet sich durch den Überdruck, und die Flüssigkeit wird durch die Leitung gepumpt.

Moderne Hochdruckpumpen sind oft mit variablen Frequenzantrieben (VFD) ausgestattet, die ermöglichen, die Pumpengeschwindigkeit und damit den Flüssigkeitsstrom präzise zu steuern. Dies ist gerade in Anwendungen wichtig, bei denen Anwender Flüssigkeitsmengen genau dosieren oder den Druck in einem System präzise regeln wollen.

Erneuerbare Energie aus entfernten Regionen nutzen

Der Transport von E-Fuels mit Verdrängerpumpen ist ein technisches Feld, das Wissen über Fluidmechanik, Materialwissenschaften und Prozesssteuerung erfordert. Damit können E-Fuels über weite Strecken mit geringen Energieverlusten transportiert werden, wodurch Anwender Sonnen- und Windstrom aus entfernten Regionen weltweit nutzen können. Da E-Fuels technisch einfach speicherbar sind, können sie in großen Mengen transportiert und gelagert werden.

Zudem können Anwender E-Fuels überall dort nutzen, wo sie bisher konventionelle Kraft- und Brennstoffe einsetzen. Dazu gehören neben dem bereits genannten Schiffsverkehr der Flugverkehr und Teile des Schwerlastverkehrs auf der Straße. Durch das Ersetzen fossiler Brennstoffe in diesen Bereichen wird der CO2-Ausstoß reduziert.

Herausfordernde Stoffeigenschaften

Die Produktion von E-Fuels findet bestenfalls in Regionen mit idealen Bedingungen wie hoher Sonneneinstrahlung und starkem Wind statt – diese Standorte liegen jedoch oft weit entfernt von den Verbrauchszentren, was große Transportstrecken erforderlich macht. Zudem wird für die Herstellung konzentriertes CO2 benötigt – in manchen Produktionsregionen fehlen jedoch geeignete Quellen, sodass das Kohlendioxid zunächst aus der Umgebungsluft gewonnen und transportiert werden muss. Darüber hinaus ist die Produktion der alternativen Kraftstoffe sehr wasserintensiv, mit einem Bedarf von etwa drei Litern Wasser pro Liter E-Fuel. Neben Kohlendioxid muss häufig auch Wasser über weite Strecken zu den oft wasserarmen, aber sonnenintensiven Produktionsstandorten transportiert werden.

Der Transport über Tausende Kilometer Pipeline erfordert Hochdruckpumpen, die die Flüssigkeiten effizient – mit minimalen Energieverlusten – über diese weiten Distanzen befördern. Wo möglich, sollte auf bestehende Pipeline-Infrastruktur zurückgegriffen werden. Jedoch müssen die Hochdruckpumpen dann in der Lage sein, in diese Systeme integriert und den Anforderungen der E-Fuel-Förderung gerecht zu werden.

Die Stoffeigenschaften einiger E-Fuel-Varianten wie Ammoniak oder Methanol stellen eine Herausforderung dar. Diese Stoffe sind giftig, brennbar und korrosiv, was spezielle Sicherheitsmaßnahmen beim Transport erfordert, besonders an die Hochdruckpumpen. Manche Varianten sollten nur bei bestimmten Temperaturen gefördert werden, um eine Gasblasenbildung zu vermeiden, die die Verbrennung beeinträchtigen könnte. Die Hochdruckpumpen und die Transportinfrastruktur müssen daher über ein effektives Temperaturmanagement verfügen.

Hochdrucktechnik adressiert Anforderungen

Aufgrund der genannten Herausforderungen beim Transport von E-Fuels bieten sich speziell ausgelegte Pumpensysteme an. Der Hersteller Kamat adressiert mit seiner Hochdrucktechnik gezielt die technischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen, die beim Handhaben und Fördern von flüssigem CO2 und E-Fuels wie Ammoniak und Methanol nötig sind.

Der Hersteller hat beim Entwickeln seiner Pumpenkonstruktionen die anspruchsvollen Bedingungen berücksichtigt, weswegen die Systeme selbst unter herausfordernden Einsatzbedingungen zuverlässig ihre Leistung erbringen. Die Dichtungssysteme sind so konzipiert, dass sie sicher und effizient beim Fördern der alternativen Kraftstoffe sind und unmittelbar auf potenzielle Leckagen reagieren können, was die Betriebssicherheit erhöht.

Da die Konstruktionen des Herstellers anpassungsfähig sind, können Anwender sie in vorhandene maritime Antriebssysteme integrieren und sich selbst ein Umstellen auf E-Fuels erleichtern. Angesichts der spezifischen Temperaturanforderungen sorgen die Pumpensysteme dafür, dass Ammoniak und Methanol während des Förderprozesses im richtigen Temperaturbereich bleiben – essenziell für eine effiziente Verbrennung ohne Gasbildung. Durch den Einsatz dieser spezialisierten Lösungen wird das Risiko von Unfällen und Gesundheitsgefahren verringert.

E-Fuels bieten das Potenzial, einen geringeren ökologischen Fußabdruck – verglichen mit herkömmlichen Kraftstoffen – zu verursachen, vorausgesetzt, die für ihre Produktion benötigte Energie stammt aus erneuerbaren Quellen. Die größten Herausforderungen sind, die benötigten erneuerbaren Energiekapazitäten zu skalieren und effiziente umweltfreundliche Produktions-, Transport- und Lagerungsverfahren zu entwickeln. Für den Transport von CO2 zur Produktion von E-Fuels sowie den Kraftstoffen selbst sind Hersteller gefragt, maßgeschneiderte Lösungen aus Hochdruck-Plungerpumpen, Dichtungstechnik und ganzheitlichen Sicherheitskonzepten anzubieten. Nur durch die Investition in solche Technologien kann die Logistikkette für den E-Fuel-Transport gestaltet werden – ein wichtiger Schritt, um die dringend benötigte Energiewende umzusetzen.

Achema 2024, Halle 8.0 – F95