Das Konsortium analysierte die gesamte Wertschöpfungskette: von der Herstellung aus Wasserstoff und CO2 aus der Luft (Direct Air Capture, DAC) über die Zwischenprodukte Methanol und Dimethylether (DME) bis hin zu Diesel- und Benzinfraktionen sowie Sustainable Aviation Fuels (SAF). DME spielte dabei eine zentrale Rolle. Das Gas ist ungiftig, hat eine hohe Energiedichte und eignet sich als Energieträger sowie als Grundstoff für die chemische Industrie.
Betrachtet wurden vier Szenarien für die Jahre 2030 bis 2040 mit den Exportländern Finnland, Spanien und Brasilien. Bewertet wurden vier Technologien aus Baden-Württemberg: DAC, die Wasserstoff- bzw. Synthesegasherstellung über den bioliq-Prozess des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), die DME-Herstellung über den Indigo-Prozess des Fraunhofer ISE sowie die Herstellung von SAF und weiteren Kraftstofffraktionen. Als Vergleichsreferenz diente Methanol als aktueller Stand der Technik.
Indigo-Prozess mit niedrigeren Kosten als Methanol-Route
In einer Prozesssimulation verglichen die Forschenden zwei DME-Syntheseverfahren – Indigo und ein konventionelles Verfahren – mit der Methanolsynthese. Das Indigo-Verfahren zeigte laut Fraunhofer ISE deutlich geringere Betriebs- und Gesamtkosten. Der Projektpartner Mineraloelraffinerie Oberrhein habe die Option, den Prozess als Lizenznehmer in seiner Raffinerie umzusetzen.
Das KIT untersuchte erstmals im Labor die Einzelprozesse zur Olefin- und Kraftstoffsynthese aus DME im kontinuierlichen Betrieb. Gegenüber der Methanol-Route steige die Energieeffizienz nach Angaben des Instituts auf bis zu 90 Prozent, entsprechend sinken die CO2-Emissionen. Aus den Oligomerisierungsprodukten erzeugten die Forschenden Benzin- und Dieselfraktionen sowie SAF.
Teststand für Direct Air Capture mit Purem entwickelt
Parallel untersuchten die Purem GmbH und das Fraunhofer ISE einen DAC-Prozess auf Basis fester Sorptionsmittel. Der neu entwickelte Teststand wurde im zyklischen Betrieb mit industriell relevanten Luftströmen gefahren. »Das entwickelte Skalierungskonzept ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von DAC-Modulen in automatisierten Fertigungsumgebungen der Automobilindustrie. Für Investitionsentscheidungen sind weitere experimentelle Studien im Pilotmaßstab erforderlich«, erklärt Robert Szolak, Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte am Fraunhofer ISE.
Die techno-ökonomischen Analysen ergaben, dass die Kraftstoffgestehungskosten im Innovations-Szenario mit Technologie aus Baden-Württemberg in allen Szenarien unter denen des Referenz-Szenarios mit Methanol liegen. »Unsere Studie hat gezeigt, dass die Transformation zu nachhaltigen Kraftstoffen auf Basis von DME ein signifikantes Potenzial zur Kostensenkung bietet. Baden-Württemberg mit seiner industriellen Basis und seinem starken Maschinen- und Anlagenbau hat ideale Voraussetzungen für den Markthochlauf von E-Fuels. Um diese Potenziale zu heben, sind proaktives unternehmerisches Handeln und eine unterstützende Industrie- und Technologiepolitik nötig«, sagt Achim Schaadt, ebenfalls Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte am Fraunhofer ISE.
