Synthese-Benzin aus Biomethanol

Eine Demonstrationsanlage der TU Bergakademie Freiberg hat rund 16.000 Liter synthetisches Benzin aus Biomethanol erzeugt. Das von der Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH patentierte Syngas-to-Fuel-Verfahren ist so weit erprobt, dass eine Umsetzung in den industriellen Maßstab möglich ist.

Foto: CAC

Der Erforschung und der Erzeugung synthetischer Kraftstoffe haben sich das Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (IEC) der Technischen Universität Bergakademie Freiberg und das Unternehmen Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH (CAC) schon länger verschrieben.

Sie starteten bereits 2008 die Entwicklung einer Syngas-to-Fuel-Syntheseanlage, mit der aus Erdgas synthetisches Benzin hergestellt werden sollte. Bis 2013 produzierte diese dann tatsächlich die Kraftstoffe in der erforderlichen Qualität. Ein Skalieren der Anlage auf industrielles Niveau blieb aufgrund der Wirtschaftskrise und des stark gefallenen Ölpreises aus.

CO2-Vermeidung im Vordergrund

Heute ist die Welt eine andere. Ging es damals noch primär um die Herstellung flüssiger Treibstoffe in erdgasreichen Gegenden, steht nun die CO2-Vermeidung im Vordergrund. Mit dem synthetisch hergestellten Benzin können Automobilhersteller ihre Verbrennungsmotoren weiterentwickeln. Zudem kann der alternative Kraftstoff abwärtskompatibel für die Automobil-Bestandsflotte genutzt werden. Eine flächendeckende Verfügbarkeit ließe sich über das bereits bestehende Tankstellennetz gewährleisten.

Ausgangsstoff ist für die Freiberger Forscher und die Chemnitzer Anlagenbauer aber nicht mehr Erdgas, sondern zertifiziertes Biomethanol, das derzeit von einem niederländischen Unternehmen bezogen wird. Dieses „grüne“ Methanol wird aus biostämmigen Reststoffen erzeugt, könnte aber auch aus CO2 und „grünem“ Wasserstoff, der aus der Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom gewonnen wird, hergestellt werden. Perspektivisch ließe sich auch CO2, das in Industrieabgasen enthalten ist, als Rohstoff nutzen. Das ermöglicht gegenüber den bisherigen Alternativen eine CO2-neutrale Herstellung.

Verfahren zur Herstellung von synthetischem Benzin

Das Syngas-to-Fuel-Verfahren (STF) ist ein mehrstufiger Prozess aus einer Synthesegas verarbeitenden Methanolsynthese und einer Benzinsynthese mit anschließender Methanolwasser- und Benzinaufbereitung. Aus dem CO- und wasserstoffhaltigen Synthesegas wird in einem ersten Schritt Methanol erzeugt (Methanolsynthese). Dabei kommt ein isothermer Reaktor zum Einsatz.

Anschließend wird das Methanol in einer Separationsstufe vom Kreislaufgas abgetrennt und in der nachfolgenden Benzinsynthese verarbeitet. In diesem Schritt erfolgt die Umwandlung des Methanols zu hochoktanigem, also hochwertigem synthetischem Benzin. Dieses Benzin hat eine vergleichbare Oktanzahl wie Superbenzin an der Tankstelle. Nicht umgesetztes Methanol und leichte Kohlenwasserstoffe werden in nachgeschalteten Separationsstufen abgetrennt und können in den Prozess zurückgeführt werden.

Das Syngas-to-Fuel-Verfahren ist ein zweistufiger Prozess aus einer Synthesegas verarbeitenden Methanolsynthese und einer Benzinsynthese.
Es wurde gemeinsam von CAC und der TU Berkakademie Freiberg entwickelt und in einer Versuchsanlage erprobt.
Grafik: CAC

Nach Angabe von CAC sind im Gegensatz zu anderen Verfahren außer einer Stabilisierung der Benzinfraktion in der Destillationskolonne keine weiteren Nachbearbeitungsschritte erforderlich. Die bei der Benzinsynthese anfallende Reaktionswärme wird mit einem speziellen Salzschmelzenkühlsystem ausgekoppelt und kann genutzt werden, um Wasserdampf zu erzeugen und diesen als Energieträger für den Prozess zu verwerten.

Der Reaktor sowie der speziell entwickelte Katalysator gewährleisten laut CAC eine hohe Effizienz und Effektivität. Der Umsatz von Kohlenstoff aus dem Methanol in das Benzin liegt bei über 75 Prozent. Mit dem staatlich geförderten Verbundprojekt „Closed Carbon Cycle Mobility: Klimaneutrale Kraftstoffe für den Verkehr der Zukunft“ (C3 Mobility), dem unter anderem Unternehmen der Automobil- und Mineralölindustrie sowie Forschungseinrichtungen angehören, fanden die Freiberger Forscher und die Ingenieure von CAC auch einen passenden Rahmen, in dem die Anlage weiterentwickelt werden konnte.

Laut IEC ist sie die einzige Benzinsyntheseanlage in technischer Größe außerhalb Chinas, die Kraftstoffmengen für Kfz-Flottentests liefern kann. „Wir haben die Anlage noch einmal umgebaut, um so den aktuellen Stand der Reaktorentwicklung von CAC verwenden zu können“, erklärt Projektleiter Dr.-Ing. Peter Seifert vom IEC. Mit dem Einsatz von Biomethanol für die Benzinsynthese wird letztlich auch der grüne Charakter des Benzins garantiert.

Anlage im Industriemaßstab machbar

Technisch sehen Seifert und die Spezialisten von CAC das Verfahren als ausgereift an. Es würden erprobte Komponenten zum Einsatz kommen, auch wenn der Reaktor und das katalytische Verfahren von CAC speziell aufeinander abgestimmt werden mussten. Die Fahrweise der Anlage wurde in gemeinsamen Versuchen mit CAC erprobt.

Die Abtrennung der leichten Gase und der schweren Produkte spräche bei einer großtechnischen Umsetzung für einen Standort nah an einer Raffinerie, die diese Bestandteile weiterverwerten könnte. Aber auch ein dezentraler Einsatz wäre denkbar – etwa dort, wo reichlich CO2 bei Industrieprozessen anfällt. Generell spräche der Erprobungsstand dafür, dass die Anlage auf einen industriellen Maßstab hochskaliert werden kann.

Das Endprodukt: synthetisches Benzin aus Biomethanol.
Foto: CAC

Jahresproduktion von 35.000 Tonnen vorstellbar

Die im vierten Quartal 2019 in einer fünfwöchigen Kampagne in Freiberg produzierten rund 16.000 Liter synthetischen Benzins wurden an die Automobilpartner zu Testzwecken für die Bewertung des Emissions- und Fahrverhaltens unter realen Fahrbedingungen oder auf Motorprüfständen ausgeliefert.

CAC kann sich in einem ersten Skalierungsschritt der Benzinsynthesetechnologie eine Jahresproduktion von 35.000 Tonnen im industriellen Maßstab vorstellen. „Die Anlage wäre analog der in Freiberg stehenden“, sagt Mario Kuschel, Leiter Forschung und Entwicklung bei CAC.

Der Hauptunterschied, neben der natürlich größeren Dimensionierung der Komponenten, läge in der Anzahl an Rohren im Reaktor, die als Reaktionsräume dienen. Diese müsste für einen Großreaktor erhöht werden. „Wir haben die Anlage von Anfang an so gestaltet, dass ein aufwendiges und eventuell mit Risiken behaftetes Upscaling nicht erforderlich wird“, so Kuschel. Allerdings müsste die Anlage dann andernorts stehen, entweder nahe an einer CO2-Quelle oder nahe an Konsumenten wie den Raffinerien.

Quelle: raffiniert 1/2020

„SynFuels sind schnell umsetzbar“

Drei Fragen an Joachim Engelmann, Geschäftsführer und Gesellschafter der Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH (CAC).

Joachim Engelmann, Geschäftsführer und Gesellschafter der Chemieanlagenbau Chemnitz (CAC)
Foto: CAC

Wieso braucht es synthetische Kraftstoffe?

Engelmann: „Elektromobilität allein wird es nicht schaffen. Es fehlt an Ladeinfrastruktur und, wie es bisher aussieht, auch an Akzeptanz in der Bevölkerung. Zudem gibt es immer Anwendungen, in denen man flüssige Treibstoffe braucht, allein wegen ihrer hohen Energiedichte. Wenn man diese Bereiche klimaneutral gestalten will, führt um biobasierte oder synthetische Kraftstoffe kein Weg herum.“

Welche Vorteile haben sie?

Engelmann: „Ganz einfach, sie sind schnell umsetzbar und können eine vorhandene Infrastruktur nutzen, angefangen von den Raffinerien und den Lagern, über die Tankstellen bis hin zu den Verbrennungsmotoren in den Fahrzeugen.“

Ist die Bundesregierung auf dem richtigen Weg, diese Technologie in Deutschland nach vorne zu bringen? Und welche Rahmenbedingungen braucht es konkret?

Engelmann: „Nein, die Bundesregierung hat bisher im Klimapaket synthetische Kraftstoffe für Pkw gar nicht vorgesehen. Gleiches gilt für RED II. Da fragt man sich, wie bis 2030 die Klimaziele im Verkehr erreicht werden sollen. Denn die Flottenziele sind mit E-Mobilität allein nicht zu erreichen. Und eines ist auch klar: Synthetische Treibstoffe sind immer teurer als ölbasierte. Deswegen müssten sie steuerlich entlastet und nicht noch belastet werden.“

0 Kommentare

Einen Kommentar abschicken

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

#eFuels - Brennstoff der Zukunft

Future Fuels, also Brennstoffe, die auf Basis erneuerbarer Energien synthetisch erzeugt werden, spielen aus Sicht vieler Experten eine wesentliche Rolle für die Energieversorgung der Zukunft. Sehen Sie in unserer Multimedia-Reportage (Pageflow), wie E-Fuels & Co. hergestellt werden können und wie der Stand der Forschung ist.