KIT: Grünes Kerosin im Industriemaßstab

Eine komplexe Apparatur der Fischer-Tropsch-Synthese im Labor.Foto: Tiziana Carambia
Fischer-Tropsch-Katalysatoren können grünes Kerosin liefern.
Um künftig Alternativen zu fossilem Flugbenzin zu haben, sind Forschungsprojekte zur industriellen Produktion von grünem Kerosin notwendig. Das Karlsruher Institut für Technologie arbeitet mit dem Vorhaben Care-o-Sene daran.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist Teil einer Allianz, die grünes Kerosin im industriellen Maßstab vorantreibt. Wie das Institut mitteilte, handelt es sich dabei um das internationale Forschungsprojekt CARE-O-SENE (Catalyst Research for Sustainable Kerosene). Es erhält eine Förderung von 30 Millionen Euro durch das Forschungsministerium BMBF. Das KIT entwickelt auch in anderen Projekten synthetische Kraftstoffe.

Im Fokus des anwendungsorientierten Projekts steht die Entwicklung von ressourcenschonenden Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese. Bei diesem Verfahren werden Wasserstoff und Kohlenmonoxid unter hohem Druck und hohen Temperaturen zu Kohlenwasserstoffen und Wasser umgesetzt. Die noch leicht weiter modifizierten Kohlenwasserstoffe sind die Grundlage des Kerosins. Durch die Verwendung grünen Wasserstoffs und Kohlendioxids aus biogenen Quellen oder durch Separation aus der Luft (Direct Air Capture) erhält man auf diese Weise nachhaltiges Kerosin.

„Die Katalysatoren müssen effizienter, selektiver und langlebiger werden“, sagt Professor Jan-Dierk Grunwaldt vom Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT) des KIT und Vorsitzender des Komitees Forschung mit Synchrotronstrahlung. Für die Entwicklung eines optimalen Designs untersuchen er und sein Team Strukturen und Verhalten der bei der FTS eingesetzten Kobalt-Katalysatoren. Und zwar unter realen Prozessbedingungen: bei über 200 Grad und einem Druck von mehr als 20 bar. „Wir wollen das genau verstehen, um dann maßgeschneiderte Katalysatoren entwickeln zu können“, so Grunwaldt.

Für die Untersuchungen setzt das Team Methoden der Synchrotron-Forschung ein. Sie nutzen hochenergetische Photonen, um mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie den chemischen Zustand der einzelnen Metall-Partikel zu untersuchen. Außerdem wollen sie sich mittels Röntgenbeugung die Strukturen des gesamten Katalysators genau ansehen. „Damit können wir FTS-Katalysatoren erstmals im laufenden Betrieb bei der Arbeit zuschauen und dies bis auf die molekulare Ebene“, sagt Dr. Anna Zimina, Leiterin der CATACT-Messlinie an der KIT Light Source.

Lösungen für Staaten wie Südafrika

Die Messungen geben nicht nur Aufschluss über störende Strukturveränderungen, die während der chemischen Reaktion entstehen können und die Ausbeute des Zielprodukts erniedrigen. Die hierbei entstehenden Daten fließen auch in theoretische Modelle und Nachhaltigkeitsberechnungen ein. Auf dieser Basis können die Forschenden Vorhersagen treffen, wie der Katalysator sich verändert und welche Anpassungen notwendig sind, um auf dieser Basis den industriellen Prozess stabil, ökologisch nachhaltig und wirtschaftlich zu gestalten. „Theoretische Berechnungen erlauben es uns heutzutage, die molekularen Prozesse auf Katalysatoren abzubilden und somit besser zu verstehen. Dies hilft dann Vorhersagen für bessere Katalysatoren zu machen“, sagt Professor Felix Studt, Leiter der Abteilung Theoretische Katalyse am IKFT.

Das KIT erhält von den Fördermitteln des BMBF rund fünf Millionen Euro. Ein Teil davon geht an die Universität Kapstadt als Unterauftragnehmer. Regionen wie Südafrika, in denen Solar- und Windenergie zuverlässig und über einen langen Zeitraum für die Erzeugung grünen Wasserstoffs zur Verfügung stehen, bieten nach Überzeugung der an CARE-O-SENE beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler große Potenziale, um grünes Kerosin entweder dezentral in modularen Anlagen, aber auch in größerem Maßstab zu produzieren. „Dieses Potenzial wollen wir mit diesem Projekt und unseren starken Konsortialpartnern heben und die Ausbeute erhöhen“, sagt Grunwaldt.

12.10.2022 | Quelle: KIT | © Solarserver / Solarthemen Media GmbH

 

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