Power-to-X-Technologien für die Energie- und Verkehrswende

2050 soll auch Deutschland seine Kohlendioxid (CO₂)-Emissionen insgesamt auf Netto-Null gebracht haben. Hierzu sollen mindestens 80 Prozent des Stroms in Deutschland aus erneuerbaren Energiequellen stammen. Die Elektromobilität und die Elektrifizierung anderer Sektoren sollen ausgebaut werden und in Verbindung mit grünem Wasserstoff für die erforderliche Reduktion der CO₂-Emissionen sorgen. Auch um elektrische Energie aus Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen aus der Überproduktion wind- und sonnenreicher Tage zu einem späteren Zeitpunkt verfügbar zu machen, kann sie in chemischen Energieträgern gespeichert werden.
 
Zum Beispiel lässt sich aus CO₂ und Wasserstoff aus der Wasserdampf-Elektrolyse Methan herstellen. Die Umwandlung von CO₂ oder Wasserstoff in Speichermoleküle ist ein wesentliches Forschungsthema des Chemieingenieurs Roland Dittmeyer, der unter anderem an Power-to-X-Technologien (P2X) forscht. Durch P2X lässt sich erneuerbarer Strom in andere Energieformen, in Kraft- und Kunststoffe, Wärme, Gase oder chemische Rohstoffe umwandeln. Durch die Erzeugung von Benzin, Diesel oder Kerosin aus Solar- und Windstrom stünden für den nicht elektrifizierbaren Flug- oder Schwerlastverkehr künftig umweltfreundliche Kraftstoffe mit hoher Energiedichte zur Verfügung. „Unser Institut befasst sich mit der Entwicklung besonders kompakter, effizient und dynamisch arbeitender chemischer Reaktoren und anderer Prozesskomponenten wie etwa zur Stofftrennung, und zwar vom Labor- bis in den Prototypenmaßstab“, sagt Dittmeyer. Mikrostrukturierte Reaktoren haben mehrere Vorteile gegenüber konventionellen großskaligen Anlagen. „Sie bieten eine hohe energetische und stoffliche Effizienz und hohe Sicherheit, lassen sich bei zeitlich schwankend zur Verfügung stehendem Wind- oder Sonnenstrom lastflexibel betreiben und eignen sich durch ihren modularen Aufbau und geringen Flächenbedarf auch für den dezentralen Einsatz“, erläutert der Wissenschaftler. Miniaturisierte Anlagen können so kompakt ausgeführt werden, dass sie in Gebäude oder Container eingebaut werden können. Durch Parallelisierung von Modulen können auch große Anlagenkapazitäten realisiert werden.

Im Zuge des Kopernikus-Programms „Power-to-X“, einer nationalen Forschungsplattform der Bundesregierung, entstand auf dem Areal des KIT die weltweit erste integrierte Versuchsanlage, die kohlendioxidneutrale Kraftstoffe aus der Umgebungsluft und aus Ökostrom erzeugt. Künftig ließe sich die Herstellung synthetischer Energieträger dezentral auch mit größeren Lüftungs- und Klimaanlagen in Gebäuden koppeln, so Dittmeyer, der ein solches „Crowd Oil“-Konzept gemeinsam mit Forschenden der University of Toronto vorgeschlagen hat.

Dittmeyer koordiniert das Energy Lab 2.0, Europas größte Infrastruktur für erneuerbare Energieerzeugung und Speichermethoden auf dem Campus Nord des KIT. Zu den Forschungspartnern des Energy Lab 2.0, wo künftige Versorgungsnetze aus nachhaltiger Energie realitätsnah erprobt werden, gehören das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und das Forschungszentrum Jülich. Auf dem Weg zu einer klimaverträglichen Energieversorgung ohne fossile Stoffe arbeiten Dittmeyer und sein interdisziplinäres Team am IMVT in zahlreichen Projekten, die unter anderem von der DFG, in Forschungsprogrammen der Helmholtz-Gemeinschaft sowie durch die Europäische Gemeinschaft und die Bundesministerien für Bildung und Forschung sowie für Wirtschaft und Energie gefördert werden. Dazu zählen das Projekt PtX-Wind im Rahmen der neuen Technologieplattform H2Mare, das Möglichkeiten zur Herstellung von Wasserstoff und Wasserstoff-Folgeprodukten mithilfe von Windanlagen ohne Netzanschluss direkt auf dem Meer erkundet, sowie die DFG-Forschungsgruppe ProMiSe in Kooperation mit der Universität Freiburg, deren Erkenntnisse genutzt werden sollen, um eine neue, intensivierte Technologie zur effizienten und kostengünstigen Vor-Ort-Synthese von Wasserstoffperoxid als grünem Oxidationsmittel für chemische Anwendungen zu entwickeln. Das von Dittmeyer geleitete Institut begleitet zahlreiche Industriepartner mit Wissenstransfer, darunter Ineratec, eine Ausgründung aus dem KIT, und Climeworks, ein Spin-off der ETH Zürich. (afr)

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Herr Prof. Roland Dittmeyer her.


Bildnachweis:
Energy Lab 2.0: Magali Hauser, KIT
Porträt: privat