Technologieplattform für Power-to-Liquid-Kraftstoffe (TPP)
Technologieplattform für Power-to-Liquid-Kraftstoffe (TPP)
Ein entscheidender Schritt für den Markthochlauf strombasierter Kraftstoffe
Für eine klima- und umweltneutrale Mobilität werden nachhaltige Energieträger benötigt. In der Luftfahrt sind nachhaltige, flüssige Kohlenwasserstoffe, sogenannte Sustainable Aviation Fuels (SAF) aufgrund ihrer hohen Energiedichte und guten Speicherbarkeit langfristig unverzichtbar - vor allem auf der Mittel- und Langstrecke. Werden solche Kraftstoffe aus erneuerbarem Strom hergestellt, spricht man von strombasierten Kraftstoffen oder Power-to-Liquid-Kraftstoffen (PtL). Um die Herstellung von PtL-SAF zu optimieren und den Markthochlauf zu unterstützen, demonstriert das DLR mit der Technologieplattform für Power-to-Liquid-Kraftstoffe (TPP) die gesamte Prozesskette vom Rohstoff bis zum einsatzfähigen PtL-Kraftstoff im semi-industriellen Maßstab.
Power-to-Liquid (PtL)-Kraftstoffe werden für eine klimaneutrale Mobilität, vor allem in der Luftfahrt, dringend benötigt. Auch in weiteren, schwer elektrifizierbaren Bereichen, wie z.B. in der Schifffahrt oder in bestimmten Bereichen des bodengebundenen Verkehrs, können strombasierte Kraftstoffe einen erheblichen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz leisten. Darüber hinaus können sie die Resilienz des Energiesystems als speicherbarer Energieträger unterstützen. Aktuell sind PtL-Kraftstoffe jedoch noch nicht am Markt verfügbar, und die Integration aller benötigten Prozessschritte zu einer Gesamtanlage wurde bislang nicht demonstriert.
Mit der Technologieplattform Power-to-Liquid-Kraftstoffe (TPP) will das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) den Markthochlauf strombasierter Kraftstoffe beschleunigen und Technologien und Verfahren für deren Produktion weiterentwickeln. Auch die Treibstoff-Zusammensetzung, die zum Beispiel über die sogenannten nicht-CO2-Effekte einen erheblichen Einfluss auf die Klimawirkung der Luftfahrt hat, soll optimiert werden. Dafür wird zum ersten Mal die Gesamtintegration einer Produktionsanlage dieser Größenordnung erprobt.
Der Baubeginn der TPP wurde am 1. Oktober 2024 am TPP-Standort Leuna in Sachsen-Anhalt gefeiert. Der Start des Forschungsbetriebs ist in 2028 geplant. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) fördert den Aufbau der TPP mit rund 130 Millionen Euro. Zusätzliche Mittel für den geplanten Forschungsbetrieb sind vorgesehen.
Weltweit größte Forschungsanlage über den gesamten PtL-Technologieprozess
Die TPP wird eine Kapazität von etwa 2.500 Tonnen pro Jahr aufweisen. Die Anlage ist modular aufgebaut, um so unterschiedliche Herstellungswege und die dafür benötigten Technologien und Komponenten auf ihre Praxistauglichkeit zu untersuchen und zu vergleichen. Denn nicht alles, was in kleinem Maßstab im Labor funktioniert, lässt sich ohne weiteres auf große industrielle Produktionsanlagen übertragen. Die TPP ist damit ein wichtiger Schritt zwischen Forschung und industrieller Produktion. Sie wird die erste Forschungsanlage sein, in der strombasierte Kraftstoffe über die gesamte Technologiekette
zur Herstellung demonstriert und entwickelt werden. Diese Kraftstoffe werden in verschiedenen Anwendungen, bspw. im Flugzeug erprobt.
Die Forschenden des DLR werden auf der Anlage Kraftstoffe herstellen, umfassend bewerten und die Kraftstoffeigenschaften für kommerzielle Anwendungen in der Luft, auf dem Wasser und für bestimmte Bereiche des Schwerlastverkehrs optimieren.
Das Konzept der Anlage
Die TPP bildet die gesamte Prozesskette strombasierter Kraftstoffe ab – von erneuerbaren Quellen (H2, CO2) bis zur Nutzung im Flugzeug oder Schiff. Der modulare Aufbau der Anlage erlaubt hierbei die Untersuchung von unterschiedlichen Prozessen und Technologien. Zielsetzungen der Forschungsanlage sind die Entwicklung, Optimierung und die Hochskalierung von Verfahren zur Produktion strombasierter Kraftstoffe.
Aus den Rohstoffen CO2 und H2, die gemäß der Erneuerbare-Energien-Richtlinie der EU (RED II) aus nachhaltigen Quellen bereitgestellt werden, wird in einem ersten Schritt in einer sogenannten reversen Wassergas-Shift-Reaktion ein Synthesegas hergestellt. In diesem Verfahrensschritt wird das CO2 durch den zugesetzten Wasserstoff chemisch aktiviert und zu CO umgewandelt. Das fertige Synthesegas besteht aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) im Verhältnis 2:1.
Aus diesem Synthesegas werden über die Fischer-Tropsch-Reaktion langkettige Kohlenwasserstoffe verschiedener Molekülfamilien und Kettenlängen erzeugt. Die Reaktionsbedingungen wie Druck und Temperatur sowie der eingesetzte Katalysator, haben hierbei großen Einfluss auf die Kettenlängenverteilung, was bedeutet wie viele „große“ und „kleine“ Moleküle im hier erzeugten SynCrude (für „Synthetic Crude, also synthetisches Rohöl) enthalten sind.
Das SynCrude wird in der nachfolgenden Aufbereitung zu Kraftstoffen wie beispielsweise normkonformen Kerosin aufbereitet.
Die TPP ermöglicht hierbei, aktiv Einfluss auf die Zusammensetzung und Eigenschaften der erzeugten Kraftstoffe zu nehmen – das heißt es werden nicht nur Kraftstoffe hergestellt, die den aktuellen Normen genügen, sondern auch auf zukünftige Anwendungszwecke optimiert sind. Somit unterstützt die TPP die Entwicklung von Normen für zukünftige Kraftstoffe.
Das Forschungsnetzwerk der TPP
Die Infrastruktur der vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) geförderten Anlage steht nicht nur Forschenden aus dem DLR zur Verfügung. Sie kann von allen interessierten Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen aus ganz Europa für eigene Forschungszwecke genutzt werden. Das Leitbild für die Zusammenarbeit ist ein diskriminierungsfreier Zugang zur TPP. Alle interessierten Stakeholder aus Forschung, Industrie und Anwendung sind eingeladen, die TPP und ihre Produkte für Forschungs- und Entwicklungszwecke zu nutzen. Die Voraussetzungen dazu sind ein technisch durchführbares und finanziertes Projektkonzept sowie der Vereinbarkeit mit den übergeordneten Zielen der TPP, die in den Forschungsleitfragen definiert sind.
Interessierte können sich mit Projektvorschlägen jederzeit an das DLR wenden. Zur Vorstellung Ihrer Projektidee nehmen Sie gerne Kontakt mit dem Projektteam der TPP auf (siehe Kontakt unten).
Darüber hinaus findet ein regelmäßiger fachlicher Austausch im Rahmen von Statuskonferenzen und Netzwerktreffen statt, zu denen Stakeholder herzlich eingeladen sind. Die Teilnahme an den Veranstaltungen der TPP ist für alle Expertinnen und Experten rund um die benannten Forschungsthemen offen.
Schwerpunkt der Technologieplattform PtL ist die möglichst effiziente Herstellung von strombasierten Kraftstoffen auf semi-industriellem Level. Hierfür werden Technologien entwickelt, um Produktionsprozesse und Kraftstoffeigenschaften zu optimieren.
Animationsvideo: Technologieplattform PtL (TPP) – die zentralen Komponenten im Überblick
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Animationsvideo: Technologieplattform PtL (TPP) – die zentralen Komponenten im Überblick
Schwerpunkt der Technologieplattform PtL ist die möglichst effiziente Herstellung von strombasierten Kraftstoffen auf semi-industriellem Level. Hierfür werden Technologien entwickelt, um Produktionsprozesse und Kraftstoffeigenschaften zu optimieren.
Das Projekt wird im Rahmen des Gesamtkonzepts Erneuerbare Kraftstoffe durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. Die Technologieplattform für PtL-Kraftstoffe wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger VDI/VDE Innovation + Technik GmbH umgesetzt.
