Elektrifizierung der Produktion von nachhaltigen Flugtreibstoffen (SAF) - Co-Elektrolyse steigert die Effizienz
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Im Rahmen der globalen Bemühungen zur Treibhausgasreduktion ergänzt der Lehrstuhl für Energiesysteme (LES) mit seinem aktuellen Paper die zuvor vorgeschlagenen Option zur Elektrifizierung von Biomass-to-X-Prozessen (BtX). Aufbauend auf dieser Arbeit, wurde nun die Festoxid-Elektrolyse (SOEL) in einen Biomass-to-Liquid (BtL)-Prozess integriert, der die Herstellung von nachhaltigem Flugbenzin (SAF) durch Vergasung, Co-Elektrolyse und Fischer-Tropsch-Synthese ermöglicht. Dabei wurden zwei verschiedene Integrationskonzepte entwickelt: Eine In-Line-Integration, die zu einem direkt elektrifizierten Biomass-to-Liquid (eBtL)-Prozess führt, und eine parallele Integration für einen Power-and-Biomass-to-Liquid (PBtL)-Prozess. Um die Prozesseffizienz zu maximieren, wird der SOEL unter endothermen Bedingungen mit Wärmezufuhr aus der Syngasabkühlung nach der Vergasung betrieben.
Die entwickelten Verfahren ermöglichen eine Steigerung des Kohlenstoffwirkungsgrads auf etwa 61% bis 94%. Die benötigte Elektrolyseleistung entspricht Elektrifizierungsgraden von 0,32 bis 0,83 MWel/MWth. Im Vergleich zur konventionellen H2-Zugabe in PBtL-Prozessen kann der Strombedarf bei Verwendung der Co-Elektrolyse anstelle der Dampfelektrolyse um 13% bis 29% reduziert werden. Die daraus resultierende Steigerung der Energieausbeute und der Energieeffizienz ist darauf zurückzuführen, dass in den elektrifizierten BtL-Prozessen bis zu 17% des SOEL-Energiebedarfs durch Wärme ersetzt werden können.
Eine Lebenszyklusanalyse (LCA) zeigt die absolute Notwendigkeit, den Prozess mit erneuerbarem Strom zu betreiben, um die indirekten Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Eine kritische Bewertung der technologischen Machbarkeit zeigt weiteren Entwicklungsbedarf für die SOEL und die Vergasungswärmerückgewinnungstechnologie, um den Integrationsansatz zu ermöglichen.
Kontakt: Marcel Dossow, Sebastian Fendt
Wir bedanken uns für die Förderung durch das Projekt “REDEFINE H2E” (01DD21005) gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung. Darüber hinaus danken die Autoren für die Zusammenarbeit im Rahmen des Netzwerks TUM.Hydrogen und PtX.