Innovative Reaktionstechnologien Synthetische Flugkraftstoffe: Wie sie fossiles Kerosin vollständig ersetzen könnten

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Ein Konsortium aus Forschungsinstituten und Industriepartnern unter Projektleitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE forscht an einem innovativen Prozess: Ein nachhaltiger synthetischer flüssiger Kraftstoff soll das fossile Kerosin perspektivisch vollständig ersetzen.

Weltweit sind mehr als 23.000 Großflugzeuge im Einsatz, die jährlich rund 350 Milliarden Liter Treibstoff verbrauchen und rund eine Milliarde Tonnen CO₂ emittieren. Das entspricht nach Berechnungen der International Energy Agency (IEA) etwa drei Prozent der globalen menschgemachten CO₂-Emissionen. Obwohl Langstreckenflüge (über 4000 km Reichweite) beispielsweise in Europa nur 6,2 % der Flüge ausmachen, sind sie laut Berechnungen von Eurocontrol Data für mehr als die Hälfte der Treibhausgas-Emissionen in der Luftfahrt verantwortlich. Jedoch gibt es zu flüssigen Kraftstoffen keine Alternative: Auch zukünftig müssen diese für Langstreckenflüge eingesetzt werden, da nur sie eine hohe Energiedichte bereitstellen, um solche Distanzen zu überwinden.

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Das Projekt „Sustainable Aviation Fuels based on Advanced Reaction and Process Intensification“ (Safari) hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, nachhaltige synthetische Flugkraftstoffe auf Basis von Methanol herzustellen. Neben dem Fraunhofer ISE haben sich weitere Partner entlang der gesamten Wertschöpfungskette zusammengeschlossen. Zum Konsortium gehören ASG Analytik-Service, BP Europa, Clariant und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR). Assoziierte Partner wie Südzucker und der Bundesverband der Deutschen Luftverkehrswirtschaft e.V. (BDL) sind Stakeholder, die die notwendigen Rohstoffe bereitstellen oder als Anwender in Frage kommen. Das Safari-Projekt wird seit dem 1. Dezember 2022 vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) für die Dauer von sechs Jahren gefördert.

Im Forschungsvorhaben Safari wollen die Partner nachhaltigen Flugkraftstoff aus Methanol in einer Pilotanlage herstellen und testen, um anschließend die vollständige Marktzulassung durch die American Society for Testing and Materials (ASTM) zu erhalten. Hinsichtlich des Methanol-Pfads zur Herstellung von SAF ist noch keine vollständig integrierte Pilot- oder Demonstrationsanlage in Betrieb, die die gesamte Prozesskette umfasst. Die zukünftige Safari-Pilotanlage wird vom Fraunhofer ISE entwickelt und betrieben und soll alle für den späteren technischen Prozess erforderlichen Funktionalitäten vereinen, um die Übertragung des gewonnenen Know-hows in den industriellen Maßstab zu gewährleisten.

Die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasserstoff zu Methanol als Einsatzstoff für das Safari-Projekt ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft: „Grünes Methanol kann weltweit an Standorten mit einer hohen Verfügbarkeit an erneuerbaren Energien hergestellt und als flüssiger Reinstoff mit der vorhandenen Infrastruktur effizient an andere Standorte transportiert werden. Dort wird es in Flugtreibstoffe umgewandelt. Daher bietet dieser Methanol-Pfad eine große Chance, Wertschöpfung auch in Deutschland zu generieren“, erklärt Dr. Achim Schaadt, Leiter der Abteilung für Nachhaltige Syntheseprodukte am Fraunhofer ISE. „Wir wollen außerdem zeigen, dass mit SAF auf Methanolbasis eine höhere Beimischungsquote erreicht werden kann.“ Derzeit erlauben die verschiedenen ASTM-zugelassenen SAFs eine Beimischungsquote von bis zu 50 %. Im Safari-Projekt wird eine Quote von bis zu 100 % angestrebt.

Innovative Prozessintegration und Reaktionstechnologie

Die Partner wollen im Vorhaben einige der Prozessschritte in innovativer Form beschreiten: „Wir wollen den Nachweis erbringen, dass mit einer Synthese von Flugkraftstoff auf Basis von Methanol eine Senkung des Wasserstoffbedarfs und eine insgesamt hohe Prozesseffizienz in einem industriell relevanten Maßstab möglich ist. Der Fokus wird auf innovativen Reaktionstechnologien entlang der verschiedenen Teilprozesse und einer intelligenten Stoff- und Energieintegration liegen. Dies soll dazu beitragen, die SAF-Ausbeute zu erhöhen und die Produktionskosten zu reduzieren.“ erklärt Dr. Ouda Salem, Safari-Projektleiter und Gruppenleiter Power-to-Liquids am Fraunhofer ISE. Der Safari-Ansatz kann laut Salem zu einer disruptiven Technologie werden, die das Potenzial hat, den fossilen Prozess vollständig zu ersetzen und den Kohlendioxid-Fußabdruck von Flugtreibstoffen auf wirtschaftlich vertretbare Weise erheblich zu reduzieren.

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