Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE ebnet zusammen mit Partnern den Weg für den Aufbau einer großskaligen Produktion von grünem Wasserstoff und seinen Folgeprodukten in Chile. Kern des vom BMBF geförderten Projekts ist die Forschung zu den Herstellungspotenzialen von Wasserstoff und flüssigen Kraftstoffen aus Solarenergie. Neben den technischen Fragen untersuchen die Forschenden die wirtschaftlichen, logistischen und sozio-ökonomischen Aspekte der Skalierung. Dabei unterstützen sie außerdem die Installation einer Pilot-Produktionsstätte für Methanol und Dimethylether im Land.

Deutschland wird seinen Bedarf an grünem Wasserstoff und Folgeprodukten künftig zu einem großen Teil durch Importe decken. Mit seinem hervorragenden Solarpotential, und stabilen ökonomischen Bedingungen kann Chile einen wichtigen Beitrag für die Erzeugung von grünem Wasserstoff und Derivaten liefern – und damit auch eine zentrale Rolle bei der Versorgung Deutschlands mit den klimafreundlichen Energieträgern einnehmen.

„Mit unserer Begleitforschung tragen wir wesentlich dazu bei, das Potenzial Chiles zur Produktion CO₂-neutraler Energieträger zu erschließen. Dabei forschen wir entlang der gesamten Wertschöpfungskette für die Herstellung von PtX-Produkten und optimieren nicht nur die Prozesskette der Erzeugung, sondern bewerten auch mögliche lokale und internationale Absatzmärkte und Geschäftsmodelle“, erklärt Projektleiterin Dr. Ramona Schröer vom Fraunhofer IEE.
 

Forschung zu Materialien und Werkstoffen

Im Rahmen von „Power-to-MEDME-FuE“ befassen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch mit den Materialien und Werkstoffen, die für die einzelnen Schritte der Prozesskette benötigt werden. So entwickeln sie unter anderem Katalysatoren für die Elektrolyse.

Das für die Methanol- und DME-Synthese in der Pilotanlage benötigte Kohlendioxid liefert eine chilenische Zementfabrik. Dafür wird eine Abscheideanlage installiert, die CO₂ aus dem Drehrohrofen des Werks gewinnt. Für diese Aufgabe erstellen die Forschenden ein Sensorik- und Regelungskonzept, das eine effiziente Prozessführung ermöglicht.

Darüber hinaus erheben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Daten für die Gestaltung der Transportlogistik, mit Blick auf den Einsatz von DME und anderen Power-to-X-Kraftstoffen in Chile als auch für den Export.

Energieeffiziente Prozesse für weniger CO₂-Emission

Besonders wichtig für die CO₂-Bilanz sind die thermischen Prozesse des Klinkerbrandes. Im Projekt werden dafür am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC mit seinem Zentrum für Hochtemperaturleichtbau HTL in Bayreuth neuartige Messverfahren entwickelt, die eine effektivere Prozesssteuerung ermöglichen. Diese Messverfahren basieren auf autonomen Sensoren, die mobil oder in die Anlagen integriert werden. Im Fokus stehen dabei der Drehrohrofen und der sogenannte Calcine Looping Prozess (CaL), bei dem Temperatur- und Atmosphärenverteilung sowie der Verschleiß der Feuerfestkomponenten gemessen werden sollen.

Im Rahmen des Projekts soll ein Konzept für eine Kombination aus Drehrohrofen und CaL entwickelt werden, mit dem die Herstellung des Zementes in Kombination mit einem Carbon Capture Prozess großtechnisch umgesetzt werden kann. „Dazu werden auch neue KI-Verfahren eingesetzt, um die Daten schneller interpretieren und für die Steuerung nutzen zu können, sowie ein digitaler Ofenzwilling, der eine Berechnung der Energie- und Stoffströme sowie der Temperaturfelder und Atmosphären ermöglicht,“ so Dr. Jürgen Meinhardt, Leiter des Teilprojekts am Fraunhofer ISC.  Anlagenkonzepte und Feuerfestwerkstoffe sollen mit den Anlagenbauern und Betreibern im Hinblick auf energieeffiziente und CO₂-emissionsarme Zementherstellungsprozesse angepasst werden.

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