Power-to-X und chemisches CO2-Recycling

Mit dem Ausbau der regenerativen Energieerzeugung im Zuge der Energiewende steht witterungsabhängig vermehrt Überschussstrom zur Verfügung, für den verschiedene Speicher- und Nutzungsmodelle entwickelt werden. Ein Ansatz ist es, den Überschussstrom direkt zur Herstellung von Chemikalien zu nutzen. Die elektrochemische Synthese von Chemikalien wird hiermit nicht nur wirtschaftlich, sondern stellt – neben der Stromspeicherung – auch einen sinnvollen Verwertungspfad zum Ausgleich eines Stromüberangebots dar.

Durch die Verfügbarkeit regenerativer Elektroenergie verschmelzen zukünftig die Sektoren Chemie und Energie immer stärker, da die erzeugten Redoxäquivalente in Power-to-X-Verfahren für Syntheseprozesse genutzt werden können. Das Institut errichtet hierzu am Standort Leuna die Elektrolysetest- und Versuchsplattform ELP und die Hy2Chem-Skalierungsplattform für Synthesen mit regenerativem Wasserstoff, um – wie in anderen Bereichen – Technologieentwicklungen bis in den Demonstrationsmaßstab abbilden zu können.

Elektrochemische Umwandlung: Power-to-Chemicals

Für die nachhaltige Elektrosynthese von Basischemikalien mit Strom aus erneuerbaren Energien entwickeln wir Katalysatoren und geeignete Elektroden, Elektrolyse-Verfahren und Apparate. 

Im Fraunhofer-Leitprojekt »Strom als Rohstoff« hat das Fraunhofer IGB beispielsweise ein einstufiges Verfahren entwickelt, mit dem Ethen elektrochemisch in nur einem Verfahrensschritt hergestellt werden kann.

Im EU-Projekt Celbicon stellen wir aus CO2 durch Elektrokatalyse Methanol her, das als Substrat für eine Fermentation Verwendung findet.

Eine Elektrolysezelle, in der sich mit elektrischer Energie nur aus Wasser und Luft Wasserstoffperoxid herstellen lässt, ist bereits als Prototyp am IGB verfügbar.

Fraunhofer Elektrolysetest- und -versuchsplattform ELP und Skalierungsplattform Hy2Chem in Leuna

Mit einer einzigartigen Forschungseinheit, der Elektrolysetest- und -versuchsplattform ELP am Chemiestandort Leuna sollen zukünftig innovative Technologien zur Erzeugung von »grünem« Wasserstoff und dessen Nutzung in nachhaltigen Syntheseprozessen (z. B. zur Konversion von Kohlenstoffdioxid in Plattformchemikalien und Brenn- und Kraftstoffen) mit einer exzellenten Infrastruktur an Gaspipelines und Gasspeichern verknüpft werden.

Mit der Skalierungsplattform Hy2Chem soll der im Großmaßstab erzeugte Wasserstoff zur nachhaltigen Herstellung von Grundchemikalien und Kraftstoffen genutzt werden.

Das Fraunhofer CBP bringt in die Partnerschaft mit dem Fraunhofer IMWS seine langjährige Expertise beim Betrieb von Pilot- und Demonstrationsanlagen ein und erweitert seine Infrastruktur und Expertise im Bereich chemische Verfahrenstechnik zur Erzeugung von Chemikalien aus regenerativen Rohstoffen. Als Institutsteil des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik besteht mit der ELP nun auch die Möglichkeit, Entwicklungen des Fraunhofer IGB an den Standorten Stuttgart und dem Institutsteil BioCat in Straubing zu neuen elektrochemischen Prozessen zu skalieren und die industrielle Umsetzung vorzubereiten.