E2Fuels

Motivation

Während im Stromsektor mit einem Anteil der erneuerbaren Energien von 35,2 % im Jahr 2018 die mittelfristigen Ausbauziele von 35 % bis 2020 schon vorzeitig erreicht wurden, ist der Anteil der erneuerbaren Energien im Verkehrssektor rückläufig. Dieser lag im Jahr 2017 bei lediglich 5,2 %, wodurch das mittelfristige Ziel von 10 % bis 2020 höchstwahrscheinlich verfehlt wird.

Aus diesem Grund sind deutliche Anstrengungen und interdisziplinäre, neue Lösungsansätze nötig, um den Anteil erneuerbarer Energien im Verkehrssektor zu erhöhen und die Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Einen vielversprechenden Ansatz stellen synthetische Kraftstoffe dar. Diese werden mit Strom aus erneuerbaren Energien unter Einbindung von CO2 synthetisiert und können Anwendung im stationären und mobilen Bereich finden. Auf diese Weise ermöglichen sie die Nutzung von Photovoltaik und Windenergie sowie deren Lernkurven im Verkehrssektor. Gleichzeitig können synthetische Kraftstoffe zur Flexibilisierung und Integration der fluktuierenden, erneuerbaren Energien im Stromsektor beitragen. Diesen grundsätzlichen Vorteilen steht jedoch gegenüber, dass synthetische im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen noch nicht wirtschaftlich sind. Des Weiteren sind sowohl in der Herstellung als auch in der Anwendung weitere technologische Innovationen notwendig. 

Ziele

Die Aufgabe des Lehrstuhls für Energiesysteme ist es, die Produktion der synthetischen Kraftstoffe zu modellieren und optimal in das deutsche Energiesystem zu integrieren. Hierfür wird der gesamte Weg von der Einbindung erneuerbaren Stroms zu den Plattformchemikalien Wasserstoff, Methan und Methanol thermochemisch modelliert. Schwerpunkte liegen hierbei auf der Elektrolyse und verschiedenen Syntheserouten. Um höchste Wirkungsgrade zu erreichen, ist auch eine perfekte Integration von Wärme und die Einbindung von Nebenprodukten unabdingbar, ohne jedoch die Anlagenflexibilität zu vernachlässigen. Mithilfe eines Optimierungsalgorithmus werden über eine Einsatzplanung die Größe der Pufferspeicher und die Komponentengröße der Anlage optimiert. In einem Modell des deutschen/europäischen Energiesystems werden Wechselwirkungen und Synergieeffekte auf andere Sektoren evaluiert. Dieser ganzheitliche Ansatz verspricht eine zukunftsfähige Auslegung der Produktion von synthetischen Kraftstoffen.

Zudem koordiniert der Lehrstuhl für Energiesysteme das Teilmodul „Systemanalytische Untersuchungen“. Partnerlehrstühle an der TUM erforschen darin die Produktion des äußerst emissionsarmen Kraftstoffs Polyoxymethylendimethylether und stellen eine Lebenszyklusanalyse für synthetische Kraftstoffe auf. Das Fraunhofer Institut und das ZSW Baden-Würtemberg untersuchen aktuelle und zukünftige Entwicklungen in der Schlüsseltechnologie Elektrolyse sowie von CO2 Quellen.

Insgesamt arbeiten 16 Partner aus Industrie und Forschung am Projekt E2Fuels. Hierbei wird unter anderem eine Pilotanlage mit einem neuartigen Verfahren zur Methanolproduktion aufgebaut. Das Projekt konzentriert sich auf Anwendungen im Straßenverkehr, in stationären Industrieanwendungen und im maritimen Bereich. Die Forschungsgebiete umfassen beispielsweise innovative Einspritzsysteme für PKWs, Demonstrationsfahrzeuge, flexible Gasmotoren in der Industrie oder Methanolinfrastrukturen in Häfen.

Fördergeber

Das Projekt E2Fuels wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 03EIV011G im Rahmen der Forschungsinitiative „Energiewende im Verkehr“ gefördert.

Projektpartner

• Audi AG
• Robert Bosch GmbH
• MAN Energy Solutions SE
• MAN Truck & Bus AG
• Siemens AG
• Stadtwerke Haßfurt GmbH
• Volkswagen AG
• Frauenhofer IFAM
• Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
• FAU Erlangen-Nürnberg
• Hochschule Darmstadt
• RWTH Aachen
• Technische Universität Darmstadt
• Technische Universität Hamburg '
• TU Kaiserslautern
• Technische Universität München