Forscher des Jülicher Forschungszentrums in Nordrhein-Westfalen möchten mit Hilfe des 3D-Drucks synthetische Kraftstoffe herstellen, die so effizienter und kostengünstiger sind. Mit diesen Kraftstoffen können Dieselautos, Benziner, LKWs, Schiffe und Flugzeuge quasi klimaneutral fahren. Das Projekt mit dem Namen Prometheus wird anteilig auch vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

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Jülicher Forscher wollen im Projekt PROMETHEUS gemeinsam mit der WZR ceramic solutions GmbH, der griechischen Aristoteles-Universität und der Mineralölgesellschaft Hellenic Petroleum per 3D-Drucker einen Membranreaktor für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe mit extradünnen Zellen entwickeln.

Kostengünstig und effizient dank Co-Elektrolyse

Die Zellen sollen eine gemäß einer Pressemitteilung des Jülicher Forschungszentrums spürbar höhere Effizienz besitzen und kostengünstiger sein als bisherige Anlagen, die zum Großteil noch im Versuchsstadium sind. Die Co-Elektrolyse ist ein neuer Weg, auf effiziente Weise aus CO2 und Wasser synthetische Kraftstoffe und Chemikalien herzustellen. Mit diesen Kraftstoffen können Dieselautos, Benziner, LKWs, Schiffe und Flugzeuge quasi klimaneutral fahren.

Meulenberg und Schulze-Küppers mit Gastrennmembran
Jülicher Forscher wollen im Projekt PROMETHEUS per 3D-Drucker einen Membranreaktor für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe mit extradünnen Zellen entwickeln (Bild © Forschungszentrum Jülich / T. Schlößer).

Als Energiespeicher können sie Schwankungen von Wind- und Sonnenenergie ausgleichen. Bei der Verbrennung des künstlichen Kraftstoffs wird nur das CO2 ausgestoßen, welches bei der Herstellung gebunden wurde. Synthetische Kraftstoffe sind daher praktisch schadstofffrei, Stickoxide und Feinstaub werden nicht in größeren Mengen freigesetzt.

Preislich sind synthetische Kraftstoffe gegenüber fossilen Rohstoffen hoch und ist ein Minuspunkt, der einer Produktion in größeren Mengen gegenübersteht. Mit der Co-Elektrolyse können die Herstellungskosten gesenkt werden. Das Verfahren hat eine sehr hohe Effizienz, doch befindet sich noch in einer Anfangsphase. Künstliche Kraftstoffe und Chemikalien lassen sich damit in einem Schritt herstellen.

 

Der Membranreaktor

Der Membranreaktor besitzt eine keramische Membran als Kernelement, die für Wasserstoff- und Sauerstoffionen durchlässig ist. Die Ionen haben Oberflächen mit Katalysatorschichten, die den Ablauf der gewünschten Umwandlungsreaktionen forcieren. Die Membran ist mit 10 bis 15 Mikrometer nur so dick wie ein menschliches Haar.

Zur Erzielung der erforderlichen mechanischen Stabilität wird die Membranschicht auf ein dickeres poröses Trägermaterial aufgetragen. Das keramische 3D-Druckverfahren erlaubt die Fertigung einer maßgeschneiderten Porenstruktur, in der optimierte Porenkanäle für den Gastransport enthalten sind.

Der 3D-Druck hilft dabei, die späteren Fertigungskosten für die Membranzellen im Vergleich zu mehrstufigen Gieß- und Sinterprozessen zu senken. Von der WZR ceramic solutions GmbH werden unterschiedliche Verfahren der Additiven Fertigung für industrielle Anwendungen entwickelt.

Abbildung der Zellen
Die Zellen besitzen spürbar höhere Effizienz und sind auch kostengünstiger als bisherige Anlagen (Bild © Forschungszentrum Jülich / T. Schlößer).

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt anteilig mit rund 350.000 Euro im Rahmen des Deutsch-Griechischen Forschungs- und Innovationsprogramms mit drei Jahren Laufzeit. Am Ende wollen die Forscher ein funktionierendes Konzept für einen Niedrigkosten-Membranreaktor vorstellen, mit dem Methan, Methanol und Synthesegas hergestellt werden kann. General Motors und Autodesk entwickeln ebenfalls per 3D-Druck leichtere und kostengünstigere Autoteile für Autos mit alternativen Kraftstoffen.

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