Druckluft Grünen Kraftstoff nachhaltig herstellen

Ein Gastbeitrag von Christian Schlüter

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Die Erzeugung von grünem Wasserstoff, um daraus synthetischen Kraftstoff herzustellen, ist ein wichtiger Schritt in der Energiewende. Ein Pilotprojekt im Süden Chiles soll zeigen, wie das möglich ist. Boge liefert die zum Betrieb der Anlage nötige Druckluft sowie Stickstoff.

Kohlendioxid aus der Luft wird für die Erzeugung des Synthesegases benötigt, das dann zu Methanol und am Ende in synthetisches Benzin umgewandelt wird. Die Blase im Bild dient der CO2-Speicherung.
Kohlendioxid aus der Luft wird für die Erzeugung des Synthesegases benötigt, das dann zu Methanol und am Ende in synthetisches Benzin umgewandelt wird. Die Blase im Bild dient der CO2-Speicherung.
(Bild: Boge)

Die Energiewende ist ein zentrales Thema der Energiepolitik in Deutschland und ein wichtiger Baustein zur Erreichung der Klimaziele. Erneuerbare Energien spielen dabei eine Schlüsselrolle. Sie sollen Atomenergie und fossile Kraftstoffe künftig ersetzen. Doch die erneuerbaren Energien könnten nicht nur Weichensteller für eine klimafreundliche Energieerzeugung sein, sondern auch für den Bereich Automotive an Bedeutung gewinnen. Beispiel dafür ist ein innovatives Pilotprojekt im Süden Chiles. Dort soll mithilfe von Windenergie klimaneutraler Kraftstoff hergestellt werden.

Unter der Leitung der chilenischen Projektgesellschaft HIF (Highly Innovative Fuels) entwickelt Siemens Energy in Zusammenarbeit mit zahlreichen internationalen Unternehmen eine Anlage, die aus Wasserstoff und Kohlendioxid sogenannte E-Fuels produziert. Die für den Betrieb der Anlage notwendige Druckluft liefert Boge. Diese wird zum einen als Instrumentenluft z. B. für die Ansteuerung pneumatischer Ventile genutzt, zum anderen für die Erzeugung von Stickstoff benötigt. Darüber hinaus konzipierte Boge eine Anlage zur Verdichtung des aus der Luft gewonnenen Kohlendioxids.

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So entsteht der grüne Kraftstoff

Für die Herstellung des klimaneutralen Kraftstoffs wird mit Strom aus Windkraft eine neuartige Anlage von Siemens zur Erzeugung von Wasserstoff betrieben. Bei dieser PEM-Elektrolyse (PEM = Proton Exchange Membrane) wird Wasser mithilfe von elektrischer Energie in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Ein weiterer Bestandteil der Pilotanlage ist das patentierte System eines Spezialisten aus Brighton, mit dem Kohlendioxid CO2 direkt aus der Luft absorbiert, abgeschieden und gesammelt wird. So entsteht zu 98 Prozent reines Kohlendioxid. Dieses wird mit Wasserstoff zu dem sogenannten Synthesegas vermischt. Auf der Oberfläche eines speziell produzierten Katalysators findet die Umsetzung des Synthesegases zu Methanol statt. In der Methanol-to-Gasoline-(MTG-)Anlage erfolgt die Umwandlung von Methanol in synthetisches Benzin. Dazu ist ein spezieller MTG-Katalysator im Einsatz, der in der ersten Phase des Projektes 130.000 Liter grünen Kraftstoff produzieren soll. Es ist vorgesehen, die Produktion nach erfolgreichem Start auf eine Menge von 55 Millionen Liter E-Fuel zu erhöhen. Ab 2026 könnten dann sogar 550 Millionen Liter produziert werden. Hauptabnehmer des Kraftstoffs wird zunächst ein Sportwagenhersteller sein.

Zwei Container und jede Menge Knowhow

Für das Pilotprojekt lieferte Boge zwei 40-ft-Container mit unterschiedlicher Ausstattung. In  einem der Container wurden ein ölgeschmierter, frequenzgeregelter Schraubenkompressor, eine Druckluftaufbereitung sowie ein Stickstoffgenerator zur Stickstofferzeugung installiert.
Für das Pilotprojekt lieferte Boge zwei 40-ft-Container mit unterschiedlicher Ausstattung. In einem der Container wurden ein ölgeschmierter, frequenzgeregelter Schraubenkompressor, eine Druckluftaufbereitung sowie ein Stickstoffgenerator zur Stickstofferzeugung installiert.
(Bild: Boge)

Boge liefert für das Projekt Haru Oni zwei 40-Fuß-Container mit unterschiedlicher Ausstattung. In dem einen Container hat der Druckluftexperte einen ölgeschmierten, frequenzgeregelten Schraubenkompressor mit einer Leistung von 75 kW installiert, der Druckluft mit einer Liefermenge von 2,76 bis 12,34 m³/min zur Verfügung stellt. Weitere Bestandteile sind eine Druckluftaufbereitung sowie ein Stickstoffgenerator, der nach dem Pressure-Swing-Adsorption-(PSA-)Verfahren arbeitet. Gereinigte Druckluft durchströmt dabei einen Behälter, der mit Aktivkohle gefüllt ist. Die Sauerstoffmoleküle der Luft werden während der Durchströmung adsorbiert. So entsteht Stickstoff mit einer Reinheit von 99,99 Prozent. Dieser Stickstoff wird gespeichert und steht anschließend für die Weiterverwendung zur Verfügung. Darüber hinaus entwickelte Boge ein CO2-System mit vor- und nachgeschaltetem Equipment.

Der zweite Container enthält einen Kolbenkompressor, der mit einer speziell angefertigten Blase zur CO2-Speicherung kombiniert wurde.
Der zweite Container enthält einen Kolbenkompressor, der mit einer speziell angefertigten Blase zur CO2-Speicherung kombiniert wurde.
(Bild: Boge)

Im zweiten Container wurde dazu ein Kolbenkompressor installiert, der mit einer speziell für Boge angefertigten Blase zur CO2-Speicherung kombiniert wurde. „Wir erstellten in Zusammenarbeit mit einem ausgesuchten Hersteller ein spezielles Konzept“, erklärt Bernd Kleffmann, Senior-Projektleiter bei Boge. „Der erste Ansatz von uns war, einen festen Behälter zur Speicherung des CO2 zu verwenden, analog den herkömmlichen Behältern zur Speicherung von Druckluft. Basis des Systems ist jetzt eine Blase aus gummiertem Gewebe, die in dem Container installiert wurde und diesen in gefülltem Zustand zu zwei Dritteln ausfüllt.“

Insgesamt lassen sich so bis zu 20.000 Liter CO2 speichern. Das in der vorgeschalteten Anlage direkt aus der Luft gewonnene CO2 wird zunächst mithilfe spezieller Komponenten temperatur- und drucküberwacht. Dann wird das Gas in den Ballon geleitet, der sich aufbläht. Ist ein vordefinierter Füllstand erreicht, startet der nachgeschaltete Kolbenkompressor und verdichtet das CO2 auf 20 bar. Das komprimierte Gas wird nochmals zwischengespeichert und dann aus dem Container geleitet, um im nächsten Anlagenbereich mit dem Wasserstoff zu reagieren und das Synthesegas zu bilden. Das gesamte System wird laufend überwacht.

Flexibilität als oberstes Gebot

Boge sollte für das Pilotprojekt Druckluft mit der Qualitätsklasse 1-2-1 nach DIN ISO 8573-1 liefern. Die Partikelgröße der Feststoffverunreinigungen muss also zwischen 0,1 und 0,5 µm liegen. Der maximale Drucktaupunkt liegt bei -40 °C und der Ölgehalt beträgt maximal 0,01 mg/m³. Darüber hinaus hatte Boge hohe projektspezifische Anforderungen zu erfüllen. Gefordert wurde eine umfangreiche Dokumentation. „Die sicherlich größte Herausforderung bestand in der laufenden Änderung hinsichtlich der zu liefernden Medien und des zur Verfügung gestellten CO2“, so Kleffmann. „Die integrierten Anlagen sind weitestgehend Pilotanlagen, die teilweise zum ersten Mal betrieben werden und perfekt aufeinander abgestimmt werden müssen. Daher kam es auch während der gesamten Projektierungsphase immer wieder zu Änderungen, auf die wir reagieren mussten. Flexibilität war gefragt.“

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So passte Boge beispielsweise das System im zweiten Container mehrmals an veränderte CO2-Liefermengen sowie unterschiedliche Drücke an. Der Druckluftexperte ist in der Lage, die Anlage derart umzurüsten, dass selbst bei unterschiedlichen Drücken ein sicherer Betrieb gewährleistet ist. Auch die geforderte Stickstoffmenge variierte über den gesamten Projektierungszeitraum. Da zum derzeitigen Zeitpunkt weniger Stickstoff benötigt als produziert wird, erfolgt gegebenenfalls noch eine weitere Anpassung vor Ort. Der zunächst nicht genutzte Stickstoff könnte in einem zusätzlichen Anlagenteil weiter verdichtet werden und stünde dann für andere Anwendungen zur Verfügung.

Fazit: ein Meilenstein in der Kraftstoffentwicklung

Boge stellte in diesem zukunftsorientierten Projekt einmal mehr seine Kompetenz im Bereich Customised Solutions unter Beweis. Die hohen Ansprüche und speziellen Anforderungen konnten effizient, zuverlässig und kostenoptimiert erfüllt werden. „Dass wir mit der Kombination aus bewährter Boge-Technik und unserem Ingenieurwissen einen Beitrag zur Verbesserung des Klimaschutzes leisten, macht uns sehr stolz“, konstatiert Kleffmann. „Haru Oni ist ein ganz besonderes Zukunftsprojekt, das auf modernste Technologien setzt, um grünen Wasserstoff und dessen Folgeprodukte nachhaltig zu produzieren.“ Dabei kann der Kraftstoff direkt in bestehenden Fahrzeugen eingesetzt werden. Das macht ihn zu einem wertvollen Produkt bei der Erreichung hochgesteckter Klimaziele.

* Christian Schlüter ist Leiter Marketing bei der Boge Kompressoren Otto Boge GmbH & Co. KG

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