VERWARMING
Install Magazine 966 – december 2019

De toekomst van vloeibare brandstoffen

Proefopstellingen bij Karlsruher Institut Für Technologie

Hoe ziet klimaatneutraal transport en verwarming er in de toekomst uit? Op deze vraag wordt een antwoord gezocht in het Duitse Karlsruhe. Aan het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wordt onderzoek verricht naar klimaatneutrale vloeibare brandstoffen. Deze worden al geproduceerd in pilootinstallaties, zoals van de start up Ineratec. Informazout organiseerde dan ook een studiereis naar KIT om meer duidelijkheid te geven over de mogelijkheden en kansen van CO₂-neutrale brandstoffen.

Er zijn verschillende ‘paden’ om alternatieve stookolie uit hernieuwbare grondstoffen te produceren. Op de markt zijn er nu voornamelijk brandstoffen verkrijgbaar op basis van biomassa, waarmee men al een merkbare daling van de uitstoot van broeikasgassen kan realiseren. In de toekomst moet men echter vermijden dat er concurrentie ontstaat tussen landbouw- en voedingsgewassen enerzijds en aanplantingen voor de productie van vloeibare koolwaterstoffen anderzijds. Alles wijst erop dat de behoefte aan vloeibare brandstof erg groot zal zijn, zodat biomassa niet zal volstaan. Op langere termijn zal men dus moeten overschakelen op synthetische energiedragers op basis van groene stroom. De grondstoffen zijn dan waterstof dat geproduceerd wordt met groene stroom, en CO₂ die uit de lucht wordt gehaald. Dergelijke vloeistoffen noemt men E-fuels.

Het klimaat redden, ook met een stookolietank

In Duitsland alleen al zijn er verschillende initiatieven om processen en grondstoffen te vinden voor een alternatief voor aardolie. Bij de startup Ineratec loopt er zelfs al een demonstratieproject, in de vorm van een testcontainer die een heldere vloeistof produceert. Die kan als brandstof gebruikt worden voor traditionele motoren of branders, zonder dat er daardoor fossiel CO₂ in de atmosfeer terecht komt. “Dat is het grote voordeel van deze nieuwe brandstof,” aldus Dr. Tim Böltken, bedrijfsleider van Ineratec. “Net als fossiele olie heeft ze een hoge energiedichtheid en is ze gemakkelijk op te slaan en te transporteren. Deze olie is echter klimaatneutraal en reduceert dus de plaatselijke CO₂-uitstoot duidelijk.”

De oplossing: een gesloten CO₂- kringloop

Op de energy campus van KIT staan er twee pilootinstallaties: Bioliq en P2X. Deze maken gebruik van verschillende grondstoffen, maar werken volgens hetzelfde principe: de CO₂ die bij de verbranding ontstaat, wordt uiteindelijk terug gebruikt voor de productie van nieuwe brandstof. Het is een gesloten kringloop waarbij CO₂ weer tot grondstof wordt, ofwel eerst opgenomen in biomassa, dan wel direct opgevangen uit de lucht.

De Bioliq-installatie produceert hoogwaardige benzine uit biogene afval. Deze brandstof heeft drop-in kwaliteit en kan dus zonder problemen bij traditionele benzine gemengd worden. In het Kopernikus-project P2X wordt de CO₂ uit de lucht gehaald om er brandstof van te maken. De andere component in het proces is waterstof, dat door elektrolyse uit water wordt gewonnen op basis van groene stroom.

Brandstoffen voor morgen voor de techniek van vandaag

Een groot voordeel van E-fuels is de mogelijkheid voor drop-in toepassingen. Dat wil zeggen dan de hernieuwbare brandstoffen in toenemende mate kunnen worden bijgemengd bij aardolieproducten om zo de uitstoot te verminderen. Dat is een praktische oplossing om fossiele brandstof op termijn te vervangen.

Een installatie die stroom omzet in e-fuel

De P2X-installatie op de KIT-campus heeft een wereldprimeur. Voor het eerst zijn de vier stappen om stroom om te zetten in groene brandstof samengebracht in één installatie. De container heeft genoeg aan elektriciteit en lucht om brandstof te produceren. Hiermee wordt de CO₂ optimaal benut.

Op dit ogenblik is de dagelijkse hoeveelheid die geproduceerd wordt nog beperkt. De installatie vertegenwoordigt echter een wetenschappelijke doorbraak. Het biedt de mogelijkheid om grote hoeveelheden CO₂ om te zetten in groene brandstof, terwijl het hele systeem energie-efficiënt blijft. Bovendien gaat het om een compacte modulaire installatie. Een container zoals die in Karlsruhe staat, kan decentraal om het even waar ingezet worden. De brandstof wordt dus geproduceerd waar er voldoende zonne-, wind- of waterkracht voorhanden is.

Vier partners voor vier stappen

Het gaat om een samenwerking van vier partners in een Kopernikus-project, die elk een stap van het proces voor hun rekening namen. Kopernikus is een steunprogramma van de Duitse overheid om technologieën te ontwikkelen om de energietransitie te realiseren. De naam staat daarbij symbool voor de fundamentele omwenteling van ons energiesysteem die vereist wordt. Een van de krachtlijnen is P2X, kort voor Power-to-X. Dat omvat alle methoden om groene stroom op te slaan door de elektriciteit te transformeren in een andere drager, meestal vloeibaar of gasvormig. Power-to-X is een verzamelnaam voor Power-to-Gas, Power-to-Liquid en Power-to-Chemicals. De installatie in Karlsruhe heeft tot doel om vloeibare brandstoffen te produceren. De taakverdeling is als volgt:

Eerst filtert de installatie het schadelijke CO₂ uit de lucht, zodat het als grondstof gebruikt kan worden. Deze techniek ontwikkelde Climeworks, een spinoff van ETH Zürich.
In een tweede fase worden CO₂ en waterdamp gesplitst tot koolmonoxide en waterstof, door middel van een technologie van het energiebedrijf Sunfire.
Uit dit gasmengsel worden dan langere koolwaterstofketens gebouwd met een proces van Ineratec, een spinoff van KIT.
KIT ontwikkelde dan de laatste stap voor de module. Hierdoor worden de lange ketens van de koolwaterstoffen gesplitst om de basiscomponenten voor benzine, kerosine of diesel te maken.

Toekomstvisie

De installatie in Karlsruhe levert nu ongeveer 2 liter per dag. De volgende versie moet echter ongeveer twee vaten per dag gaan produceren. Dit wordt dan de tweede fase van het Kopernikusproject. De stap daarna benadert dan al de industriële schaal: met een duizendtal liter per dag zou men dan uitkomen op 350.000-400.000 liter op jaarbasis.

Door Alex Baumans

Foto’s: Ineratec