PHOENIX

Laufzeit: 15.11.2024-14.11.2028
Fördermittelgeber: BMBF  Förderkennzeichen: 03SF0775C

Ausgangssituation:

Das Rheinische Revier soll zu einer Modellregion für klimaneutrale und autarke Industrieprozesse umgebaut werden und damit die Grundlage für nachhaltige Beschäftigung durch zukunftsfähige Arbeitsplätze in den Kernsektoren chemische Industrie, Energiewirtschaft und Anlagenbau legen. Hierzu sollen bisher fossile Wertschöpfungsketten durch nachhaltige Ansätze ersetzt werden, die auf der Power‐to‐X Technologie (P2X) basieren und ohne die Notwendigkeit des Importes von Energieträgern auskommen. Nachhaltige P2X‐Wertschöpfungsketten ermöglichen die effiziente und zeitlich flexible Produktion von CO₂‐neutralen stofflichen Energieträgern, synthetischen Kraftstoffen und CO₂‐negativen Basischemikalien unter Einsatz von erneuerbar erzeugtem Strom. Diese klimaverträglichen stofflichen Produkte können in den Leitmärkten bzw. Sektoren Energie, Wärme, Chemie sowie Transport & Verkehr eingesetzt werden, um klimaschädliche Energieträger auf fossiler Basis zu ersetzen. P2X‐Produkte leisten damit einen signifikanten Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen und tragen auf diese Weise zum Erreichen der Ziele der Energiewende, des Abkommens zum Ausstieg aus der Kohleverstromung sowie der internationalen Klimaabkommen bei. P2X stellt damit eine Schlüsseltechnologie zur Sektorenkopplung und zur Etablierung einer Kohlenstoff‐Kreislaufwirtschaft zur Verfügung. Somit eröffnet sich ein großes wirtschaftliches Potential in der Produktion „grüner“ Wertstoffe. Darüber hinaus ergeben sich für industrielle unvermeidbare CO₂‐Punktquellen, wie Anlagen der thermischen Abfallverwertung oder der Papier‐, Zement‐, Metall‐ und Glasindustrie, neue Geschäftsfelder, in denen CO2 als regenerative Kohlenstoffquelle in nachhaltigen P2X‐Wertschöpfungsketten fossile Kohlenstoffquellen ersetzt.

Das Projekt:

Das Projekt, in dem Partner aus Forschung und Industrie zusammenarbeiten, gliedert sich in zehn Arbeitspakete. Der Fokus des NOWUM-Energy Institutes der FH Aachen liegt in der De‐Fossilisierung des Kraftstoffsektors durch Biogas‐Valorisierung. In einem Fermentationsprozess werden alternative, verwertbare Reststoffe aus dem landwirtschaftlichen Bereich, der Gastronomie, der Nahrungsmittelproduktion und der Papierindustrie zunächst in ein Biogas umgewandelt, das überwiegend aus CH₄ und CO₂ besteht. In einem nachgeschalteten Hochtemperatur‐Brennstoffzellen‐ und Elektrolyseprozess wird im Brennstoffzellenmodus elektrischer Strom produziert, der einerseits zum Laden von Elektrofahrzeugen genutzt werden kann. Falls kein lokaler Bedarf an Strom besteht, kann das System in den Elektrolysemodus umgeschaltet werden. In diesem Prozess wird dann ein Synthesegas erzeugt, das als Ausgangsstoff für die Kraftstoffproduktion in der chemischen Industrie des Rheinischen Reviers seine Anwendung finden kann. Der Standort eines solchen Demonstrators befindet sich idealerweise in der Nähe einer chemischen Produktionsanlage, weil die Reststoffe einfacher zu transportieren sind als das Synthesegas. Anderseits bietet sich aber auch der Standort einer Biogasanlage an. Mit einem nachgeschalteten Fischer‐Tropsch‐Reaktor kann für Landwirte direkt vor Ort synthetischer Diesel hergestellt werden. Durch eine lokale Nutzung des produzierten elektrischen Stroms und der Kraftstoffe wird ein Beitrag zur De‐Fossilisierung des Kraftstoffsektors geleistet.

Ziele:

Das übergeordnete Ziel von beschleunigten Innovationszyklen soll durch einen Ansatz zur Agilen Technologieentwicklung erreicht werden. In zukunftsfähigen P2X‐Wertschöpfungsketten stellt die Elektrolyse als energieintensivster Umwandlungsprozess die Schlüsseltechnologie dar und steht als Konsequenz im Zentrum der Technologieentwicklung.

Die auf Basis energieeffizienter und zeitlich flexibler Elektrolysetechnologien möglichen. aber noch nicht vollends realisierten P2X‐Wertschöpfungsketten reichen von einem „grünen“ Wasserstoffvektor (Hydrogen Economy) bis zu Prozessen einer „grünen“ CO2‐Kreislaufwirtschaft (Beyond‐Hydrogen Economy). Zum Technologieeintritt von P2X‐Wertschöpfungsketten besteht deswegen Bedarf, sowohl fortschrittliche H2O‐Elektrolysetechnologien, als auch neuartige Technologien zur CO2‐Elektrolyse und der Co‐Elektrolyse zu entwickeln. Der Forschungs- und

Entwicklungsbedarf zur Realisierung nachhaltiger P2X‐Wertschöpfungsketten konzentriert sich auf die Elektrolyse als Schlüsseltechnologie, wobei die agile Technologieentwicklung sich auf die Arbeitspakete Niedertemperatur‐Elektrolyse für P2 mit Technologieentwicklung und ‐validierung, die Niedertemperatur‐Elektrolyse für P2X mit Systementwicklung und Hochtemperatur‐Elektrolyse für P2X mit SOC Stackentwicklung fokussiert.