INERATEC: Treibhausgase für synthetische Kraftstoffe

Die Gründer der INERATEC entwickeln einen chemischen Reaktor, der aus verschiedensten Gasquellen synthetische Kraftstoffe erzeugt. Neu daran ist das Format. Dieser Reaktor ist nur so groß wie ein Schreibtisch. So konnte eine Kompaktanlage konzipiert werden, die in einen Container passt und nur noch an eine Gasquelle angeschlossen werden muss. Heute noch auf Methan als Rohstoff zugeschnitten, könnte dieser Ansatz morgen Kohlendioxid und Wasserstoff zu Kraftstoffen umsetzen. Dieser Aspekt in Kombination mit den dezentralen Einsatzmöglichkeiten der Anlage lässt erahnen, was sich hier für ein Potenzial verbirgt.

Die INERATEC – Innovative Reactor Technology überzeugt mit technischem Know-how und einer zukunftsweisenden Idee: „Wir werden containerbasierte, kompakte Reaktoranlagen für eine chemische Umwandlung von Methan in Kraftstoff bauen,“ erklärt Phillip Engelkamp, Wirtschaftsingenieur und Mitgründer der INERATEC. Die INERATEC wird voraussichtlich Mitte 2015 von einem vierköpfigen Team aus den Chemieingenieuren Tim Böltken und Paolo Piermartini, Professor Peter Pfeifer und  Engelkamp gegründet. Seinen Sitz wird das Unternehmen vorerst am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben. Ermöglicht wird dies durch eine Förderung des Gründerteams im Förderprogramm Junge Innovatoren, einem Förderprogramm des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK). „Diese Förderung ermöglicht es uns, die hervorragende Infrastruktur am Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT weiter zu nutzen und trotzdem unseren Fokus auf die Unternehmensgründung zu legen“, erklärt Engelkamp.

 

Chemische Kraftstoffproduktion aus dem Container

Vor der Zeit als Gründer beschäftigte sich das Team am IMVT intensiv mit den Einsatzspektrum der Fischer-Tropsch-Synthese (FT-Synthese). Dieser chemische Ansatz verlängert Kohlenmonoxid (CO) zusammen mit Wasserstoff zu mittel- bis langkettigen Kohlenwasserstoffen. Liegen diese am Ende mit einer Länge von 5 bis 22 Kohlenstoffatomen vor, entstehen flüssige Kraftstoffe wie Benzin oder Diesel. Werden diese Kohlenstoffketten noch weiter verlängert, entstehen sogar feste Paraffine, auch als Wachse bekannt.

„Die Anfänge der großindustriellen FT-Synthese findet man in Südafrika, in den 1950er Jahren. Mein Gründerkollege, Herr Böltken, war während seines Studiums der Verfahrenstechnik eine Zeit lang dort, um Erfahrung zu sammeln“, so Engelkamp. In Südafrika nutzt man Kohle als Rohstoff für diese Art der Kraftstoffsynthese. Dieses Verfahren der Kohleverflüssigung hat seinen Ursprung in Deutschland in den 1930er Jahren. Heutzutage kommt das Gas-to-Liquid-Verfahren mit dem Ausgangsstoff Erdgas zum Einsatz. In Erdgas ist Methan (CH4) enthalten, das in einem ersten Schritt, der Dampfreformierung, zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Beides dient in aufbereiteter Form wieder als Edukt für die Kraftstoffproduktion mittels FT-Synthese. Im großen Maßstab wird dieses Verfahren seit den frühen 60ern in Südafrika und seit den 90ern vor allem im Nahen Osten und in Malaysia angewandt. „Diese gigantischen Gas-to-Liquid-Anlagen sind so groß wie halb Stuttgart und kosten um die 35 Milliarden Euro“, erklärt der Wirtschaftsingenieur.

Die Gründer der INERATEC setzten vorerst ebenfalls auf methanhaltige Erdgase als Edukt. Da portable dezentrale Anlagen eine unabhängigere Produktionsstätte bedeuten, setzten sie vor allem auf einen kleineren Maßstab. „Nicht jedes Land verfügt über so enorme Kohlevorkommen wie Südafrika oder Gasvorkommen wie Katar. Mit unserem Ansatz können auch kleinere Vorkommen genutzt werden“, so Engelkamp. Der chemische FT-Reaktor der INERATEC ist nur schreibtischgroß, was er seiner ausgereiften kompakten Bauweise und den heutigen mikrosystem- und mikroverfahrenstechnischen Möglichkeiten verdankt. „Der Reaktor und alle weiteren Module, die für den Prozess nötig sind, wie Kompressoren oder eine Gasaufbereitungs-Einheit, finden in einem Schiffscontainer problemlos Platz“, beschreibt der Wirtschaftsingenieur die flexible Transporteinheit.

„Unser aktueller Ansatz nutzt Methan – zum Beispiel aus Erdgas – als Kohlenstoffquelle. Die Prozessparameter sind hier so gewählt, dass nur flüssige Kohlenwasserstoffketten – also Kraftstoffe – produziert werden. Dieses Kraftstoffgemisch besteht in der Regel aus 25 Prozent Benzin (C5-Ketten bis C11), 50 Prozent Diesel (C5 bis C22) und 25 Prozent Kerosin (C8 bis C13), wobei die Verhältnisse untereinander in einem gewissen Rahmen angepasst werden können. Von dieser Kraftstoffmischung können bis zu 8.000 Liter am Tag produziert werden“, so Engelkamp. „Momentan wäre der letzte Raffinationsschritt zur Auftrennung des Kraftstoffgemisches noch ausgelagert, könnte aber theoretisch als kleinere Separationsanlage als weiteres Modul in der Container-Anlage ergänzt werden.“ Diese flexible Anlage kostet heute noch circa 1,25 Millionen Euro pro Container. „Das ist im ersten Moment viel, aber sobald der Absatz steigt können wir die Produktionskosten senken und uns so den Skalen-Effekt zunutze machen“, so Engelkamp.

Enormes Potenzial für die Bioökonomie von morgen

Das Gas-to-Liquids-Verfahren mittels FT-Synthese benötigt Kohlenmonoxid und Wasserstoff als Edukte. Hierfür kann nicht nur Methan aus fossilem Erdgas genutzt werden – auch Biogas enthält einen hohen Methananteil von bis zu 70 Prozent. Deponie- oder Klärgase enthalten ebenfalls das farb- und geruchlose Gas und könnten in einer INERATEC-Anlage für die FT-Synthese von Kraftstoffen verwertet werden. „Wir versuchen eine vollständige Wertschöpfungskette zu etablieren. Hier zahlt sich die Flexibilität der Anlage aus: Zum Beispiel kann das Methan aus Biogas direkt in der Containeranlage aufgereinigt und verwertet werden. Da wir eine Zuleitung von 20 bis 100 Normkubikmeter Methan pro Stunde benötigen, haben wir zum Beispiel Bauernverbände oder andere Biogasproduzenten im Blick, die vielleicht schon ein in die Jahre gekommenes Blockheizkraftwerk betreiben und für die Idee einer eigenen Kraftstoffproduktion offen sind. Mit 100 m3 Methan pro Stunde könnten am Tag circa 600 Liter Kraftstoffgemisch produziert werden“, erklärt Engelkamp.

Die Vision dieser Reaktoranlage geht noch weiter. „Als disruptive Innovation hat unsere Technologie das Potenzial, die Wertschöpfungskette für Kraftstoffe völlig umzukrempeln“, so Engelkamp. Das Methan könnte auch biotechnologisch gewonnen werden. So gibt es Kohlendioxid-veratmende Bakterienstämme, die das CO2 zusammen mit Wasserstoff zu Methan und Wasser umsetzen. Auf diese Weise würde das Treibhausgas Kohlendioxid der Atmosphäre entzogen und zu einem wertvollen Kraftstoff umgesetzt werden.

Durch Elektrolyse von Wasser könnte der nötige Wasserstoff erzeugt werden. Dieser Ansatz ist energieaufwendig. Käme diese Energie nun aus Solarzellen oder Windkrafträdern, wäre dies eine Möglichkeit, regenerativ erzeugte Energie in Form von Kraftstoff zu speichern. „Noch ist das Zukunftsmusik, aber in fünf bis zehn Jahren könnte dieses Thema auch für unseren modularen Ansatz interessant sein. Wir wollen die Gase nicht produzieren, sondern nutzen. Wenn aber jemand eine kompakte Elektrolyse zur Wasserstoffsynthese entwickelt, könnte er als ergänzender strategischer Partner spannend für uns sein,“ erläutert Engelkamp.

INERATEC deutet die Zeichen der Zeit. Nicht nur in Baden-Württemberg, auch im europäischen Raum ist das Gefühl für Nachhaltigkeit und Innovationsdenken so intensiv verankert wie nie zuvor. Rückenwind bekommt das Unternehmen zusätzlich durch neue Gesetze und gesetzliche Anpassungen wie beim Erneuerbare Energien Gesetz des Bundes. „Blockheizkraftwerke zur Erzeugung von Strom aus Gas erhalten seit dem neuen EEG-Gesetz eine geringere Förderung. Daher werden in Zukunft Alternativen wie unsere immer interessanter. Auch im Kraftstoffbereich findet gerade ein Umdenken statt, das uns in die Karten spielt. Beim Kraftstoff E10 wird der angestrebte 10-Prozent-Ethanolzusatz aus Energiepflanzen auf 7 Prozent gesenkt und die restlichen 3 Prozent durch Kraftstoffe der zweiten Generation ersetzt. Und wir sind genau diese zweite Generation,“ so Engelkamp.

Mit Unterstützung auf dem Weg zur Marktreife

Die INERATEC verwirklicht ein schon mehrfach ausgezeichnetes Konzept. So überzeugte das Vorhaben durch seinen Innovationscharakter auch die BIOPRO Baden-Württemberg. Gründungsmitglied Paolo Piermartini konnte das INERATEC-Konzept auf dem Bioökonomiekongress 2014 in Stuttgart vorstellen. „Durch die Kontaktvermittlung, die durch die BIOPRO stattgefunden hat, haben wir enorm profitiert“, erklärt Engelkamp. „Jetzt fehlt nur noch der letzte Schritt auf dem Weg zur fertigen Anlage: Ein erste Anlage im Containermaßstab, um zu zeigen, wie perfekt das kompakte Verfahren funktioniert und so nachweislich eine Marktreife vor der angestrebten Serienreife zu erreichen.“

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