Importante pietra miliare tecnologica: la produzione di carburante sostenibile per l'aviazione diventa più efficiente

Per raggiungere gli obiettivi climatici, l'Europa ha bisogno di alternative verdi per applicazioni difficili da elettrificare. "Il traffico aereo, in particolare, dipenderà dalla paraffina prodotta in modo sostenibile nel prossimo futuro", afferma il professor Roland Dittmeyer dell'Istituto di ingegneria dei microprocessi (IMVT) del KIT. "I combustibili sintetici prodotti con processi power-to-liquid con_CO2 dall'atmosfera o da fonti biogeniche, acqua ed elettricità verde sono particolarmente adatti". Dittmeyer è il portavoce del progetto Kopernikus P2X e dirige il relativo lavoro di ricerca al KIT. Il progetto ha ora raggiunto un'importante pietra miliare tecnologica sulla via del carburante sostenibile per l'aviazione: l'accoppiamento, unico a livello mondiale, dell'innovativa e altamente efficiente tecnologia di elettrolisi del vapore _acqueo/CO2"Co" del partner industriale Sunfire su una scala industrialmente rilevante (220 kilowatt di potenza elettrolitica) direttamente con la sintesi.

La co-elettrolisi rende più efficiente il power-to-liquid

La paraffina sintetica viene prodotta presso il KIT Energy Lab in un processo a più fasi in impianti modulari. In primo luogo, il gas di sintesi - una miscela di idrogeno e monossido di carbonio - viene prodotto da_CO2 e acqua. In linea di principio, il gas di sintesi può essere prodotto in vari modi. Nella nuova configurazione, viene utilizzato un modulo di co-elettrolisi con una potenza di 220 kilowatt del partner industriale Sunfire, che semplifica questa fase del processo e, soprattutto, la rende più efficiente. "La particolarità della co-elettrolisi è che converte elettrochimicamente e in modo altamente efficiente il vapore acqueo e la_CO2 direttamente in gas di sintesi in un unico passaggio. Fino all'85% dell'energia elettrica utilizzata per questo processo viene recuperata come energia chimica nel gas di sintesi. Inoltre, l'accoppiamento ha dimostrato che il nostro sistema di co-elettrolisi ha un'altissima disponibilità e affidabilità dell'impianto ed è stato quindi in grado di fornire gas di sintesi della qualità desiderata in qualsiasi momento", afferma Hubertus Richter, Senior Engineer R&D Project Management & Process Engineering di Sunfire. "Questo elimina la consueta produzione di idrogeno separata dalla produzione di gas di sintesi a valle, aumentando in modo significativo l'efficienza del processo complessivo verso i combustibili sintetici".

Per il funzionamento accoppiato della co-elettrolisi e della sintesi dei combustibili, i ricercatori hanno anche integrato nella catena di processo un compressore con dispositivi di sicurezza, che viene utilizzato per pressurizzare il gas di sintesi alla pressione di reazione. Il gas di sintesi viene poi convertito in idrocarburi a catena lunga - noti come syncrude - in un reattore microstrutturato che utilizza la sintesi di Fischer-Tropsch, che può essere utilizzata direttamente per produrre carburanti come la paraffina o altri prodotti chimici. Questa tecnologia di reattore è stata sviluppata dagli scienziati del KIT ed è già stata commercializzata da INERATEC, uno spin-off del KIT. In futuro, il calore generato durante la sintesi sarà utilizzato anche sotto forma di vapore per la co-elettrolisi. Ciò ridurrebbe ulteriormente il fabbisogno energetico dell'intero processo e dimostrerebbe la preparazione del prodotto per la paraffina su questa scala. La combinazione di queste fasi del processo consente un utilizzo ottimale dell'anidride carbonica utilizzata e la massima efficienza energetica possibile, poiché i flussi di materiali all'interno della catena di processo possono essere riciclati in modo efficiente oltre ai flussi di energia.

Una tonnellata di paraffina al giorno nella fase successiva

I ricercatori del KIT hanno testato con successo l'integrazione della co-elettrolisi in una campagna operativa in condizioni reali, producendo fino a cento litri di sincrude al giorno. L'operazione di accoppiamento segna una tappa importante nella seconda fase di finanziamento del progetto P2X di Kopernikus. L'impianto è ora in fase di espansione per una capacità fino a 300 litri di syncrude al giorno. Nella terza e ultima fase di finanziamento, il team di ricerca sta anche costruendo un impianto di produzione di Fischer-Tropsch più grande attraverso INERATEC nel parco industriale di Höchst, vicino a Francoforte. "Per la prima volta verrà realizzata una produzione su scala di tonnellate", spiega Dittmeyer. Il prodotto, ulteriormente trasformato in paraffina sintetica, sarà poi utilizzato nei test sui motori dai produttori di turbine e dai partner di ricerca. Le analisi di accompagnamento garantiranno che il carburante soddisfi i severi standard dell'aviazione.

Informazioni sul progetto Kopernikus P2X

Nel progetto Kopernikus P2X, i partner Climeworks, Sunfire, INERATEC e l'Istituto di ingegneria dei microprocessi del KIT Energy Lab stanno costruendo e gestendo una catena di processo integrata. Seguendo il concetto di "power-to-fuel", è possibile produrre carburanti_{a zero emissioni di CO2}, noti anche come e-fuel. Il Ministero federale dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF) finanzia il progetto. Il progetto coinvolge 18 partner dell'industria, della scienza e della società civile.