24. August 2020

Wind­strom als Bei­trag für kli­maf­reund­li­ches Flie­gen

Erneuerbarer Windstrom für die Kerosinherstellung
Er­neu­er­ba­rer Wind­strom für die Ke­ros­in­her­stel­lung
Bild 1/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Erneuerbarer Windstrom für die Kerosinherstellung

Das DLR er­forscht, wie der Strom er­neu­er­ba­rer Ener­gie­an­la­gen am bes­ten ins Netz in­te­griert und in zu­künf­ti­gen In­dus­trie­pro­zes­sen ver­wen­det wer­den kann.
Computermodelle des DLR untersuchen die Stromverteilung im Netz bei unterschiedlichen Voraussetzungen.
Com­pu­ter­mo­del­le des DLR un­ter­su­chen die Strom­ver­tei­lung im Netz bei un­ter­schied­li­chen Vor­aus­set­zun­gen.
Bild 2/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Computermodelle des DLR untersuchen die Stromverteilung im Netz bei unterschiedlichen Voraussetzungen.

Das DLR führt Com­pu­ter­si­mu­la­tio­nen durch, die das Strom­sys­tem ge­nau ana­ly­sie­ren. Es ent­wi­ckelt Mo­del­le, wel­che die Last­flüs­se un­ter be­stimm­ten Be­din­gun­gen be­rech­nen und gibt so Ein­bli­cke in das Ener­gie­sys­tem der Zu­kunft.
  • DLR erforscht, wie eine „Power-to-Jet-Fuel-Anlage“ effizient und zuverlässig ins regionale Stromnetz integriert werden kann.
  • Windenergie soll genutzt werden, um synthetisches Kerosin herzustellen.
  • Schwerpunkte: Energie, Luftfahrt

Deutschland deckt seinen Strombedarf bereits zu einem großen Teil aus erneuerbaren Energien. Die Windkraft leistet dazu einen erheblichen Beitrag. Wetterbedingt kommt es allerdings durch unterschiedliche Windstärken zu Schwankungen in der Energieerzeugung. Weht ein starker Wind, wird zeitweise mehr Strom produziert, als ins Netz eingespeist werden kann. Gemeinsam mit Partnern erforscht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), diesen gerade nicht benötigten Strom in synthetisches Kerosin umzuwandeln. So wird kurzfristig das Versorgungsnetz entlastet und langfristig die Abhängigkeit des Flugverkehrs von Erdöl reduziert.

„Grünes“ Kerosin direkt zum Flughafen

Im Projekt KEROSyN100 plant und entwickelt das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme zusammen mit weiteren Akteuren aus Wissenschaft und Industrie eine „Power-to-Jet-Fuel-Anlage“. Sie soll mit gerade nicht benötigter Windenergie synthetisches Kerosin herstellen. Der Aufbau der Anlage ist in einer Raffinerie im schleswig-holsteinischen Heide vorgesehen. Das dort hergestellte synthetische Kerosin soll mit dem konventionellen Flugkraftstoff „Jet A-1“ gemischt und am 100 Kilometer entfernten Flughafen Hamburg zum Einsatz kommen. „Das Besondere an diesem Projekt ist, dass wir erstmalig eine kommerziell ausgerichtete Demonstrationsanlage entwerfen und aufbauen“, erklärt Julian Bartels, Leiter der DLR-Arbeitspakete im Projekt.

Integration in das regionale Stromnetz

Aktuell liefert die Raffinerie Heide jährlich etwa 350.000 Tonnen Kerosin aus fossilen Rohstoffen zum Flughafen Hamburg. In fünf Jahren sollen 20.000 Tonnen davon synthetisch hergestellt werden. „Um diese Menge an Kerosin zu erzeugen, wird die überschüssige Windenergie allein voraussichtlich nicht ausreichen. Den zusätzlichen Bedarf an Strom planen wir, dem lokalen Versorgungsnetz zu entnehmen. Deshalb ist es wichtig, zu prüfen, ob sich der Lastfluss im Netz dadurch signifikant verändert und womöglich Engpässe zu befürchten sind“, führt Bartels aus.

Mit dieser Fragestellung im Hinterkopf modelliert das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme die Integration der geplanten Anlage in das Stromnetz. Dazu kommt die eigens entwickelte Open Source Netzplanungssoftware "eGo" zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler folgende Fragen klären: Was passiert, wenn große Strommengen dem Netz entnommen werden? Ist die regionale Versorgung weiterhin sichergestellt? Wieviel ansonsten nicht genutzte, überschüssige Windenergie wird verwertet? Und wieviel CO2 lässt sich bei der Produktion des Treibstoffs einsparen? Erste Zwischenergebnisse der Simulationen am DLR zeigen, dass die Integration der Anlage lediglich in ihrer unmittelbaren Umgebung Laständerungen im Stromnetz zur Folge hat. Der regionale Strombedarf ist weiterhin jederzeit gedeckt.

Wasserstoff als Zwischenprodukt von synthetischen Treibstoffen

Konventionelle Flugzeugtreibstoffe werden aus fossilen Rohstoffen, zum Beispiel Erdöl, gewonnen und bestehen zum größten Teil aus Kohlenwasserstoffketten. Diese kann man durch chemische Prozesse auch synthetisch herstellen. Das Projekt KEROSyN100 untersucht diesen Power-to-Jet-Fuel-Prozess und passt ihn so an, dass er auch in einem größeren Maßstab wirtschaftlich ist. Mittels Elektrolyse – die Strom benötigt – wird Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff gespalten. In chemischen Prozessen wird dieser Wasserstoff zusammen mit CO2 zunächst in Methanol und dann in Kerosin umgewandelt. Die neue Anlage in Heide soll für diesen Prozess das CO2 nutzen, das in industriellen Abgasströmen ohnehin anfällt oder in der Luft vorhanden ist.

Der gewonnene Wasserstoff ließe sich theoretisch diesem Prozess auch entnehmen und zwischenspeichern. Er könnte dann als Ausgangsprodukt dienen, um Heizgas herzustellen oder wieder zum Einsatz kommen, wenn erneuerbare Energie wetterbedingt knapp ist. Somit liefert das Projekt KEROSyN100 auch im Bereich der Gewinnung von „grünem“ Wasserstoff wertvolle Erkenntnisse und schafft die Voraussetzung für weitergehende Forschung im Kontext der nationalen Wasserstoffstrategie.

Geleitet wird das interdisziplinäre Projekt vom Advanced Energy Systems Institute an der Universität Bremen. Weitere Projektpartner sind die Raffinerie Heide, der Hamburg Airport, die Chemieanlagenbau Chemnitz, die Entwicklungsagentur Region Heide, das IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität, das Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen sowie die TU Bergakademie Freiberg sowie die SKL Engineering & Contracting.

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