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Institut für Future Fuels

Solar beheizter Drehtrommelofen. Bild: DLR

Die Dekarbonisierung des Energie- und Verkehrssystems setzt neben der verstärkten Elektrifizierung aller Sektoren auch die Verfügbarkeit von CO₂-neutral erzeugten Brenn- und Kraftstoffen voraus. Das Potenzial, diese ausschließlich aus Biomasse zu gewinnen, ist jedoch begrenzt, so dass alternative Routen zur Erzeugung von Kraftstoffen aus den Grundstoffen Wasser, CO₂ und ggf. Stickstoff benötigt werden. Hier gibt es noch erheblichen Forschungsbedarf, welche Brennstoffe sich mit hoher Effizienz aus diesen Ausgangsstoffen herstellen lassen und wie sich die Herstellungsverfahren energetisch optimieren lassen. Außerdem ist es notwendig zu analysieren, durch welche mit erneuerbarer Energie betriebenen Verfahren die notwendigen Ausgangsstoffe (insbesondere CO₂ bzw. Kohlenstoff) effizient und kostengünstig zur Verfügung gestellt werden können, und diese zu optimieren.

Die Vision des DLR Instituts für Future Fuels ist die Entwicklung technologischer Lösungen, die die kostengünstige Erzeugung von Brennstoffen im Sonnenggürtel der Erde im großtechnischen Maßstab und ihren globalen Handel ermöglichen. Aus dieser Vision leitet das neue Institut seine Mission zur Entwicklung von Materialien, Komponenten und Verfahren sowie deren Scale-up und techno- und sozio-ökonomische Bewertung ab.

Spätestens ab 2030 benötigt Deutschland den Import von erneuerbaren Ressourcen, um ausreichend CO₂-arme Kraftstoffe als Ersatz für fossile bereitstellen zu können. Insbesondere flüssige Kraftstoffe auf Basis konzentrierter Solarenergie können durch Beimischung zu fossilen Kraftstoffen als Drop-In Fuel in der Übergangsphase zu einer schnellen Minderung von CO₂-Emissionen unter Beibehaltung der bisherigen Treibstoffdistributionswege beitragen. Mittel- bis langfristig können sie fossile Kraftstoffe in Anwendungen ersetzen, für die noch keine belastbaren Alternativen absehbar sind, zum Beispiel im Luft-, im Schwerlastverkehr und in der Schifffahrt.

Solarthermochemische Prozesse können durch geringere Umwandlungsverluste mit sehr hohen Wirkungsgraden solare Kraftstoffe bereitstellen. Eine Integration solarer Wärme in etablierte Hochtemperaturprozesse wie zum Beispiel der Metall-, der Zement- oder der Düngerproduktion könnten den Einsatz der Verfahren zusätzlich verbreitern und zu einer rascheren Realisierung beitragen, da diese Produkte durch ihre höhere Wertschöpfung einen einfacheren Markteinstieg haben. Nebenprodukte dieser Prozesse sind CO₂ und Schwefel, die wiederrum als Ausgangsstoffe für die Brennstoffproduktion genutzt werden können.

Das Institut für Future Fuels wird die gesamte Entwicklungskette zur Bereitstellung von solaren Brennstoffen in vier Bereiche gegliedert abdecken:

1. Die Grundlagenforschung zur Synthese und Modellierung von reaktiven Materialien sowie zur Trennung von Gasgemischen.
2. Die Entwicklung von Verfahren, Komponenten und Reaktoren für die Integration von Wärme- und Stoffströmen.
3. Die Hochskalierung von Verfahren sowie die Analyse der Anlagen z.B. über digitale Zwillinge sowie die Unterstützung der Industrie bei der Umsetzung von Verfahren in die Anwendung.
4. Die techno- und sozioökonomische Bewertung  von Verfahren und logistischen Konzepten zur optimalen Einbindung solarer Brennstoffproduktion in einen globalen Markt.