Neu­es Ver­fah­ren für nach­hal­ti­ges Ke­ro­sin aus Me­tha­nol

23.11.2022

Köln-Porz: Im Forschungsprojekt M2SAF (Methanol to Sustainable Aviation Fuels) unterstützt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Industrie, ein Verfahren für die großtechnische Produktion von nachhaltigem Kerosin zu entwickeln. Als Ausgangsstoff dient Methanol. Dieses hat den Vorteil, dass es in großen Mengen verfügbar ist. Zudem kann Methanol klimafreundlich hergestellt werden und es existiert eine weltweite Logistik.

Die neue Technologie lässt sich direkt in bestehende Produktionsketten und Industrieprozesse einbinden. Dies erleichtert eine rasche Umstellung auf nachhaltige Treibstoffe für die Luftfahrt (SAF).

• Im Forschungsprojekt M2SAF unterstützt das DLR die Industrie, ein neues Herstellungsverfahren für klimafreundliches Kerosin zu entwickeln.
• Als Ausgangsstoff dient nachhaltig hergestelltes Methanol.
• Die synthetischen Treibstoffe lassen sich in heutigen Triebwerken verwenden und sollen schrittweise fossiles Kerosin ersetzen.

Foto: Ein neues Verfahren soll die industrielle Herstellung von nachhaltigem Kerosin aus Methanol ermöglichen. Syn­the­ti­sche Treib­stof­fe kön­nen fos­si­les Ke­ro­sin er­set­zen und da­mit die Kli­ma­wir­kung von Flug­zeu­gen ver­rin­gern.  Foto: © DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Weniger CO2 und weniger Schadstoffe
Der Luftverkehr wächst weltweit. Ein Drittel der Klimawirkung von Flugzeugen wird durch CO2-Emissionen verursacht. Zwei Drittel entfallen auf sogenannte Nicht-CO2-Effekte. Dazu zählen der Ausstoß von Schadstoffen sowie der Einfluss von Kondensstreifen und der daraus entstehenden Zirruswolken auf das Klima.

Im Forschungsprojekt M2SAF erproben das DLR und vier Industrieunternehmen mehrere Produktionsprozesse für synthetisches Kerosin auf Basis von Methanol. Anders als bei bisherigen nachhaltigen Treibstoffen muss das synthetische Kerosin nicht mehr mit konventionellem, fossilem Kerosin gemischt werden. Damit können Flugzeuge 100 Prozent nachhaltigen Treibstoff tanken.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchen zwei Treibstoffvarianten, sogenannte Drop-in-Treibstoffe und Non-Drop-in-Treibstoffe. Das Drop-in-SAF soll sich für die gesamte heutige Flugzeugflotte eignen. Es lässt sich direkt ohne Umbauten an Flugzeugen und Infrastruktur einsetzen.

Bei der zweiten Treibstoffvariante, den Non-Drop-in-SAF, verringern sich zudem die Ruß-Emissionen um rund zwei Drittel. Dadurch lassen sich die Nicht-CO2-Effekte im Vergleich zur Drop-in-Variante deutlich stärker reduzieren. Die DLR-Forscherinnen und Forscher nutzen dazu ein gezieltes Treibstoff-Design, mit dem sie die Zusammensetzung des synthetischen Kerosins optimieren. „Dieses ist zwar nur für moderne Flugzeuge geeignet, es ist dennoch ein unerlässlicher Schritt in Richtung klimaoptimierte Treibstoffe der Zukunft“, betont Prof. Andreas Huber vom DLR-Institut für Verbrennungstechnik.

Im Projekt M2SAF optimieren die Beteiligten die verschiedenen Herstellungsschritte für die neuen Treibstoffe. Das Ziel ist, die CO2-Emissionen bei der Produktion so gering wie möglich zu halten. In einem nächsten Schritt ist der Bau einer Pilot-Anlage geplant.

DLR-Expertise für Verfahrenstechniken und Zulassung
Als Mitglied der ASTM International (American Society for Testing and Materials) bringt das DLR-Institut für Verbrennungstechnik seine Expertise bei der Qualifizierung von Treibstoffen für deren Zulassung in das Projekt ein. Die DLR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler untersuchen die neuen Treibstoffe experimentell in Brennkammertests und simulieren die Verbrennungsvorgänge am Computer. Bei der Vorauswahl aus unterschiedlichen Zusammensetzungen von Treibstoffen, dem sogenannten Pre-Screening, nutzen sie neuartige Machine-Learning-Modelle, um die Treibstoffe zu bewerten und für die spätere Zulassung zu optimieren.

Mit seiner langjährigen Erfahrung unterstützt das DLR-Institut für Technische Thermodynamik die Entwicklung der verschiedenen Herstellungsverfahren. Die technische, wirtschaftliche und ökologische Analyse der verfahrenstechnischen Prozesse ermöglicht Vorhersagen für die zukünftige Produktion synthetischer Treibstoffe im industriellen Maßstab.

Das M2SAF-Konsortium vereint breit gefächerte industrielle und akademische Expertisen in den Bereichen Chemie, Analytik, Verfahrenstechnik, Anlagenbau, Produktion und Luftfahrt. An dem Forschungsprojekt sind das DLR-Instituts für Verbrennungstechnik, das DLR-Institut für Technische Thermodynamik sowie die vier Industrieunternehmen OMV Deutschland GmbH, BASF, thyssenkrupp AG und ASG Analytik-Service AG beteiligt. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) fördert das im August gestartete Projekt über 2,5 Jahre mit insgesamt 5,2 Millionen Euro.