Varios desafíos asociados con la transición energética pueden manejarse acoplando los sectores de energía eléctrica y movilidad. La energía verde podría almacenarse a largo plazo, Los combustibles de alta densidad energética podrían utilizarse de forma neutra en carbono. Los socios del proyecto P2X Kopernikus han demostrado ahora el acoplamiento sectorial en las instalaciones del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). Los primeros litros de combustible se produjeron a partir de dióxido de carbono capturado por el aire y energía verde. Por primera vez, Se utilizó una instalación de prueba en contenedores que integra los cuatro pasos necesarios del proceso químico para implementar un proceso continuo con la máxima utilización de dióxido de carbono y una eficiencia energética muy alta.

"En todo el mundo, el viento y el sol suministran una cantidad suficiente de energía, pero no siempre en el momento adecuado, "dice el profesor Roland Dittmeyer, EQUIPO, describir el dilema de la transición energética. Coordina el grupo de investigación "Hidrocarburos y alcoholes de cadena larga" del proyecto Power-to-X (P2X) Kopernikus. "Es más, algunos sectores de transporte importantes, como el aire o el tráfico pesado, seguirá necesitando combustibles líquidos en el futuro, ya que tienen una alta densidad de energía ". Por lo tanto, Es razonable almacenar la energía verde no utilizada hasta ahora en portadores de energía química.

Los socios del proyecto Climeworks, Ineratec, Fuego solar y KIT combinaron recientemente los pasos necesarios del proceso químico en una planta compacta, operación acoplada lograda, y demostró el principio de funcionamiento. Esta combinación de tecnologías promete un uso óptimo del dióxido de carbono y la máxima eficiencia energética, ya que los flujos de masa y energía se reciclan internamente. La instalación de prueba existente puede producir unos 10 litros de combustible por día. En la segunda fase del proyecto P2X Kopernikus, Está previsto desarrollar una planta con una capacidad de 200 litros por día. Después, una planta de demostración preindustrial en el rango de megavatios, es decir, con una capacidad de producción de 1500 a 2000 litros por día, será diseñado. Teóricamente, esa planta puede alcanzar eficiencias de alrededor del 60%, lo que significa que el 60% de la energía verde utilizada se puede almacenar en el combustible como energía química.

Cuatro pasos para alimentar

En un primer paso la planta captura dióxido de carbono del aire ambiente en un proceso cíclico. La tecnología de captura directa de aire de Climeworks, un derivado de ETH Zurich, utiliza un material de filtro especialmente tratado para este propósito. Mientras el aire pasa a través de ellos, los filtros absorben las moléculas de dióxido de carbono como una esponja. Al vacío y a 95 ° C, el dióxido de carbono capturado se libera de la superficie y se bombea.

En el segundo paso, la división electrolítica de dióxido de carbono y vapor de agua tiene lugar simultáneamente. Esta denominada tecnología de co-electrólisis comercializada por la empresa tecnológica Sunfire produce hidrógeno y monóxido de carbono en un solo paso del proceso. La mezcla se puede aplicar como gas de síntesis para varios procesos en la industria química. La co-electrólisis tiene una alta eficiencia y teóricamente une en el gas de síntesis el 80% de la energía verde utilizada en forma química.

En un tercer paso, la síntesis de Fischer-Tropsch se utiliza para convertir el gas de síntesis en moléculas de hidrocarburos de cadena larga, las materias primas para la producción de combustible. Para esto, Ineratec, un derivado de KIT, aporta un reactor microestructurado que ofrece una gran área de superficie en el espacio más pequeño para eliminar de manera confiable el calor del proceso y usarlo para otros pasos del proceso. El proceso se puede controlar fácilmente, manejar bien los ciclos de carga, y se puede ampliar de forma modular.

En el cuarto paso, se optimiza la calidad del combustible y el rendimiento. Este proceso, llamado hidrocraqueo, fue integrado en la cadena de proceso por KIT. Bajo una atmósfera de hidrógeno las largas cadenas de hidrocarburos se rompen parcialmente en presencia de un catalizador de platino-zeolita y, por lo tanto, cambiar el espectro de productos hacia combustibles más utilizables directamente, como la gasolina, queroseno, y diesel.

Debido a su carácter modular, el proceso tiene un gran potencial. Como resultado del bajo riesgo de escalado, el umbral de implementación es mucho más bajo que para una central, instalación química a gran escala. El proceso se puede instalar descentralizado en lugares donde la energía solar, energía eólica o hidráulica está disponible.

Proyecto P2X Kopernikus:uso flexible de recursos renovables

"Power-to-X" se refiere a tecnologías que convierten la energía de fuentes renovables en materiales de almacenamiento de energía, portadores de energía, y productos químicos de alto consumo energético. Las tecnologías Power-to-X permiten el uso de energía procedente de fuentes renovables en forma de combustibles personalizados para vehículos o en polímeros mejorados y productos químicos de alto valor añadido. En el marco del programa Kopernikus financiado por el gobierno, Se estableció una plataforma de investigación nacional "Power-to-X" (P2X) para estudiar este complejo tema. En total, 18 instituciones de investigación, 27 empresas industriales, y tres organizaciones de la sociedad civil están involucradas en el proyecto P2X. En un plazo de diez años, Se prevé desarrollar nuevos desarrollos tecnológicos hasta la madurez industrial. La primera fase de financiación se centra en la investigación de la cadena de valor completa, desde la energía eléctrica hasta los materiales y productos que transportan energía.