Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse

 

Hintergrund und Ziele

Der stetige Anstieg des Energiebedarfs und damit auch der Kohlendioxidemission bei beschränkter Verfügbarkeit fossiler Energiereserven stellt eine der größten gesellschaftlichen Herausforderungen dar. Die Forschung auf dem Gebiet der energetischen Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen als Ersatz für fossile Energiequellen gewinnt somit zunehmend an Bedeutung. Dabei gilt es, die zu Verfügung stehende Biomass möglichst effizient zu nutzen, ohne jedoch in Konkurrenz zur Nahrungsmittelerzeugung zu treten.

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Stefan Pischinger

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Benedikt Heuser

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Optimierte biobasierte Kraftstoffe durch Vernetzung verschiedener Disziplinen

Seit Beginn der ersten Förderphase der Exzellenzinitiative im Jahr 2007 arbeitet der Exzellenzcluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“ an der Entwicklung eines übergreifenden Prozesses zur Herstellung optimierter Biokraftstoffe.

Die beteiligten Wissenschaftler forschen dabei eng verzahnt: Einerseits werden gezielt neuartige synthetische Umwandlungspfade untersucht, die durch verschiedene (bio-) katalytische Schritte eine energie- und ressourcenoptimale Umwandlung der Biomasse zu Kraftstoffkomponenten ermöglichen.

Andererseits wird die Verbrennung der neuartigen Biokraftstoffe systematisch erforscht, um optimierte Kraftstoffeigenschaften zu definieren und somit die motorische Verbrennung effizienter und sauberer gestalten zu können.

Durch einen direkten Austausch zwischen beiden Forschungsfeldern im so genannten „Fuel Design Prozess“ werden schrittweise neuartige, optimierte Biokraftstoffe abgeleitet, die sowohl eine effiziente Herstellung als auch eine wirkungsgradoptimale Verbrennung ermöglichen. Entscheidend ist dabei, dass zur Herstellung der Kraftstoffe Material der gesamten Pflanze, die so genannte Lignocellulose, verwendet wird und somit eine Konkurrenz zu Nahrungsmitteln vermieden werden kann.

Beteiligte Forschungseinrichtungen

 

Im Exzellenzcluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“ forschen mehr als 20 RWTH Institute aus den Bereichen der Chemie und Biotechnologie, der Verfahrenstechnik und des Maschinenbaus, unterstützt durch die beteiligten Partnerinstitutionen, das Fraunhoferinstitut für Molekulare Biotechnologie und Angewandte Ökologie und das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim gemeinsam. Der interdisziplinäre Ansatz mit dem gemeinsamen Ziel des optimierten Prozesses zur Biokraftstoffherstellung wird vertieft in gemeinsamen Arbeitsräumen, dem „Fuel Design Center“ im Kernbereich der RWTH, verfolgt.

 

Weitere Förderung bis 2017

In den ersten 5 Jahren der Förderung des Exzellenzclusters konnten bereits vielversprechende Erfolge verbucht werden: Im Dieselmotor ermöglichen neuartige, im „Fuel Design Prozess“ entwickelte Molekülstrukturen, die über angepasste katalytische Pfade aus Biomasse hergestellt werden können, eine nahezu rußfreie Verbrennung. Zudem wurden Kraftstoffe entwickelt, die eine kontrollierte Selbstzündung mit minimierten Schadstoffemissionen im Ottomotor möglich machen und im konventionellen ottomotorischen Betrieb zu einer Steigerung des Wirkungsgrades um bis zu 10% führen.

In der zweiten Förderperiode der Exzellenzinitiative, die mit der positiven Entscheidung der DFG und des Wissenschaftsrates im Juni 2012 eine weitere Förderung des Exzellenzclusters bis 2017 garantiert, werden die Forscher ihre Bemühungen intensiviert fortführen und durch neue Ansätze ergänzen.

Dazu werden verstärkt modellbasierte Methoden zum Einsatz kommen, die die Eigenschaften und Herstellungspfade neuartiger Kraftstoffkomponenten vorhersagen können. Parallel werden Experimente zur schnellen Bestimmung der Verbrennungseigenschaften der maßgeschneiderten Kraftstoffe entwickelt („Rapid Fuel Screening“), um die Genauigkeit dieser Simulationsmodelle zu erhöhen und mit möglichst geringer Verzögerung die Qualität neuer Kraftstoffkandidaten evaluieren zu können.

Darüber hinaus werden neuartige Brennverfahren und Motoren entwickelt, die auf die maßgeschneiderten Kraftstoffe abgestimmt und optimiert sind, um das Potenzial der Kraftstoffe komplett ausreizen zu können. So soll durch die Forschungsarbeit des Exzellenzclusters „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“, bestätigt durch den Erfolg der Aktivitäten der ersten 5 Jahre, auch in der zweiten Förderperiode ein möglichst großer Beitrag für eine nachhaltige Mobilität der Zukunft geleistet werden.

 

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