The Fuel Science Center

 

Im Januar 2019 wurde aus dem Exzellenzcluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse – TMFB“ das Exzellenzcluster „The Fuel Science Center“.

 

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 Biomasse möglichst effizient zu nutzen, ohne jedoch in Konkurrenz zur Nahrungsmittelerzeugung zu treten.

 

Aktuelles

Am 1. Januar 2019 trat das neue Exzellenzcluster „The Fuel Science Center” in Kraft.

Ansprechpartner

Name

Stefan Pischinger

Koordinator

Telefon

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+49 241 80 48001

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Ansprechpartner

Name

Bastian Lehrheuer

Geschäftsführer des Exzellenzclusters

Telefon

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+49 241 80 95352

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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 Fraunhofer-Institut für Molekulare Biotechnologie und Angewandte Ökologie in Aachen und das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in 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.

  Reaktor Urheberrecht: FSC RWTH

Weitere Förderung bis 2025

Am 27. September 2018 wurde der Förderantrag für das neue Exzellenzcluster „The Fuel Science Center – Adaptive Systeme zur Umwandlung von erneuerbarer Energie und Kohlenstoffquellen“ von einem internationalen Expertengremium, das von der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz des Bundes und der Länder (GWK) berufen wurde, positiv beschieden.

Die Sprecher des bewilligten Clusters The Fuel Science Center, Professor Stefan Pischinger, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen, und Professor Walter Leitner, Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH und Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion, freuen sich, die erfolgreiche Arbeit aus dem Cluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“ der vergangenen Jahre gemeinsam mit ihrem Team im Fuel Science Center fortsetzen zu dürfen. Der ab Januar 2019 geförderte Exzellenzcluster FSC erforscht innovative und erfolgversprechende Wege, um erneuerbare Energie mit biomassebasierten Rohstoffen und CO2 in flüssige Energieträger mit hoher Energiedichte, die „Bio-hybrid Fuels“, umzuwandeln und für den Mobilitätssektor nutzbar zu machen.

Bereits in den ersten 5 Jahren der Förderung des Exzellenzclusters konnten 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 Prozent 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 Ende 2018 garantierte, haben die Forscherinnen und Forscher ihre Bemühungen intensiviert fortgeführt und durch neue Ansätze ergänzt.

Dazu sind verstärkt modellbasierte Methoden zum Einsatz gekommen, die die Eigenschaften und Herstellungspfade neuartiger Kraftstoffkomponenten vorhersagen können. Parallel wurden 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 wurden neuartige Brennverfahren und Motoren entwickelt, die auf die maßgeschneiderten Kraftstoffe abgestimmt und optimiert sind, um das Potenzial der Kraftstoffe komplett ausreizen zu können. So sollte durch die Forschungsarbeit des Exzellenzclusters „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“, bestätigt durch den Erfolg der Aktivitäten der ersten fünf Jahre, auch in der zweiten Förderperiode ein möglichst großer Beitrag für eine nachhaltige Mobilität der Zukunft geleistet werden.

 

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