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

Die zunehmende Verfügbarkeit nicht-fossiler Energietechnologien eröffnet beispiellose Chancen zur Neugestaltung der Schnittstellen energetischer und stofflicher Wertschöpfungsketten für eine nachhaltige Zukunft.

Die Grundlagenforschung des Exzellenzclusters „Fuel Science Center – Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquellen“, kurz FSC, schafft die Basis für die integrierte Umwandlung von erneuerbarer Elektrizität mit biomassebasierten Rohstoffen und CO2 zu flüssigen Energieträgern mit hoher Energiedichte (Bio-hybrid Fuels), die eine hocheffiziente und saubere Verbrennung ermöglichen.

Im FSC werden Erkenntnisse und wissenschaftliche Methoden erarbeitet, um die motorische Verbrennung fossiler Kraftstoffe durch adaptive Produktions- und Antriebssysteme auf Basis regenerativer Energie- und alternativer Kohlenstoffquellen unter dynamischen Randbedingungen zu ersetzen.

 

Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquellen

Bereits in den ersten fünf 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  zehn Prozent führen.

In der zweiten Förderperiode der Exzellenzinitiative von Juni 2012 bis einschließlich Dezember 2018 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.

Am 27. September 2018 wurde der Förderantrag für das neue Exzellenzcluster von einem internationalen Expertengremium, das von der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz des Bundes und der Länder (GWK) berufen wurde, positiv beschieden und somit eine weitere Förderung bis 2025 garantiert. In dieser dritten Förderungsphase erforscht das FSC 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. Dafür geht das Fuel Science Center in seinem konvergenten Ansatz zu Bio-hybrid Fuels weit über die aktuelle Forschung zu erneuerbaren Treibstoffen hinaus und schafft die wissenschaftlichen Grundlagen für ein integriertes Design von Produktionsprozessen und Motorentechnik. Adaptive technologische Lösungen werden angestrebt, um auf die zunehmende Diversifizierung der Energie- und Rohstoffversorgung und Veränderungen des Mobilitätssektors reagieren zu können.

Zur Realisierung flexibler und ökonomischer Wertschöpfungsketten wird dabei die (elektro-)katalytische Produktion von Energieträgern und Chemikalien berücksichtigt. Für die Rückwandlung der chemisch gespeicherten Energie werden emissionsminimierte, molekular kontrollierte Verbrennungssysteme erforscht. Es werden methodische Konzepte entwickelt, um für die Bewertung von Umweltbelastung, Wirtschaftlichkeit und gesellschaftlicher Relevanz von einer analytischen Beschreibung zu belastbaren Prognosen zu gelangen.

Beteiligte Forschungseinrichtungen

Im FSC forschen 29 RWTH Institute und Lehrstühle aus den Bereichen der Chemie und Biotechnologie, der Verfahrenstechnik und des Maschinenbaus. Unterstützt wird das FSC durch die beteiligte Partnerinstitutionen wie die Max-Planck-Institute für Kohlenforschung und Chemische Energieumwandlung sowie das Forschungszentrum Jülich.