Mit Wasser und Kohlendioxid: Reaktor aus dem 3D-Drucker liefert sauberes Benzin

Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor fahren klimaneutral, wenn sie synthetische Treibstoffe tanken. Diese werden aus Wasser und Kohlendioxid hergestellt. Es gibt bereits mehrere Demonstrationsanlagen, etwa in Berlin und im Emsland. Die Herstellungskosten sind allerdings noch deutlich zu hoch, weil dazu zwei Schritte nötig sind. Im ersten wird Wasser in einem Elektrolyseur, der mit Ökostrom betrieben wird, Wasserstoff hergestellt. In einem Reaktor, in den Wasserstoff und Kohlendioxid eingeblasen werden, entsteht dann, wenn ein effektiver Katalysator eingesetzt wird, Diesel, Benzin oder Kerosin.

Aus zwei Produktionsschritten wird einer

Im Projekt PROMETHEUS wollen Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich gemeinsam mit der WZR ceramic solutions GmbH in Rheinbach sowie der griechischen Aristoteles-Universität Thessaloniki und dem Mineralölunternehmen Hellenic Petroleum beide Schritte in einem Membranreaktor zusammenfassen. Darin wird praktisch gleichzeitig Wasser gespalten und Treibstoff hergestellt. Co-Elektrolyseheißt das Verfahren.

Den Reaktor wollen die Forscher mit einem 3D-Drucker herstellen. Das ist ein Spezialgebiet des Unternehmens aus Rheinbach. Er soll deutlich effizienter und kostengünstiger arbeiten als das bisher eingesetzte zweistufige Verfahren. Kernelement ist eine keramische Membran, die für Wasserstoff- und Sauerstoffionen durchlässig ist. An ihren Oberflächen befinden sich Katalysator-Schichten, die den Ablauf der gewünschten Umwandlungsreaktionen vorantreiben, also Wasser spalten und Treibstoff produzieren.

Je dünner die Membran, desto flotter fließt der Sprit

„Die Effizienz des Verfahrens hängt von mehreren Faktoren wie Membrandicke, Oberflächenaktivität und Porosität des Trägermaterials ab, die es im Projekt zu optimieren gilt“, erklärt Projektleiter Professor Wilhelm Meulenberg vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Das klappt am besten mit hauchdünnen Membranen. Die im Projekt PROMETHEUS eingesetzten sind mit 10 bis 50 Mikrometer gerade mal so dick wie ein menschliches Haar. Je dünner die Membran desto flotter strömt der Wasserstoff. Das beschleunigt wieder die Treibstoffproduktion.

Problem Stickoxide bleibt

Sie per 3D-Druck herzustellen hat zwei Vorteile. Meulenberg schildert sie so: „Zum einen ist es damit möglich, eine Membran mit maßgeschneiderter Porenstruktur herzustellen. Zum anderen trägt der 3D-Druck auch dazu bei, die Herstellungskosten für die Membranzellen gegenüber mehrstufigen Gieß- und Sinterprozessen deutlich zu reduzieren.“ Die so hergestellten Treibstoffe sind zwar klimaneutral. Die Entstehung von Stickoxiden verhindern sie jedoch nicht. Die müssen dann weiterhin von Katalysatoren geknackt werden.