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WO2021197707A1 - Verfahren zur herstellung eines synthetischen kraftstoffs und system zur durchführung eines solchen verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines synthetischen kraftstoffs und system zur durchführung eines solchen verfahrens Download PDF

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WO2021197707A1
WO2021197707A1 PCT/EP2021/053987 EP2021053987W WO2021197707A1 WO 2021197707 A1 WO2021197707 A1 WO 2021197707A1 EP 2021053987 W EP2021053987 W EP 2021053987W WO 2021197707 A1 WO2021197707 A1 WO 2021197707A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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biogas
gas combustion
plant
carbon dioxide
fuel
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/053987
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Felix SCHORN
Remzi Can Samsun
Dennis LOHSE
Ralf Peters
Original Assignee
Forschungszentrum Jülich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Jülich GmbH filed Critical Forschungszentrum Jülich GmbH
Publication of WO2021197707A1 publication Critical patent/WO2021197707A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/1516—Multisteps
    • C07C29/1518—Multisteps one step being the formation of initial mixture of carbon oxides and hydrogen for synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B15/081—Supplying products to non-electrochemical reactors that are combined with the electrochemical cell, e.g. Sabatier reactor
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
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    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a synthetic fuel.
  • the invention also relates to a system which is designed and set up to carry out such a method.
  • a carbon source is required in addition to renewable hydrogen, e.g. hydrogen generated by electrolysis of water. Since the synthetic fuels should make a contribution to the reduction of greenhouse gas emissions, a non-fossil carbon source is a basic requirement.
  • Cheap et al. have shown that carbon dioxide (CO2) as a carbon source can make an important contribution to the production of synthetic fuels, see “Non-fossil CO2 recycling - The technical potential for the present and future utilization for fuels in Germany", Journal of CO2 utilization, 30 130-141 (2019).
  • FIG 3 shows schematically a known example of a biogas plant.
  • the biogas leaving the biogas plant 20 via the line 21 and containing methane (CFU) and carbon dioxide (CO2) is first divided into two partial flows, which are passed through the lines 22 and 23.
  • the biogas flowing through the line 22 is fed to a gas combustion system 24, which in the present case is a block-type thermal power station, where it is used to generate electricity and heat, the heat being used to operate the biogas system 20.
  • a gas combustion system 24 which in the present case is a block-type thermal power station, where it is used to generate electricity and heat, the heat being used to operate the biogas system 20.
  • up to 50% of the biogas produced in the biogas plant must be burned in the biogas incineration plant and therefore does not get into the processing.
  • the biogas flowing through the line 23 reaches the processing plant 25, where it is separated into biomethane (CH4) and carbon dioxide (CO2) using one of the technologies mentioned above.
  • CH4 biomethane
  • CO2 carbon dioxide
  • the biomethane leaving the processing plant 25 via the line 26 can, for example, be fed into the natural gas network.
  • the carbon dioxide leaving the treatment plant 25 via line 27 is normally discharged into the environment. In principle, it would therefore also be available for the production of synthetic fuels. Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an alternative and environmentally friendly method for producing a synthetic fuel.
  • the present invention provides a method for producing a synthetic fuel, comprising the steps: a) decomposition of water (H 2 O) into oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ) using an electrolyzer; b) Generation of a biogas comprising methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) using a biogas plant; c) Generation of electricity and / or heat in a gas incineration plant using biogas generated in the biogas plant (CH 4 , CO 2 ) and oxygen obtained from electrolysis (O 2 ); d) Treat the exhaust gas leaving the gas incineration plant and containing water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) in such a way that water (H 2 O) is at least partially withdrawn, in particular by means of condensation; and e) generating synthetic fuel in a fuel synthesis system using carbon dioxide (CO 2 ) obtained from the exhaust gas from the gas combustion system and hydrogen (H 2 ) obtained from electrolysis.
  • a major advantage of this process is that the gas combustion system is operated in the oxyfuel process and that the exhaust gas leaving the gas combustion system consists only of carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O), which makes the separation clear compared to the separation technologies mentioned above simplified, since the water only has to be condensed out.
  • this process makes all the carbon in the biogas available for the subsequent fuel synthesis.
  • the high-purity CO 2 obtained in this way is then used for fuel synthesis, for which the electrolyser supplies the additionally required hydrogen (H 2 ).
  • the invention thus creates a very environmentally friendly fuel synthesis process.
  • step c) advantageously takes place under the use of cooled carbon dioxide (CO 2 ) obtained from the exhaust gas from the gas incineration system to regulate the combustion temperature in order to prevent combustion in the exhaust gas incineration system at temperatures that are too high avoid pure oxygen through exhaust gas recirculation.
  • CO 2 cooled carbon dioxide
  • the recirculated CO2 thus replaces the role of the inert gas, which is normally played by the nitrogen contained in the ambient air.
  • the combustion process is preferably set in such a way that, compared to a combustion operation using ambient air, no higher temperatures and no higher pressures arise. This means that the engine is not loaded more than in nominal operation.
  • heat is generated in step c), this heat being at least partially used to drive the biogas plant.
  • the gas combustion system is advantageously a block-type thermal power station. As already described at the beginning, such combined heat and power units are widespread, especially in Germany, so that they can be used for fuel synthesis by simple retrofitting in combination with an installation of an electrolyser and a fuel synthesis system.
  • the fuel synthesis system is preferably a methanol synthesis system, since the two starting materials hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) are sufficient for this without further processing.
  • the synthetic fuel produced in step e) is filled in the fuel synthesis system in the transport container, that is to say decentrally filled.
  • the design of the electrolyser, the biogas plant, the gas combustion system and the fuel synthesis system are preferably coordinated with one another in such a way that the gas combustion system and the fuel synthesis system can be operated continuously.
  • the present invention creates a system comprising at least one electrolyzer, at least one biogas plant, at least one gas combustion plant and at least one fuel synthesis plant, the system being designed and set up to carry out a method according to the invention.
  • Figure 1 is a flow chart showing the method steps of a
  • Fig. 10 shows a method for producing a synthetic fuel according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic view of a system according to a
  • FIG. 1 Embodiment of the present invention which is used to carry out the method according to FIG. 1; and Figure 3 is a schematic view of a known Biogasanla ge with processing plant.
  • FIG. 1 shows a method for producing a synthetic fuel according to an embodiment of the present invention, which method is carried out using the system 10 shown in FIG.
  • a first step a using an electrolyzer 2, water (FhO) is broken down into oxygen (O 2 ) and hydrogen (FI2).
  • the water is fed to the electrolyser 2 via a line 3.
  • the oxygen is removed via a line 4, the hydrogen via a line 5.
  • step b) in a biogas plant 6 in a manner known per se, a biogas is produced that is made up of methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) is composed, the proportion of CO 2 being approximately between 40-60 vol.%.
  • the biogas flows out of the biogas plant 6 via line 7.
  • step c) electricity and heat are generated in a gas combustion plant 8 using biogas (CH 4 , CO 2 ) generated in the biogas plant 6 and oxygen obtained from electrolysis (O 2 ), the biogas and the oxygen being fed to the gas combustion system 8 via a line 9, in the present case together with carbon dioxide (CO 2 ) fed via a return line 10.
  • the gas combustion system 8 is preferably a block-type thermal power station.
  • the heat generated in the gas combustion system 8 is at least partially used to operate the biogas system 6.
  • step d) the exhaust gas leaving the gas combustion system 8 via a line 11 and containing water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) is treated in such a way that water (H 2 O) is removed from it, in particular using a capacitor not shown in detail.
  • the water is separated off via a line 12.
  • the remaining carbon dioxide (CO 2) flows in the line 13.
  • the line 13 is coupled via the feedback line 10 on the one hand to the line 9 to carry the recycling of CO 2 at high temperatures and pressures during the comparison to avoid combustion of the biogas obtained in the biogas system 6 in the gas combustion system 8 operated in the oxyfuel process.
  • the line 13 is coupled via a line 14 to a fuel synthesis system 15 in which, in step e), synthetic fuel using carbon dioxide (CO2) obtained from the exhaust gas of the gas combustion system 8 and hydrogen (H2) obtained from electrolysis is generated, which is fed to the fuel synthesis system 15 via the line 5.
  • the fuel synthesis system 15 is presently a methanol synthesis system that only requires hydrogen and carbon dioxide as starting materials.
  • the fuel produced is then preferably filled locally into transport containers.
  • the design of the electrolyser 2, the biogas system 6, the gas combustion system 8 and the fuel synthesis system 15 are coordinated in the present case in such a way that the gas combustion system 6 and the fuel synthesis system 15 can be operated continuously.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs, umfassen die Schritte: a) Zerlegung von Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) unter Verwendung eines Elektrolyseurs (2); b)Erzeugung eines Biogases umfassend Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) unter Verwendung einer Biogasanlage (6); c) Erzeugung von Strom und/oder Wärme in einer Gasverbrennungsanlage (8) unter Verwendung von in der Biogasanlage (6) erzeugtem Biogas (CH4, CO2) und aus der Elektrolyse gewonnenem Sauerstoff (O2); d) Behandeln des die Gasverbrennungsanlage (8) verlassenden, Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) aufweisenden Abgases derart, dass diesem Wasser (H2O) zumindest teilweise entzogen wird, insbesondere mittels Kondensation; und e) Erzeugung von synthetischem Kraftstoff in einer Kraftstoffsyntheseanlage (15) unter Verwendung von aus dem Abgas der Gasverbrennungsanlage (8) gewonnenem Kohlenstoffdioxid (CO2) und aus der Elektrolyse gewonnenem Wasserstoff (H2). Ferner betrifft die Erfindung ein System (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs und System zur Durchführung eines solchen Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines synthe tischen Kraftstoffs. Ferner betrifft die Erfindung ein System, das zur Durch führung eines solchen Verfahren ausgelegt und eingerichtet ist. Zur Produktion nachhaltiger synthetischer Kraftstoffe wird neben erneuerbar, beispielsweise mittels Elektrolyse von Wasser erzeugtem Wasserstoff eine Kohlenstoffquelle benötigt. Da die synthetischen Kraftstoffe einen Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen leisten sollen, ist eine nicht-fossile Kohlenstoffquelle Grundvoraussetzung. Billig et al. haben gezeigt, dass Kohlenstoffdioxid (CO2) als Kohlenstoffquelle einen wichtigen Beitrag zur Produktion synthetischer Kraftstoffe leisten kann, siehe hierzu „Non-fossil CO2 recycling - The technical potential for the present and future utilization for fuels in Germany“, Journal of CO2 utilization, 30 130-141 (2019). Für die Bereitstellung des CO2 sind mehrere Optionen denkbar. Neben prozessbe- dingten Emissionen aus der Industrie und der Abtrennung des Kohlenstoff dioxids aus der Umgebungsluft bieten die besonders in Deutschland weit verbreiteten Biogasanlagen eine mögliche lokale C02-Quelle. Biogas besteht aus Methan und 40-60 vol.% CO2. Insgesamt sind in Deutschland fast 10.000 Anlagen in Betrieb, welche etwa 12 Millionen Tonnen Kohlenstoffdi- oxid produzieren. Das Problem ist allerdings die kleinteilige örtliche Vertei lung der Biogasanlagen, wodurch sich eine Auftrennung des Biogases in Biomethan und CO2 nur bei derzeit etwa 256 sehr großer Anlagen mit direk ter Anbindung an das Erdgasnetz wirtschaftlich trägt. Hierbei ist allerdings das abgetrennte Biomethan das gewünschte und vergütete Produkt, wäh- rend das abgetrennte CO2 aktuell noch an die Umgebung angegeben wird, da für dieses keine Verwendung besteht. Als Abtrennungstechnologien ste hen die auch im klassischen Carbon Capture Verfahren in der Industrie an gewandten Technologien zur Verfügung, wie beispielsweise Druckwechsel absorption, Amin- oder Druckwasserwäsche, Membranverfahren und kryo- gene Trennung.
Figur 3 zeigt schematisch ein bekanntes Beispiel einer Biogasanlage. Das die Biogasanlage 20 über die Leitung 21 verlassende, Methan (CFU) und Kohlenstoffdioxid (CO2) aufweisende Biogas wird zunächst in zwei Teilströ- me aufgeteilt, welche durch die Leitungen 22 und 23 geleitet werden. Das durch die Leitung 22 strömende Biogas wird einer Gasverbrennungsanlage 24 zugeführt, bei der es sich vorliegend um ein Blockheizkraftwerk handelt, wo es zur Erzeugung von Strom und Wärme eingesetzt wird, wobei die Wärme zum Betreiben der Biogasanlage 20 eingesetzt wird. Je nach Wär- mebedarf der Biogasanlage müssen bis zu 50% des in der Biogasanlage erzeugten Biogases in der Biogasverbrennungsanlage verbrannt werden und gelangt somit nicht in die Aufbereitung. Das durch die Leitung 23 strömende Biogas gelangt zur Aufbereitungsanlage 25, wo es unter Einsatz einer der oben genannten Technologien in Biomethan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) aufgetrennt bzw. separiert wird. Dafür sind gewisse Aufwände an thermischer und/oder elektrischer Energie erforderlich, welche beispielsweise in Adler et al. aufgelistet sind, siehe hierzu „Leitfaden Biogasaufbereitung und -einspeisung, Fachagentur nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), (2014). Das die Aufbereitungsanlage 25 über die Leitung 26 verlassende Biomethan kann beispielsweise ins Erdgasnetz eingespeist werden. Das die Aufbereitungsanlage 25 über die Leitung 27 verlassende Kohlenstoffdioxid wird normalerweise in die Umgebung abgelassen. Es stünde somit grund sätzlich auch zur Produktion synthetischer Kraftstoffe zur Verfügung. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorlie genden Erfindung, ein alternatives und umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs, umfassen die Schritte: a) Zerlegung von Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) unter Verwendung eines Elektrolyseurs; b) Erzeugung eines Biogases umfassend Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) unter Verwendung einer Biogas anlage; c) Erzeugung von Strom und/oder Wärme in einer Gasverbren nungsanlage unter Verwendung von in der Biogasanlage erzeugtem Biogas (CH4, CO2) und aus der Elektrolyse gewonnenem Sauerstoff (O2); d) Be handeln des die Gasverbrennungsanlage verlassenden, Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) aufweisenden Abgases derart, dass diesem Wasser (H2O) zumindest teilweise entzogen wird, insbesondere mittels Kondensati on; und e) Erzeugung von synthetischem Kraftstoff in einer Kraftstoffsynthe seanlage unter Verwendung von aus dem Abgas der Gasverbrennungsan lage gewonnenem Kohlenstoffdioxid (CO2) und aus der Elektrolyse gewon nenem Wasserstoff (H2). Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Gasverbrennungsanlage im Oxyfuelprozess betrieben wird, und dass das die Gasverbrennungsanlage verlassende Abgas entsprechend nur aus Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) besteht, was die Abtren nung gegenüber den eingangs genannten Abscheidetechnologien deutlich vereinfacht, da das Wasser lediglich auskondensiert werden muss. Zusätz lich wird durch dieses Verfahren der gesamte Kohlenstoff des Biogases der anschließenden Kraftstoffsynthese zur Verfügung gestellt. Das auf diese Weise gewonnene CO2 hoher Reinheit wird im Anschluss zur Kraftstoffsyn these genutzt, für die der Elektrolyseur den zusätzlich benötigten Wasserstoff (H2) liefert. Insgesamt schafft die Erfindung somit ein sehr umweltfreundli ches Kraftstoffsyntheseverfahren. Vorteilhaft erfolgt die Erzeugung von Strom und/oder Wärme in Schritt c) un ter Verwendung von aus dem Abgas der Gasverbrennungsanlage gewon nenem und gekühltem Kohlenstoffdioxid (CO2) zur Regulierung der Ver- brennungstemperatur, um in der Abgasverbrennungsanlage zu hohe Tem peraturen einer Verbrennung mit reinem Sauerstoff durch Abgasrückführung zu vermeiden. Somit ersetzt das rückgeführte C02 die Rolle des Inertgases, die normalerweise der in der Umgebungsluft enthaltene Stickstoff spielt. Der Verbrennungsprozess ist dabei bevorzugt derart eingestellt, dass gegenüber einem Verbrennungsbetrieb unter Verwendung von Umgebungsluft keine höheren Temperaturen und keine höheren Drücke entstehen. Somit wird der Motor nicht stärker als im Nennbetrieb belastet.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt c) Wärme erzeugt, wobei diese Wärme zumindest teilweise zum Be treiben der Biogasanlage verwendet wird.
Vorteilhaft handelt es sich bei der Gasverbrennungsanlage um ein Block heizkraftwerk. Wie es eingangs bereits beschrieben wurde, sind solche Blockheizkraftwerke insbesondere in Deutschland weit verbreitet, so dass sie durch einfache Umrüstung in Kombination mit einer Installation eines Elekt rolyseurs und einer Kraftstoffsyntheseanlage zur Kraftstoffsynthese einge setzt werden können. Bei der Kraftstoffsyntheseanlage handelt es sich bevorzugt um eine Metha nolsyntheseanlage, da für diese die beiden Edukte Wassersoff (H2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) ohne weitere Aufbereitung ausreichen. Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der in Schritt e) erzeugte synthetische Kraftstoff an der Kraftstoffsyntheseanlage in Trans portbehälter gefüllt, also dezentral abgefüllt. Bevorzugt sind die Auslegung des Elektrolyseurs, der Biogasanlage, der Gasverbrennungsanlage und der Kraftstoffsyntheseanlage derart aufeinan der abgestimmt, dass sich die Gasverbrennungsanlage und die Kraft stoffsyntheseanlage kontinuierlich betreiben lassen. Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein System umfassend zumindest einen Elektrolyseur, zumindest eine Biogasanlage, zumindest eine Gasver brennungsanlage und zumindest eine Kraftstoffsyntheseanlage, wobei das System zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt und eingerichtet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung sowie eines zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten Systems unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
Figur 1 ein Ablaufdiagramm, das die Verfahrensschritte eines
Verfahrens zur Fierstellung eines synthetischen Kraftstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 eine schematische Ansicht eines Systems gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das zur Durchführung des Verfahrens gemäß Figur 1 eingesetzt wird; und Figur 3 eine schematische Ansicht einer bekannten Biogasanla ge mit Aufbereitungsanlage.
Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Fierstellung eines synthetischen Kraftstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das unter Einsatz des in Figur 2 dargestellten Systems 10 durchgeführt wird. In einem ersten Schritt a) wird unter Einsatz eines Elektrolyseurs 2 Wasser (FhO) in Sauer stoff (O2) und Wasserstoff (FI2) zerlegt. Das Wasser wird dem Elektrolyseur 2 über eine Leitung 3 zugeführt. Die Abfuhr des Sauerstoffs erfolgt über eine Leitung 4, die des Wasserstoffs über eine Leitung 5. Ferner wird in Schritt b) in einer Biogasanlage 6 in an und für sich bekannter Weise ein Biogas er zeugt, dass sich aus Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) zusammen setzt, wobei der Anteil an CO2 etwa zwischen 40-60 vol.% betragen kann. Das Biogas strömt über die Leitung 7 aus der Biogasanlage 6. In Schritt c) werden Strom und Wärme in einer Gasverbrennungsanlage 8 unter Ver wendung von in der Biogasanlage 6 erzeugtem Biogas (CH4, CO2) und aus der Elektrolyse gewonnenem Sauerstoff (O2) erzeugt, wobei das Biogas und der Sauerstoff der Gasverbrennungsanlage 8 über eine Leitung 9 zugeführt werden, vorliegend zusammen mit über eine Rückführleitung 10 zugeführtem Kohlenstoffdioxid (CO2). Bei der Gasverbrennungsanlage 8 handelt es sich bevorzugt um ein Blockheizkraftwerk. Die in der Gasverbrennungsanlage 8 erzeugte Wärme wird zumindest teilweise zum Betreiben der Biogasanlage 6 genutzt. In Schritt d) wird das die Gasverbrennungsanlage 8 über eine Lei tung 11 verlassenden, Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) aufwei- sende Abgas derart behandelt, dass diesem Wasser (H2O) entzogen wird, insbesondere unter Einsatz eines nicht näher dargestellten Kondensators. Das Wasser wird über eine Leitung 12 abgeschieden. Das verbleibende Kohlenstoffdioxid (CO2) strömt in die Leitung 13. Die Leitung 13 ist über die Rückführleitung 10 einerseits mit der Leitung 9 gekoppelt, um durch die Rückführung von CO2 zu hohe Temperaturen und Drücke während der Ver- brennung des in der Biogasanlage 6 gewonnenen Biogases in der im Oxyfuelprozess betriebenen Gasverbrennungsanlage 8 zu vermeiden. An dererseits ist die Leitung 13 über eine Leitung 14 mit einer Kraftstoffsynthe seanlage 15 gekoppelt, in der in Schritt e) synthetischer Kraftstoff unter Ver- Wendung von aus dem Abgas der Gasverbrennungsanlage 8 gewonnenem Kohlenstoffdioxid (CO2) und aus der Elektrolyse gewonnenem Wasserstoff (H2) erzeugt wird, das der Kraftstoffsyntheseanlage 15 über die Leitung 5 zugeführt wird. Bei der Kraftstoffsyntheseanlage 15 handelt es sich vorlie gend um eine Methanolsyntheseanlage, die als Edukte lediglich Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid benötigt. Der erzeugte Kraftstoff wird dann bevorzugt lokal in Transportbehälter abgefüllt. Die Auslegung des Elektrolyseurs 2, der Biogasanlage 6, der Gasverbrennungsanlage 8 und der Kraftstoffsynthese anlage 15 sind vorliegend derart aufeinander abgestimmt, dass sich die Gasverbrennungsanlage 6 und die Kraftstoffsyntheseanlage 15 kontinuierlich betreiben lassen.
Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsform nicht als einschränkend zu verstehen ist. Vielmehr sind Modifikationen und/oder Än derungen möglich, ohne den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 System
2 Elektrolyseur 3 Leitung
4 Leitung
5 Leitung
6 Biogasanlage
7 Leitung 8 Gasverbrennungsanlage
9 Leitung
10 Rückführleitung
11 Leitung
12 Leitung 13 Leitung
14 Leitung
15 Kraftstoffsyntheseanlage
16 Transportbehälter
20 Biogasanlage 21 Leitung
22 Leitung
23 Leitung
24 Gasverbrennungsanlage
25 Aufbereitungsanlage5 26 Leitung
27 Leitung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs, umfassen die Schritte: a) Zerlegung von Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasser stoff (H2) unter Verwendung eines Elektrolyseurs (2); b) Erzeugung eines Biogases umfassend Methan (CH4) und Koh lenstoffdioxid (CO2) unter Verwendung einer Biogasanlage (6); c) Erzeugung von Strom und/oder Wärme in einer Gasverbren nungsanlage (8) unter Verwendung von in der Biogasanlage (6) er zeugtem Biogas (CH4, CO2) und aus der Elektrolyse gewonnenem Sauerstoff (O2); d) Behandeln des die Gasverbrennungsanlage (8) verlassenden, Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) aufweisenden Abgases derart, dass diesem Wasser (H2O) zumindest teilweise entzogen wird, insbesondere mittels Kondensation; und e) Erzeugung von synthetischem Kraftstoff in einer Kraftstoffsyn theseanlage (15) unter Verwendung von aus dem Abgas der Gasver- brennungsanlage (8) gewonnenem Kohlenstoffdioxid (CO2) und aus der Elektrolyse gewonnenem Wasserstoff (H2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Er zeugung von Strom und/oder Wärme in Schritt c) unter Verwendung von aus dem Abgas der Gasverbrennungsanlage (8) gewonnenem und gekühltem Kohlenstoffdioxid (CO2) zur Regulierung der Verbrennungstemperatur erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) Wärme erzeugt wird, und dass diese Wärme zumindest teilweise zum Betreiben der Biogasanlage (6) verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gasverbrennungsanlage (8) um ein Blockheizkraftwerk handelt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kraftstoffsyntheseanlage (15) um eine Methanolsyntheseanlage handelt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt e) erzeugte synthetische Kraftstoff an der Kraftstoffsyntheseanlage (15) in Transportbehälter (16) gefüllt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Auslegung des Elektrolyseurs (2), der Biogasanlage (6), der Gasverbrennungsanlage (8) und der Kraftstoffsyntheseanlage (15) derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich die Gasverbrennungsanlage (8) und die Kraftstoffsyntheseanlage (15) kontinuierlich betreiben lassen.
8. System (1) umfassend zumindest einen Elektrolyseur (2), zumindest eine Biogasanlage (6), zumindest eine Gasverbrennungsanlage (8) und zu mindest eine Kraftstoffsyntheseanlage (15), wobei das System (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt und eingerichtet ist.
PCT/EP2021/053987 2020-04-03 2021-02-18 Verfahren zur herstellung eines synthetischen kraftstoffs und system zur durchführung eines solchen verfahrens WO2021197707A1 (de)

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DE102020109448.5A DE102020109448A1 (de) 2020-04-03 2020-04-03 Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs und System zur Durchführung eines solchen Verfahrens
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ADLER ET AL., LEITFADEN BIOGASAUFBEREITUNG UND -EINSPEISUNG, FACHAGENTUR NACHWACHSENDE ROHSTOFFE E.V. (FNR

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