28 Apr Treibstoffe der Zukunft
Regelmäßige Autofahrten, Flugreisen und Schiffsverkehr sind fester Bestandteil unserer globalisierten Welt, aber damit leider auch eine große Gefahr für unser Klima. Etwa ein Viertel des weltweiten CO2-Ausstoßes ist auf den Verkehr zurückzuführen.Allein beim Autofahren werden im Schnitt pro Liter Benzin etwa 2,73 Kilogramm CO2 ausgestoßen. Wurde Diesel getankt, erhöht sich der Wert noch mehr.
Um den Ausstoß an CO2 entsprechend den Klimazielen zu verringern, werden neue Kraftstoffe benötigt, die aus nachwachsenden, also idealerweise CO2-neutralen Rohstoffen hergestellt werden. Wir brauchen Alternativen zu den herkömmlichen fossilen Brennstoffen wie Benzin, Diesel oder Kerosin. Schon seit Jahren beschäftigt sich die Forschung mit der Entwicklung alternativer Kraftstoffe. Nicht zuletzt hängt dies damit zusammen, dass die Erdölvorräte auf der Erde begrenzt sind. Mit der Gewinnung von alternativen Treibstoffen kann so die Abhängigkeit vom Erdöl minimiert werden und der Ausstoß an klimaschädlichen Stoffen reduziert werden.
Es gibt bereits einige alternative Energieträger. Diese werden allerdings hauptsächlich als Zusatz zu den klassischen Treibstoffen angeboten oder sind noch in der Entwicklung. Einige Beispiele hierfür sind Biodiesel, Erdgas, Bioethanol, Pflanzenöl und Wasserstoff. Besonders pflanzliche Kraftstoffe stehen aber häufig in der Kritik, landwirtschaftliche Nutzflächen für den Anbau von Nahrung zu verknappen. Sehr interessant ist beispielsweise das Oxyfuel-Verfahren. Mit diesem Verfahren lässt sich das schädliche Kohlendioxid in konzentrierter Form abtrennen und unter anderem als Treibstoff nutzbar machen. Mithilfe weiterer Technologien kann das Treibhausgas anschließend zu einem Rohstoff umgewandelt werden, um dann beispielsweise die Grundlage für die Produktion synthetischer Kraftstoffe zu bilden. Ein Beispiel für die praktische Umsetzung soll das Pilotprojekt „catch4climate“, in Zusammenarbeit verschiedener Partner, am Zementwerks Schwenk bei Schwäbisch Hall bilden. Dabei kann der enorm hohe, prozessbedingte CO2 Ausstoß des Zementwerks verringert werden und das abgeschiedene CO2 für die Herstellung synthetischer Treibstoffe genutzt werden.
Synthetische Treibstoffe, sogenannte e-Fuels werden im Gegensatz zu konventionellen Treibstoffen nicht aus Erdöl, sondern in verschiedenen Verfahren aus Wasserstoff und Kohlenstoff gewonnen. Die Vorteile der e-Fuels werden noch deutlicher, wenn sie mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt werden. Da für die Prozessenergie quasi keine CO2 Emissionen entstehen und der benötigte Kohlenstoff in Form von CO2 aus der Umgebungsluft bezogen werden kann, entsteht bei der Verbrennung so erzeugter e-Fuels, ein CO2 neutraler Kreislauf. Im Gegensatz zu konventionellen Treibstoffen, ist damit der CO2Ausstoß synthetischer Treibstoffe in der Gesamtbilanz deutlich geringer. Außerdem erfolgt die Verbrennung beinahe rußfrei. Gleichzeitig wird kaum Feinstaub oder Stickoxid ausgestoßen. Ein weiterer Vorteil der e-Fuels ist zudem die Möglichkeit, sie über einen längeren Zeitraum zu lagern. Damit stellen Sie eine Möglichkeit dar, überschüssige Wind- und Sonnenenergie, für die aktuell nur wenige oder unzureichende Speichermöglichkeiten bestehen, umzuwandeln und über einen längeren Zeitraum nutzbar zu machen.
Die dabei eingesetzten Verfahren nennen sich Power to Gas bzw. Power to Liquid. Bei Power to Gas wird mittels Elektrolyse und Strom aus erneuerbaren Energien Wasserstoff erzeugt. Dieser kann nun verwendet oder in einem weiteren Prozessschritt, zusammen mit CO2, zu Methan (PtG) oder synthetischem Kraftstoff (PtL) verarbeitet und in Kraftwerken, Industrieprozessen oder für verschiedene Verkehrsträger genutzt werden. Jedoch sinkt mit steigender Verarbeitung der Nutzungsgrad und damit auch der Kosten-Nutzen-Faktor.
Viele dieser Kraftstoffe sind zudem nicht an jeder Tankstelle zu bekommen; für sie müsste unsere Infrastruktur deutlich ausgebaut werden. Außerdem müssten für die Verwendung vieler dieser Kraftstoffe die Autos umgerüstet werden. Dies bedeutet nicht nur zusätzliche Kosten, sondern nimmt auch viel Zeit in Anspruch. Zudem muss bedacht werden, dass einige Länder den Verkauf und Gebrauch von Fahrzeugen mit Verbrenner-Technologie in den folgenden Jahren immer weiter beschränken wollen. Davon können auch Fahrzeuge betroffen sein, die synthetische Kraftstoffe verwenden. Verschiedene Studien kommen zu dem Ergebnis, dass eine Erzeugung mit erneuerbarem Strom, der nicht verbraucht werden konnte, schwer organisierbar scheint oder erst möglich wäre, wenn in Deutschland mehr als 95 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien stammt. Damit wäre die Produktion synthetischer Treibstoffe in ständiger Konkurrenz mit der Stromerzeugung für andere Verwendungen.
Der momentane Anteil von Biokraftstoffen an der Gesamtmenge des verbrauchten Sprits ist zwar noch sehr gering und lag im Jahre 2014 bei gerade einmal 5,1 Prozent, doch auch hier prognostizieren Experten eine deutliche Zunahme und sagen voraus, dass schon im Jahre 2045 rund 20 Prozent des Autoverkehrs durch pflanzlichen Sprit angetrieben werden sollen. Allein im Schiffsverkehr wurden im Jahre 2015 etwa 932 Millionen Tonnen CO2 ausgestoßen und somit sind auch hier Gegenmaßnahmen dringend erforderlich. Für den Seeverkehr soll auch Ammoniak in Zukunft einen erheblichen Teil der Treibstoffe ausmachen, denn dieser ist ebenso „grün“ wie Wasserstoff, dabei aber deutlich weniger gefährlich und zusätzlich einfacher in der Handhabung. In einem Projekt namens „ShipFC“ entwickelte das Fraunhofer-Institut gemeinsam mit 13 europäischen Verbundpartnern die weltweit erste Brennstoffzelle auf Basis von Ammoniak für Schiffe.
Der Durchbruch dieser Alternativ-Kraftstoffe würde es ermöglichen, einen erheblichen Teil zum Klimaschutz beizutragen. Gegenüber elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist die Energiebilanz von Fahrzeugen mit synthetischen Kraftstoffen um ein Vielfaches schlechter. Schuld dafür sind Umwandlungsverluste bei der Herstellung, sowie der deutlich schlechtere Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren. Neben der Elektromobilität wären Bio-Kraftstoffe und E-Fuels trotz allem elementar. Besonders für die Verkehrsträger Luft und See stellt die Elektromobilität in Anbetracht der Anwendungsgrenzen und geringen Speicherkapazitäten von Strom, keine wirkliche Alternative dar. Gerade weil hier elektrische Antriebe noch keine echte Option darstellen, wären klimaneutrale Kraftstoffe eine umweltfreundliche Lösung.
- https://www.helmholtz.de/erde-und-umwelt/wie-viel-co2-steckt-in-einem-liter-benzin/
- https://www.allianzdirect.de/kfz-versicherung/kraftstoff-ratgeber/
- https://www.thyssenkrupp.com/de/stories/alternative-kraftstoffe-ohne-erdoel-faehrt-es-sich-nachhaltiger
- https://www.solarify.eu/2020/11/20/209-synthetisches-kerosin-aus-zement-co2/
- https://www.bmbf.de/de/synthetische-kraftstoffe-5040.html
Josephina Schellberg und Mark Arnold
Bild: Adobe Stock
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