Synthetische Kraftstoffe und Biokraftstoffe

Alternativen werden erforscht – was sind das für Kraftstoffe

Der Verbrennungsmotor gilt langfristig als Auslaufmodell. Allerdings feilen Wissenschaftler und Firmen an Möglichkeiten, die Lebensdauer von Diesel- und Ottomotoren zu verlängern. Neben Biokraftstoffen gelten auch synthetische Kraftstoffe als saubere Alternative, um eine nachhaltige Mobilität zu gewährleisten.

Synthetische Kraftstoffe werden aus nachwachsenden Rohstoffen oder aus regenerativ erzeugtem Strom hergestellt. Bei letzterem spricht man von den sogenannten e-fuels.

Bei diesem Verfahren, wird mithilfe von erneuerbarem Strom mittels Elektrolyse aus Wasser und Sauerstoff Wasserstoff hergestellt. In weiteren Prozessschritten wird der Wasserstoff mit Kohlenstoff entweder zu Methan (Erdgas) oder zu flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeitet. In der Grundlagenforschung geht es unterdessen noch weiter. Audi entwickelt in den USA mit der Firma Joule ein biotechnologisches Verfahren, bei dem Mikroorganismen CO2 und Wasser aufnehmen und dann aus ihren Zellen Ethanol für Kraftstoffe oder Alkane Grundbausteine von Dieselkraftstoff ausscheiden. Im Gegensatz zu Pflanzen oder Algen, die als Biomasse zu Kraftstoff verarbeitet werden und neu wachsen müssen, bleiben bei diesem Verfahren die Mikroorganismen am Leben.

Regenerative Kraftstoffe (Biokraftstoffe) werden im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen aus Materialien hergestellt, die nachwachsen oder sich wieder herstellen lassen. Deshalb spricht man von Biokraftstoffen. Die Biokraftstoffe der 1. Generation werden unter anderem aus Mais, Raps oder Palmöl hergestellt. Die Biokraftstoffe der 2. und 3. Generation hingegen, stammen beispielsweise aus Biogas oder Biomasse. Dahinter steckt die Idee, dass bei der Herstellung so viel CO2 aus der Atmosphäre bzw. der Biosphäre entnommen wird, wie später bei der Verbrennung freigesetzt wird. Es sind daher CO2-neutrale Kraftstoffe.

Sauberen Diesel oder Benzin aus Strom und CO2 herstellen? Das klingt nach Hexenküche. Doch Forscher beschäftigen sich längst mit dem Thema. Durch die Herstellung von nachhaltigen Flüssigkraftstoffen lassen sich aktuelle Verbrennungsmotoren betreiben, ohne klimaschädlichen CO2 auszustoßen sagt Jakob Burger, Verfahrenstechniker an der Technischen Universität Kaiserslautern. In der Branche wird immer häufiger über synthetische Kraftstoffe oder e-fuels gesprochen. Damit werden die Karten neu gemischt, so der Cheflobbyist der Autobranche, Matthias Wissmann.

Mithilfe von Elektrolyse kann Strom in Wasserstoff umgewandelt werden und durch Zugabe von CO2 Kraftstoffe erzeugen“, sagt Stefan Pischinger, Professor für Verbrennungskraftmaschinen an der technischen Hochschule in Aachen. Auf diese Weise kann aus Gas flüssiger Kraftstoff hergestellt werden.

In Deutschland testen die ersten Firmen das Verfahren. Audi betreibt im nieder-sächsischen Werlte eine Power-to-Gas-Anlage. Flüssige Kraftstoffe sind das Optimum, weil sie eine sehr hohe Energiedichte haben. Außerdem kann man diese gut lagern und transportieren und das bestehende Tankstellennetz kann genutzt werden, so sieht das Jakob Burger von der Technischen Universität Kaiserlautern.

Oxygenmethylenether, kurz OME genannt, ist ein Kraftstoff, der einen besseren Wirkungsgrad hat als herkömmlicher Dieselkraftstoff. Der Vorteil ist, dass die Verbrennung dank des hohen Sauerstoffanteils sauberer abläuft. Außerdem kann der E-Diesel schrittweise mit seinem fossilen Pendant gemischt werden. Synthetische Kraftstoffe bedeuten weniger Emissionen.

Die Technische Hochschule Aachen kommt zu ähnlichen Ergebnissen. Mit synthetischen Kraftstoffen seien teilweise Wirkungsgradsteigerungen von mehr als 10 Prozent erreicht worden und nahezu keine Emissionen bei Stickoxiden und Partikeln, so die Uni. Nach dem heutigen Stand blieben vom Strom, je nach Kraftstoff, etwa 45 bis 60 Prozent Energie übrig.

Ein Nachteil der synthetischen Kraftstoffe sind bisher die Kosten. Wenn man Power-to-Gas sinnvoll betreibt und es Power-to-Gas-Anlagen in größeren Stückzahlen gibt, betragen die Kosten für das synthetische Methan circa 10 Cent pro Kilowattstunde, so Reinhard Otten von Audi. Die Herstellungskosten bei fossilen Kraftstoffen lägen bei 4,5 bis 5,5 Cent pro Kilowattstunde. An die fossilen Preise kommen die synthetischen Kraftstoffe bei den heutigen Herstellungskosten noch nicht heran.

Synthetischer Kraftstoff ist auch nur dann umweltfreundlich, wenn er aus erneuerbaren Energien produziert wird. Beim heute in Deutschland vorherrschenden Strommix ist dies nicht der Fall.

Auf der Biospritseite hat die Firma Clariant AG aus Basel im bayrischen Straubing 2012 eine Pilotanlage gebaut, um aus Weizenstroh Ethanol zu erzeugen. Stroh enthält Zellulose, die sich wiederum aus verschiedenen Zuckern aufbaut. Der im Stroh enthaltene Zucker wird mit speziell entwickelten Enzymen aufgespalten und zu Ethanol verarbeitet. Der nächste Schritt ist der Einstieg in die industrielle Fertigung unter stabilen Rahmenbedingungen, sollten die nötigen Investitionen nicht lange auf sich warten lassen, so der Leiter Biokraftstoffe bei Clariant. Das Potenzial an Agrarreststoffen sei weltweit enorm. In Asien ist das etwa Reisstroh, in Lateinamerika sind es die Ernteabfälle von Zuckerrohr und in den USA die von Mais. Aus diesen Mengen, die oftmals nicht weiter verwertet würden, ließe sich jede Menge Sprit erzeugen, so Clariant. Je Tonne Bioethanol würden 4 bis 5 Tonnen Stroh benötigt. Laut EU-Kommission emittiert Bioethanol auf Strohbasis im Vergleich zu fossilem Benzin 90 Prozent weniger Treibhausgas. Dies ist auch deutlich besser als Rapsöl-Diesel, dessen Treibhausgaseinsparpotenzial laut EU nur bei 40 bis 50 Prozent liegen würde. Laut EU soll die Beimischung von Kraftstoffen, die auf Futter- und Lebensmittel wie Raps und Rüben basieren, bis 2030 auslaufen. Stattdessen sollen Biokraftstoffe der nächsten Generation diese Funktion übernehmen. Bis 2030 soll der Anteil solcher Biokraftstoffe der zweiten Generation laut EU-Fahrplan auf ein Volumen von mehr als 12 Millionen Tonnen ansteigen. Zurzeit liegt die Produktion noch nahe Null.

Diese Vorgabe zeigt, dass neben synthetischem Kraftstoff auch Biokraftstoff, mit gewissen Beimischungsquoten zum fossilen Kraftstoff, die CO2-Bilanz der Verbrennungsmotoren deutlich reduzieren kann. Allerdings ist auch dies noch ein längerer Weg. Die Automobilindustrie beklagt, dass die Politik diese Kraftstoffalternativen nicht entsprechend unterstützt.

Von | 2017-09-26T15:18:38+00:00 23. Januar 2017|Kategorien: Kundenmagazin, Kraftstoffe, Produkte|Tags: , |