Treibstoffe nach Rezept

E-FUELS Mit synthetischen Treibstoffen können Autos CO2-neutral betrieben werden. Die Herstellung bindet annähernd so viel CO2, wie bei der späteren Verbrennung freigesetzt wird.

Moderne Verbrennungsmotoren können mit komplexen Abgasentgiftungssystemen ausgestattet werden, die so wenig Schadstoffe ausstossen, dass diese teilweise nahe an der Grenze der Nachweisbarkeit sind. Man spricht deshalb auch von Zero Impact Emissions – Emissionen, die keinen Einfluss mehr haben auf die Umwelt, weshalb ­eine weitere Verringerung sinnlos wäre.

Knackpunkt CO2
Aber auch wenn die Schadstoffanteile von Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOx), Kohlenwasserstoffen (CH) und Partikeln (PM) nur noch in minimen Dosen emittiert werden, erzeugt der Verbrennungsmotor noch immer Kohlendioxid (CO2).

Eine Reduktion von Letzerem ist realisierbar, indem der Treibstoffverbrauch auf ein Minimum reduziert wird – oder wenn Treibstoffe eingesetzt werden, die das CO2, das sie bei der Verbrennung erzeugen, bei der Herstellung gebunden haben.

Mit der Einführung synthetischer Treibstoffe, sogenannter E-Fuels, liesse sich die CO2-Bilanz des aktuellen Fahrzeugparks inklusive schwerer Nutzfahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe sofort verbessern. Ausserdem kann das bestehende Tankstellennetz unverändert genutzt werden.

Aus Wasserstoff und CO2 
Quasi CO2-neutrales Fahren ist möglich, wenn künstlich hergestellte Treibstoffe, sogenannte Power-to-Gas- (PtG) und Power-to-Liquid-Treibstoffe (PtL) verwendet werden. PtG und PtL, zusammenfassend als PtX bezeichnet, sind aus Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) synthetisch hergestellte Energieträger. Da sie bei der Herstellung CO2 binden, wird das Treibhausgas zum Rohstoff, der sich zu Kohlenwasserstoffverbindungen wie Benzin, Diesel, Kerosin oder Erdgas verarbeiten lässt. Das CO2 kann dabei aus industriellen Anlagen, aus Biomasse oder aus der Luft stammen.

Treibstoffe lassen sich heute im Labor herstellen. Auf dem Dach der ETH Zürich wird mit Sonnenlicht und Um­gebungsluft synthetischer Treibstoff produziert.

Für die Herstellung synthetischer Treibstoffe kommen mehrere Verfahren in Frage, die meisten von ihnen sind schon lange bekannt. Mit Strom, idealerweise aus Windpärken, Solaranlagen oder Wasserkraftwerken, wird per Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt. H2 kann dann entweder zum Betrieb von Brennstoffzellen verwendet oder bei der Methanisierung zusammen mit CO2 in Methan (CH4) umgewandelt werden. Der Wirkungsgrad dabei liegt bei 80 bis 90 Prozent. Mit dem Methan, chemisch Erdgas entsprechend, können Ottomotoren betrieben werden.

Im Fischer-Tropsch-Verfahren lassen sich mit H2 und CO2 auch Diesel, Benzin oder Kerosin herstellen. Ein dritter PtX-Weg führt über die Methanolsynthese, mit der sich neben Methanol auch Dimethylether und Oxymethylenether erzeugen lassen, die als Beimischungen in Diesel verwendet werden können. Und vor Kurzem hat VW einen Versuch mit aus Speiseöl hergestelltem Biodiesel abgeschlossen, womit sich ohne Motorumrüstung mindestens 20 Prozent CO2 einsparen liessen. 

Massgeschneiderte Treibstoffe
Anders als bisher muss bei E-Fuels der Motor nicht mehr an den Treibstoff angepasst werden, sondern neue Treibstoffe lassen sich praktisch auf das Motorkonzept hin massschneidern. Synthetische Treibstoffe mit hoher Klopffestigkeit ermöglichen eine effiziente Verbrennung mit einer guten Abgasqualität, was bedeutet, dass die Abgasnachbehandlung einfacher und kostengünstiger wird.

In Audis PtG-Anlage im norddeutschen Werlte entsteht aus Windstrom und CO2 synthetisches Methan, das entweder ins Erdgasnetz eingespeist oder direkt in CNG-Fahrzeuge getankt werden kann. Der gleiche Autobauer hat vor Kurzem zusammen mit Global Bioenergies auch erste Motorentest mit synthetischem Benzin gestartet. 

Weil der Gütertransport nach wie vor auf den Diesel angewiesen ist, könnte E-Diesel sowohl die Abgasbilanz als auch das Diesel-Image entscheidend verbessern. Audi plant den Bau eines solchen Werks im aargauischen Laufenburg.

Sprit aus Luft und Licht
Auch neue Ansätze zur Herstellung künstlicher Treibstoffe werden erprobt. Ein Forscherteam der ETH Zürich stellt CO2-neutrale Treibstoffe aus Umgebungsluft und Sonnenlicht her. In der Pilotanlage auf dem Dach des ETH-Maschinenlabors wird der Luft Wasser und CO2 entnommen und dem Solarreaktor im Fokus eines Parabolspiegels zugeführt. Der Spiegel sorgt für eine 3000-fache Konzentration der Sonnenstrahlung im Innern des Reaktors. Dort werden bei einer Temperatur von 1500 Grad die beiden Komponenten aufgespaltet, und ein Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid entsteht. Damit können dann Treibstoffe erzeugt werden.

Vorerst produziert die kleine Raffinerie nur rund einen Deziliter Treibstoff pro Tag. Sie soll primär die Umsetzbarkeit dieser Technologie beweisen. In einer Versuchsanlage in Spanien, wo mit mehr Sonnenenergie und CO2 aus Industrieanlagen gearbeitet wird, sind die Erträge entsprechend grösser.

Was ist mit den Kosten?
Da die Industrialisierung der E-Fuels-Produktion noch fehlt, muss die Frage nach der Wirtschaftlichkeit erst noch geklärt werden. Eine weitere Herausforderung stellt auch der Gesamtwirkungsgrad über die lange Prozesskette Strom-Gas-Treibstoff dar, denn die einzelnen Schritte benötigen viel Energie. Nach heutiger Einschätzung sind E-Fuels nicht vorrangig für den Einsatz in Personenwagen geeignet, sondern eher für Nutzfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge, wo grosse und schwere Batterien ungeeignet sind. 

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