Produktion und Einsatz von E-Fuels

Synthetische Kraftstoffe aus Power-to-Liquid-Verfahren

Synthetische Kraftstoffe aus Power-to-Liquid-Verfahren versprechen eine Alternative zur Elektromobilität. Wie diese E-Fuels hergestellt werden, für welche Anwendung die Kraftstoffe geeignet sind – und für welche eher nicht, erfahren Sie hier.

17. April 2018 - 06:39

Synthetische Kraftstoffe aus Powert-to-liquid-Verfahren; PtL; E-Fuel; grüner Wasserstoff; erneuerbare Energie; Fischer-Tropsch-Synthese; Methanolsynthese; CO₂-neutraler Kraftstoff; Sustainable Aviation Fuels; SAF

Tanken wir in der Zukunft E-Fuels statt Diesel oder Benzin?

(Bild: KI-generiert mit Dall-E3 / OpenAI)

Kurzgefasst: Was ist Power-to-Liquid?

Unter dem Begriff Power-to-Liquid (PtL) fasst man verschiedene technische Verfahren zusammen, in denen sich mit Hilfe von Strom synthetische flüssige Kraftstoffe herstellen lassen. Als Ausgangsprodukte können dabei beispielsweise Wasser und Luft, aber auch Erdgas dienen. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist die Fischer-Tropsch-Synthese. Power-to-Liquid gilt wie andere Power-to-X-Verfahren als möglicher Schlüssel gegen den Klimawandel, da sich bei Einsatz von erneuerbaren Stromquellen auch Verbrennungsmotoren CO₂-neutral betreiben lassen.

Synthetische Kraftstoffe könnten in Zukunft auch Benziner und Diesel CO₂-neutral machen. Das gilt zumindest, solange bei der Produktion ausschließlich erneuerbarer Strom zum Einsatz kommt. Die Herstellung von synthetischem Diesel und Benzin bindet dann genau die Menge an Kohlenstoffdioxid, welche die Verbrennung im Fahrzeug später wieder freisetzt. Die sogenannten E-Fuels haben dabei einen entscheidenden Vorteil gegenüber anderen „klimaneutralen“ Techniken: Im Gegensatz zu Elektro- oder Wasserstoffantrieben erfordern sie keinerlei Umstellung vom Verbraucher. Konventionelle Motoren können E-Diesel oder E-Benzin ohne Umbauten verbrennen. Auch Tankstellen und die Infrastruktur zum Transport der flüssigen Kraftstoffe würden wie gewohnt weiter funktionieren. Energiewende und Klimaschutz auf die sanfte Art sozusagen.

Herstellungsverfahren: Fischer-Tropsch vs. Methanolsynthese

Hergestellt werden die synthetischen Kraftstoffe in sogenannten Power-to-Liquid-Verfahren. Dabei kommt zunächst (erneuerbarer) Strom zum Einsatz, um in einer Elektrolyse Wasser zu spalten. Der gewonnene Wasserstoff wird dann mit Kohlenmonoxid (CO) oder Kohlendioxid (CO₂) zu flüssigen Kohlenwasserstoffen synthetisiert. Ein Weg führt über die Methanolsynthese und eine anschließende mehrstufige Konversion. Das Zweite am weitesten verbreitete Verfahren ist die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS). Diese ist bereits seit den 1920er Jahren bekannt und wurde vor allem dazu genutzt, Kohle zu verflüssigen. Die FTS benötigt Kohlenmonoxid. Dieses kann in der E-Fuel-Produktion durch eine umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion bereitgestellt werden: CO₂ – gewonnen aus der Luft, aus Industrieabgasen oder der Biogas-Aufbereitung – reagiert hier mit (geringen Mengen) Wasserstoff zu CO und Wasser.

Alternativ kann das Kohlenstoffmonoxid für die FTS auch über eine sogenannte Co-Elektrolyse gewonnen werden. Die Forschung steckt jedoch hier noch weitgehend in den Kinderschuhen. Die in der FTS gebildeten Kohlenwasserstoffe stehen nach einer weiteren Aufbereitung als synthetischer Dieselkraftstoff, als E-Benzin oder E-Kerosin zur Verfügung. E-Kerosin wird übrigens auch nachhaltiger Flugkraftstoff oder als Abkürzung aus dem Englischen SAF genannt, dazu lesen Sie hier mehr. Bei der Herstellung von solchen alternativen Kraftstoffen handelt es sich also um einen Doppelschritt: Zunächst wird mit Hilfe von grünem Strom per Power-to-Gas (PtG) Wasserstoff hergestellt. Aus diesem Gas wiederum wird in zweiter Instanz über Gas-to-Liquid (GtL) flüssiger Kraftstoff (Liquid) erzeugt.

CT-Fokusthema Wasserstoff

(Bild: Corona Borealis – stock.adobe.com)

In unserem Fokusthema informieren wir Sie zu allen Aspekten rund um das Trendthema Wasserstoff.

Einen Überblick über die ausgewählten Artikel zu einzelnen Fragestellungen – von der Herstellung über den Transport bis zum Einsatz von Wasserstoff – finden Sie hier.
Einen ersten Startpunkt ins Thema bildet unser Grundlagenartikel.

E-Fuel Projekte weltweit

Mittlerweile gibt es weltweit Projekte von Unternehmen aus den verschiedensten Bereichen, die mittels PtL-Verfahren synthetische Kraftstoffe herstellen. Ein Teil von ihnen verwendet dafür CO₂, das mittels Carbon-Capture-Verfahren aus Industriegasen abgeschieden wurde oder Reststoffe wie Lignocellulose, die sonst keine Verwendung fänden.

Hier haben wir Ihnen einige aktuelle E-Fuel-Projekte aufgelistet:

Ineratec hat nach eigenen Angaben Europas größte E-Fuel-Produktionsanlage im Industriepark Höchst eröffnet. Bis zu 2.500 t CO₂-neutrale Kraftstoffe will das Unternehmen dort jährlich produzieren.Hier geht es zur vollständigen Meldung.

Neste und Chevron Lummus wollen lignocellulosehaltige Abfälle zu erneuerbaren Kraftstoffen wie nachhaltigem Flugkraftstoff verarbeiten. Die Unternehmen validieren derzeit ihre Technologie und streben eine Skalierung auf kommerzielles Niveau an.Hier geht es zur vollständigen Meldung.

Raffinerie in der Abenddämmerung — OMV Petrom investiert 750 Mio. Euro in den Bau einer Produktionsanlage für nachhaltige Kraftstoffe in der Raffinerie Petrobrazi im rumänischen Ploiești. Außerdem will der Energieerzeuger am Standort zwei Anlagen für grünen Wasserstoff integrieren.Hier geht es zur vollständigen Meldung.

Aramco kündigt drei strategische Projekte an: modulare CO₂-Abscheidung, nachhaltige Flugkraftstoffe und den weltweit größten Carbon-Capture-and-Storage-Hub. Partner sind Carbon Clean, Samsung E&A, Total Energies, Sirc, Linde und SLB.Hier geht es zur vollständigen Meldung.

DLR Forschungsplattform TPP — Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat die Griesemann-Gruppe als Generalunternehmer für seine Technologieplattform für Power-to-Liquid-Kraftstoffe beauftragt. Die Gas-to-Liquid-Technologie für die E-Fuels liefern Topsoe und Sasol.Hier geht es zur vollständigen Meldung.)

Frau tankt Benzin an der Tankstelle — Der E-Fuel-Hersteller HIF Global hat ein Areal im Port of Açu im brasilianischen Bundesstaat Rio de Janeiro für eine E-Methanol-Produktionsanlage reserviert. In der geplanten Anlage sollen bis zu 800.000 t/a E-Methanol entstehen.Hier geht es zur vollständigen Meldung.

Zukunft synthetischer Kraftstoffe

Die gewonnenen synthetischen Kraftstoffe sind allerdings deutlich teurer als ihre fossilen Pendants. Die Kosten für ein Liter Dieseläquivalent liegen Berechnungen zufolge derzeit je nach Herstellungsverfahren in der EU zwischen 3,50 und 5 Euro – ohne Steuern. Den mit Abstand höchsten Anteil daran hat der aufgewendete Strom. Eine Studie der Deutschen Energie-Agentur (Dena) im Auftrag des Verbands der Automobilindustrie rechnet jedoch damit, dass Deutschland in Zukunft E-Fuels aus Regionen mit hohem Angebot an Sonne oder Wind viel günstiger importieren könnte: Die Zielgröße für 2050 sind Produktionskosten von 80 Cent bis 1,30 Euro pro Liter Dieseläquivalent. Zum Vergleich: Einen Liter Diesel aus fossilem Rohöl herzustellen, kostet heute etwa 40 Cent. Für 2050 geht die Studie hier von 64 Cent aus.

Ein weiteres Problem von E-Fuels zeigt eine Studie des Beratungsunternehmens Cerulogy im Auftrag des europäischen Umwelt-Dachverbandes „Transport und Environment“ auf: Um den Verkehr in der EU zur Hälfte mit synthetischen Kraftstoffen zu versorgen, wären zu deren Herstellung 2050 den Berechnungen zufolge ca. 2.720 TWh Strom notwendig – wohlgemerkt aus erneuerbaren Quellen. Das entspricht 75 % des derzeitigen Gesamt-Stromverbrauchs in der EU. Elektroautos kämen mit deutlich weniger aus. Realistischer scheint dagegen eine andere Möglichkeit: Während der Einsatz großer Elektromotoren in Containerschiffen und Langstrecken-Flugzeugen aufgrund der geringen Reichweiten aus heutiger Sicht noch in weiter Ferne liegt, können mit E-Diesel und E-Kerosin betriebene Motoren hier ihre Vorteile ausspielen.

Somit ist es gut möglich, dass der Verbrennungsmotor durch synthetische Kraftstoffe noch lange eine wichtige Rolle im Verkehrssektor spielen wird – wenn auch wahrscheinlich nicht in unseren Pkw. Ein weiteres vielversprechendes Anwendungsfeld für E-Fuels ist die Chemieindustrie, die auf Erdöl als Rohstoff angewiesen ist: Auch sie könnte ihre Klimabilanz in Zukunft mit E-Fuels – und grünem Wasserstoff – kräftig aufpolieren.

Förderung durch die EU

Die Hauptmaßnahme der EU, um den Einsatz erneuerbarer Kraftstoffe zu fördern ist die Verordnung "ReFuelEU Aviation", die Teil des Fit-for-55-Pakets ist. Diese legt verbindliche Quoten für das Beimischen von SAF zu herkömmlichem Kerosin an EU-Flughäfen fest: 2 % SAF ab 2025, 6 % ab 2030 und 70 % ab 2050. Lieferanten für Luftfahrt-Kraftstoffe können die Mindestanteile auch erfüllen, indem sie grünen Wasserstoff oder synthetische kohlenstoffarme Luftfahrt-Kraftstoffe und blauen Wasserstoff nutzen, der aus nicht fossilen Quellen hergestellt wird und über seinen Lebenszyklus mindestens 70 % weniger Treibhausgas als fossiler Kraftstoff erzeugt.

Zudem bietet die EU direkte finanzielle Unterstützung für das Einführen von SAF, indem sie die Preisdifferenz zwischen SAF und fossilem Kerosin durch SAF-Zertifikate im Wert von 20 Mio. Euro im Rahmen des EU-Emissionshandelssystems (ETS) für Luftfahrtunternehmen verringert. Darüber hinaus gibt es den Vorschlag, die Energiebesteuerungsrichtlinie zu überarbeiten, sodass SAF gegenüber fossilem Kerosin bevorzugt behandelt wird.