Der Verbrennungsmotor schlägt zurück

Kraftstoffe aus Power-to-Liquid-Verfahren

17.04.2018 Trotz Diesel-Skandals und Aufschwungs der Elektromobilität: Deutsche Automobilbauer und -zulieferer haben den Verbrennungsmotor noch lange nicht aufgegeben. Ihr Hoffnungsträger ist synthetischer Kraftstoff aus Power-to-Liquid-Verfahren – diese können Benziner und Diesel CO­2-neutral machen.

Motor und Handschuh

Bilder: philipus, RealPhotoItaly – stock.adobe

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.

E-Fuels enstehen in Verfahren des Power-to-Liquid

Hergestellt werden die synthetische Kraftstoffe in sogenannten Power-to-Liquids-Verfahren (PtL). Dabei kommt zunächst (erneuerbarer) Strom zum Einsatz, um in einer Elektrolyse Wasser zu spalten. Der dadurch gewonnene Wasserstoff wird dann mit CO oder CO2 zu flüssigen Kohlenwasserstoffen synthetisiert. Ein Weg führt über die Methanolsynthese und eine anschließende mehrstufige Konversion.

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.

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 Kohlenstoffmonoxid. Dieses kann in der E-Fuels-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.

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 wir in zweiter Instanz über Gas-to-Liquid (GtL) flüssiger Kraftstoff (Liquid) erzeugt.

Verschiedene Projekte in Deutschland und Norwegen

An der Herstellung der E-Fuels zeigen – neben großen Mineralölkonzernen wie Shell – insbesondere (traditionelle) Automobilkonzerne ein großes Interesse: Vor allem Audi engagiert sich in verschiedenen PtL-Projekten. Bereits von 2014 bis 2016 hatte die Volkswagentochter zusammen mit dem Energietechnik-Unternehmen Sunfire in Dresden synthetischen Diesel hergestellt. Ende 2017 hat das Unternehmen mit den Partnern Ineratec und Energiedienst Holding den Bau eines weiteren Pilotprojektes für E-Diesel in Laufenburg im Schweizer Kanton Aargau angekündigt. Die geplante Anlage hat eine Kapazität von rund 400.000 l/a.

Video: Power-to-Liquid-Projekt in Norwegen

Die Deutsche Welle berichtet über ein PtL-Projekt des Unternehmens Sunfire in Norwegen.

Ein ähnliches Projekt entsteht derzeit in Norwegen: Das Cleantech-Unternehmen Nordic Blue Crude will ab 2020 im Industriepark Heroya mit einer elektrischen Leistung von 20 MW 8.000 t/a synthetischen Erdölersatz produzieren. Hieraus können in bestehenden Raffinerien dann Benzin, Diesel und Kerosin entstehen. Das benötigte Kohlenstoffdioxid wird unter anderem mit der Direct-Air-Capture-Technologie des Schweizer Unternehmens Climeworks direkt am Standort aus der Umgebungsluft gewonnen. Ein deutlich kleineres Projekt für E-Benzin hat Audi zuletzt in Leuna abgeschlossen.

Zukunft in Luftfahrt und Chemiebranche

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, könnenmit E-Diesel und E-Kerosin betriebene Motoren hier ihre Vorteile ausspielen.

Somit ist es gut möglich, dass der Verbrennungsmotor dank synthetischer 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 kräftig aufpolieren. 1806ct900

Auf unserem Portal finden Sie weitere Artikel zum Thema Power-to-X:

Technologie zur Energiewende

Alternative Verwendung von Grünstrom

Mit Ökostrom zur grünen Spezialchemie

Heftausgabe: Mai/2018
Jona Göbelbecker, Redaktion

Über den Autor

Jona Göbelbecker, Redaktion
Loader-Icon