Forschungsradar 2017

Beispielhafte Projekte zu Herstellung treibhausgasreduzierter Fuels

Forschungsradar 2017 (Grafik: IWO)

12. Dezember 2017 – Flüssige Brenn- und Kraftstoffe leisten einen unverzichtbaren Beitrag zu einer sicheren und wirtschaftlichen Energieversorgung in den Sektoren Mobilität und Wärme. Zukünftig soll ihr Beitrag zum Klimaschutz deutlich steigen. Daher arbeitet die Forschung intensiv an der Herstellung treibhausgasreduzierter flüssiger Brenn- und Kraftstoffe, um ihre Vorteile auch in Zukunft nutzen zu können. 

In einer vom Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) beauftragten Untersuchung hat das Oel-Waerme-Institut (OWI) öffentlich geförderte Forschungsprojekte in Deutschland recherchiert, die sich im Zeitraum von 1996 bis heute mit der Forschung und Entwicklung an „zukünftigen Brenn- und Kraftstoffen (Future Fuels)“ beschäftigt haben beziehungsweise beschäftigen. Grundsätzlich geht es dabei um die Herstellung alternativer flüssiger Kohlenwasserstoffe aus unterschiedlichen regenerativen Quellen (X-to-Liquid, XtL) mit hohem Treibhausgasminderungspotenzial. Die Forschung strebt Produkte an, die im Wesentlichen als Substitute für Heizöl EL, Otto-, Diesel- und Flugkraftstoffe dienen sollen. Bei der Auswahl der Rohstoffe wird eine Nutzungskonkurrenz zu Agrarflächen oder Nahrungsmitteln bewusst vermieden. Ein wesentlicher Aspekt der Forschung ist, dass sie in heute verfügbarer Anwendungstechnik ohne aufwändige Umrüstungen einsetzbar sein sollen. Die Kategorisierung der Forschungsaktivitäten erfolgte hinsichtlich verschiedener Kriterien wie zum Beispiel der Rohstoffquelle, der Verfügbarkeit oder dem Entwicklungsstand.

In Deutschland wurden in einem ersten Schritt rund 40 Forschungsprojekte mit Forschungs- beziehungsweise Pilotanlagen recherchiert, die sich mit der Herstellung von flüssigen Energieträgern aus Abfällen und Reststoffen biogener Herkunft (Biomass to Liquid, BtL) beschäftigen sowie mit synthetischen E-Fuels auf Basis von elektrolytisch gewonnenem Wasserstoff und Kohlenstoff, insbesondere aus CO2-Strömen (Power to Liquid, PtL). Allen Herstellungspfaden gemeinsam ist das Ziel eines möglichst geschlossenen Kohlenstoffkreislaufs zwischen Herstellung und Verwendung. In den BtL-Pfaden variiert die für die Umwandlung erforschte Biomasse sehr breit. Eingesetzt werden zum Beispiel Algen, Restholz, Miscanthus oder Stroh bis hin zu Tallöl. Ebenso unterschiedlich sind die Verfahren mit denen die Biomasse verarbeitet wird. Die meist genutzten sind die Fermentation, Hydrierung und Solvolyse.

In den PtL-Projekten wird Wasserstoff mit Kohlenstoff aus Biomasse oder CO2, welches zum Beispiel aus der Luft gewonnen wird, zu einem synthetischen flüssigen Energieträger verbunden. Handelt es sich um eine biogene Kohlenstoffquelle, spricht man auch von PBtL als Mischform der Herstellungspfade. Der benötigte Wasserstoff wird durch Elektrolyse mithilfe von Strom erzeugt – und dessen Herkunft ist ebenso entscheidend für die Treibhausgasbilanz des PtL-Produkts. Denn nur „grüner“ Strom aus erneuerbaren Quellen ebenso wie ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf dient der angestrebten Treibhausgasreduktion.

Beimischung oder Rohstoffersatz

Auch hinsichtlich des Fuel-Produkts verfolgen die Forscher verschiedene Ansätze: Eine Option ist die Herstellung von „Drop-in“-Qualitäten, also „fertigen“ alternativen flüssigen Brenn- und Kraftstoffen, die sich mit den konventionellen Raffinerieprodukten wie Diesel, Benzin oder Heizöl mischen lassen. Eine zweite Option ist die Herstellung von alternativen „Vorprodukten“, wie zum Beispiel sogenannten bio- oder e-Crudes (in Anlehung an crude oil, den englischen Begriff für Rohöl), die dann gemeinsam mit Erdöl im konventionellen Raffinerieprozess weiterverarbeitet werden. Ebenso ist bereits in Produktionsprozessen konventioneller Rohöle die Nutzung von „grünem“ Wasserstoff möglich, der künftig nicht mehr nur aus Erdgas, sondern zunehmend durch Elektrolyse mit überschüssigem Ökostrom aus Wasser gewonnen werden kann.

Das Ziel der Forschung ist die Entwicklung marktfähiger, treibhausgasreduzierter flüssiger Energieträger, die konventionelle Brenn- und Kraftstoffe zu großen Teilen und langfristig sogar vollständig ersetzen können und sich in vorhandener Technik und Infrastruktur problemlos einsetzen lassen. Welche der möglichen Wege zum Ziel führen, lässt sich heute noch nicht sagen. Einen kleinen Überblick über die verschiedenen Lösungsansätze geben die folgenden Projektsteckbriefe. Eine größere Auswahl an Projektsteckbriefen ist im Internet zu finden unter www.zukunftsheizen.de/forschungsradar.

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