Technologie-Forum 2018: Neue flüssige Energieträger

Klimaschutz, Energiewende, Defossilisierung – über die Notwendigkeit dieser Themen besteht weitestgehend Konsens und nicht nur die Mineralölindustrie forscht längst an geeigneten Lösungen. Ein vielversprechender Ansatz: Flüssige Brennstoffe auf Basis erneuerbarer Energien. Welche Potenziale darin stecken und wie weit die Entwicklung vorangeschritten ist, waren die Themen des 2. Technologie-Forums am 17. Oktober 2018 in Aachen.

Zukunft der Energieversorgung und die Rolle flüssiger Energien

Rund 100 Vertreter aus Automobil-, Heizgeräte und Mineralölindustrie sowie Forschung und Wissenschaft waren der Einladung des Instituts für Wärme und Oeltechnik (IWO) und seiner Wissenschafts- und Technik-Töchter TEC4FUELS und dem Oel-Wärme-Institut (OWI) sowie des Mineralölwirtschaftsverbands (MWV) nach Aachen gefolgt, um über Status und Perspektiven neuer flüssiger Energieträger für Mobilität und Raumwärme zu sprechen.  

IWO, OWI, TEC4FUELS und MWV hatten am 17. Oktober zum 2. Technologie-Forum ins Alte Kurhaus in Aachen eingeladen.

Adrian Willig, Geschäftsführer des IWO, begrüßte die Gäste und führte durch den Tag.

Flüssige Energien nicht wegzudenken

Klimaschutz wird immer konkreter. In Deutschland ist etwa ein Klimaschutz-Gesetz in Arbeit, das die im Pariser Klimaabkommen vereinbarten CO2-Reduktionsziele ins Visier nehmen soll. Strom aus erneuerbaren Energien wird dabei eine zentrale Rolle spielen. Aber auch neuartige flüssige Energien rücken zunehmend in den Fokus. 

IWO-Geschäftsführer Adrian Willig betonte bei seiner Begrüßung die wichtige Rolle, die flüssige Energieträger heute spielen – sowohl als Antriebs- und Heizenergie, aber auch für die stoffliche Nutzung, etwa in chemischen Prozessen.

Kurzum: Aus heutiger Sicht seien flüssige Energien schwierig zu ersetzen, also bleibe mit Blick auf die Klimaziele nur die Möglichkeit, sie zunehmend treibhausgasneutral zu machen. Dabei seien laut Willig verschiedene Pfade denkbar: „Biobasierte flüssige Brenn- und Kraftstoffe sind bereits heute erhältlich. Auch an neuen Produkten, etwa auf Algen- oder Reststoffbasis, wird geforscht. Künftig werden aber auch synthetische Fuels aus ‚grünem‘ Wasserstoff und ‚recyceltem‘ oder aus der Atmosphäre gewonnenem Kohlenstoff benötigt. Um den Stand dieser Entwicklungen zu zeigen und zu diskutieren, haben wir Sie heute hier nach Aachen eingeladen“, begrüßte Willig die Gäste. 

John Cooper, Generaldirektor des europäischen Verbandes Fuels Europe

Die „Silver Bullet“ für den Klimaschutz gibt es nicht

John Cooper, Generaldirektor des europäischen Verbandes Fuels Europe machte gleich zu Beginn klar, dass es für erfolgreichen Klimaschutz viele Konzepte gebe, aber keines davon eine „Silver Bullet“ sei. Einen wichtigen Beitrag könne die Mineralölindustrie leisten: Im ersten Schritt ließe sich bereits in der Raffinerie selbst durch Effizienzsteigerungen im Produktionsprozess der CO2-Austoß weiter senken.

Hinzu komme die Möglichkeit, „grünen“ Wasserstoff für heutige Raffinerieprodukte zu nutzen, bevor dann zunehmend treibhausgasreduzierte Brenn- und Kraftstoffe hergestellt würden. Die Raffinerien seien laut Cooper imstande, neben Rohöl auch alternative Feedstocks zu verarbeiten und so durch geschlossene Kohlenstoffkreisläufe annähernde CO2-Neutralität für Fuels zu gewährleisten. Und über die vorhandene, hervorragende Infrastruktur ließen sich die neuen Produkte vergleichsweise einfach in den Markt bringen. 

Der Ansatz, den Kraftstoff zu verändern, sei aus seiner Sicht eine sehr attraktive Lösung - speziell für die europäische Union, die damit eine Vorreiterrolle einnehmen könne. Denn mit erneuerbaren Fuels sei es möglich den Verkehrssektor schrittweise und vergleichsweise kostengünstig fast klimaneutral zu machen. In diesem Bereich sei der größte und akuteste Bedarf, langfristig eigneten sich laut Cooper die alternativen Fuels aber auch für alle anderen Anwendungsbereiche, etwa zum Heizen.

In drei Sessions wurden anschließend Schlaglichter auf aktuelle Studien und die politischen Diskussion geworfen, Optionen erste praktische Erfahrungen für die Herstellung neuer Fuels erörtert sowie ausgewählte Projekte aus der  Anwendungsforschung vorgestellt.

Simon Jastrzab, IWO

Rahmenbedingungen
„Das Jahr der Studien“

„2018 ist das Jahr der Studien“, leitete Dr. Ernst-Moritz Bellingen vom IWO seine Session ein, in der er der Frage nachging, welche übergreifenden Erkenntnisse zur Rolle und Marktrelevanz flüssiger Energien sich aus den zahlreichen Studien ableiten lassen. 

Simon Jastrzab vom IWO blickte auf aktuelle Studien, die sich mit der Energiewende in Deutschland befassen. Der Vergleich dieser Studien zeigt, dass es unterschiedliche Optionen gibt, um die nationalen CO2-Minderungsziele zu erreichen. Beeinflusst werden die Ergebnisse durch viele verschiedene Faktoren wie beispielsweise die Entwicklung der Bevölkerungszahl, die spezifische Wohnfläche oder auch die Sanierungsquote von Gebäuden. All das entscheidet darüber, welcher Energiebedarf letztlich bis 2050 zu decken ist. Auch die Verteilung der CO2-Einsparziele auf die verschiedenen Sektoren beeinflusst die Umsetzung.

Eine zentrale Erkenntnis: Auch wenn in Sachen Ökostrom-Produktion und Effizienzsteigerung in Deutschland noch Luft nach oben sei, werde Deutschland nicht energieautark werden. Man werde weiterhin auf Energieimporte angewiesen sein, betonte Jastrzab, beispielsweise in Form von E-Fuels aus sonnen- und windreichen Regionen. Bei denen sei durch Skalierungs- und Lerneffekte in den nächsten Jahren eine deutliche Kostendegression zu erwarten. „Zudem ist es in jedem Fall sinnvoll, vorhandene Infrastrukturen einzubeziehen. Damit das gelingt, sollten wir schnellstmöglich eine internationale Roadmap für Power-to-X-Lösungen entwickeln“, so Jastrzab. 

Er leitete daraus folgende Empfehlung ab: „Wir brauchen Lösungen, mit denen wir flexibel auch auf unerwartete zukünftige Entwicklungen reagieren können. Technologieoffenheit und Wettbewerb sind daher der robustere Weg zum Klimaschutz als die Vorgabe bestimmter Lösungen. Das gilt insbesondere auch mit Blick auf die Akzeptanz beim Verbraucher.“

Marta Yugo von Concawe

Der Blick über den deutschen Tellerrand hinaus zeigt noch ganz andere Herausforderungen. Denn in diversen europäischen Ländern sind konkrete Verbote bei künftigen Neuzulassungen von Verbrennungsmotoren im Gespräch. Marta Yugo von der Forschungseinrichtung Concawe zeigte daher die europäische Sicht auf die verschiedenen Pfade zu einer treibhausgasärmeren Mobilität.

In ihrer Auswertung kam sie zu ähnlichen Schlüssen: „Studienszenarien, die verstärkte E-Mobilität annehmen, und solche, die von der Einführung treibhausgasreduzierter Kraftstoffe ausgehen, kommen gleichermaßen auf CO2-Reduktionen zu vergleichbaren Kosten. Und wir sehen, dass Vielfalt bei den Lösungswegen zu einer besseren Risikoverteilung beiträgt.“

Session-Leiter Dr. Ernst-Moritz Bellingen (IWO, v.li.) sprach über die Rahmenbedingungen, die thg-reduzierte flüssige Brennstoffe benötigen mit Prof. Dr. Christian Küchen (MWV), Simon Jastrzab (IWO) und Marta Yugo (Concawe).

Prof. Dr. Christian Küchen vom Mineralölwirtschaftsverband (MWV) betonte im Rahmen des Expertengesprächs zudem, dass treibhausgas-reduzierte flüssige Energien als Lösungsweg zunehmenden auch in der Politik anerkannt würden. Jetzt sei es aber dringend erforderlich, einen politischen Rahmen zu schaffen, der Investitionssicherheit schaffe. „Zur Zeit ist für Investoren hier kein Business-Case erkennbar“, sagte Küchen. Dabei könne die Anerkennung treibhausgasarmer alternativer Kraftstoffe wie zum Beispiel E-Fuels wesentlich dazu beitragen, mit vorhandener Infrastruktur einen großen Schritt in Richtung Klimaziele zu machen.

Jens Müller-Belau, Leiter des DGMK-Forschungsausschusses Treibhausgasreduzierung

Herstellung und Produktion
Theorie und Praxis zusammen bringen

In der zweiten Paneldiskussion unterzog Jens Müller-Belau, Leiter des DGMK-Forschungsausschusses Treibhausgasreduzierung, die Pfade und Herstellungsoptionen für X-to-Liquids (XtL), also von Biomasse oder Power/Strom zu Flüssigkeiten, einem Realitätscheck – auch unter ökonomischen Gesichtspunkten.

Denn: „Die Technologien sind gar nicht mehr die große Herausforderung. Auch wenn sie im Einzelfall noch weiterentwickelt werden können, sind die meisten bereits vorhanden. Die Herausforderung besteht nun darin, das Ganze in großtechnische Anlagen zu überführen und ein Business-Case daraus zu machen“, sagte Müller-Belau. Um die Frage, welche Energiemengen in den nächsten zehn, 20 oder 30 Jahren realisierbar sind, beantworten zu können, brauche es vor allem verlässliche Rahmenbedingungen.

Andreas Vorholt vom Max-Planck-Institut Chemische Energiekonversion (MPI CEC) widmete sich unter anderem der nationalen Forschungsplattform Kopernikus „Power-to-X“ (P2X). P2X bezeichnet Technologien, die Strom aus erneuerbaren Quellen in stoffliche Energiespeicher, Energieträger und energieintensive Chemieprodukte umwandeln. Damit kann Energie aus erneuerbaren Quellen in Form von maßgeschneiderten Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge oder in verbesserten Kunststoffen und Chemieprodukten mit hoher Wertschöpfung genutzt werden. 

„Wir arbeiten nicht bloß im kleinskaligen Bereich, sondern befassen uns auch mit Pilotanlagen“, betonte Vorholt. „Ziel ist es, Energie, Transport und Chemie unter einen Hut zu bringen – dabei aber immer im Blick zu behalten, wie sich eine Idee auf die angrenzenden Bereiche auswirkt“, so Vorholt weiter. Der Wunsch, das gleiche Produkt im selben Prozess wie heute – nur mit besseren Eigenschaften – herzustellen, ließe sich im Labormaßstab oft erfüllen. Die Herausforderung bestehe darin, alle Effekte, die sich im großen Maßstab zeigten, zu berücksichtigen. 

Dieser Herausforderung stellt sich Shell mit seinem Vorhaben, in der Rheinland-Raffinierie den weltweit größten PEM-Elektrolyseur zu bauen: Dana Gabriel von Shell stellte das Refhyne-Projekt vor, bei dem es in erster Linie darum geht, Praxiserfahrungen mit einer solchen Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage im großindustriellen Maßstab zu sammeln und größere Investitionsentscheidungen in diese Richtung besser bewerten zu können.

Der „grüne“ Wasserstoff, der dort mittels erneuerbarem Strom produziert werden soll, geht zunächst vor allem in den eigenen Raffinierieprozess. Mittelfristig sehe man aber auch Anwendungsbereiche in Mobilität und Industrie, sofern die wirtschaftspolitischen Voraussetzungen geschaffen seien.

Sessionleiter Jens Müller-Belau (li.) im Gespräch mit Dana Gabriel (Shell) und Andreas Vorholt (MPI CEC).

Anwendung
Fuels brauchen Hardware

„Fuels funktionieren immer nur mit einer Anwendungstechnologie, sie sind kein Selbstzweck“, stellte David Diarra vom Oel-Wärme-Institut (OWI) zu Beginn seiner Session klar. „Was wir heute schon sagen können ist, dass die Brenn- und Kraftstoffe auf Basis erneuerbarer Energien grundsätzlich funktionieren“, so Diarra weiter. Dass auch für kommende Technologien und Energieträger sicher zu stellen, sei eine der Hauptherausforderungen für die Zukunft.

In diversen Projekten und Reallaboren erproben unterschiedliche Industrie- und Forschungszweige daher alternative Fuels im Einsatz:

Roland Mensch, Entwicklungsingenieur bei Weishaupt

Roland Mensch aus dem Bereich Forschung und Entwicklung beim Heizgerätehersteller Weishaupt fasste zunächst die Vorteile synthetischer Brennstoffe als Heizenergie zusammen: „Die vorhandene Infrastruktur kann weiterverwendet werden und synthetisches Heizöl lässt sich in bereits verfügbarer Technik einsetzen, so dass keine aufwändigen Umrüstungen notwendig sind.“

Er berichtete über erfolgreiche Labor- und Feldtests, die Weishaupt bereits mit synthetisch produzierten flüssigen Brennstoffen als Heizölersatz durchgeführt hat. Die bisher getesteten GtL- (Gas-to-Liquid) und HVO- (Hydrogenerated Vegetable Oils) Brennstoffe entsprechen in Ihrer paraffinischen Molekularstruktur den synthetischen Brennstoffen, die künftig beispielsweise aus der PtL-Produktion zu erwarten sind.

Die Firma Weishaupt halte den Einsatz dieser synthetischen Fuels für ihre neuen Brenner und Heizgeräte aus technischer Sicht grundsätzlich für möglich, sofern sie der heutigen DIN 51603 entsprechen. Mehr noch: „Synthetische Brennstoffe haben besonders gute Verbrennung- und  Lagereigenschaften, die sich nicht nur positiv auf die Emissionen, sondern auch auf die Lebensdauer und Betriebssicherheit der Anlagen auswirken“, sagte Mensch. 

Im Projekt C3 Mobility, das Barbara Graziano von FEV Europe, einem Dienstleister in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren und Fahrzeugtechnik, vorstellte, sollen Wege in die CO2-neutrale Mobilität der Zukunft demonstriert werden. Beispielsweise wird neben der direkten Nutzung von regenerativ erzeugtem Methanol als Kraftstoff auch die lokale Weiterverarbeitung des Methanols untersucht.

Ein weiterer Ansatz: Wie lassen sich schon heute durch Beimischung anderer strombasierter Kraftstoffe (Drop-In Fuels) die Flottenemissionen senken? Zudem werden Wirkungsgrad und Emissionen der Herstellungs- und Verbrauchsketten, Vertrieb und Markteinführung gesamtheitlich bewertet.

Auch bei Innogy befasst man sich mit der Nutzung erneuerbarer Kraftstoffe: Stephan Stollenwerk präsentierte Ergebnisse des Essener Pilotprojekts „greenfuel“. Anhand von erneuerbarem Methanol wurde hierbei die vollständige Wertschöpfungskette eines erneuerbaren flüssigen Energieträgers demonstriert. Aus CO2, Luft und Wasser wurde Methanol hergestellt, das dann in einem PKW und in einem Fahrgastschiff als Antriebsenergie verwendet wurde. Auch ein Wohngebäude nutzte es als Backup-Energie.

Öffentlich sei das Demonstrationsprojekt laut Stollenwerk auf eine sehr positive Resonanz gestoßen. Zentrales Ergebnis sei, dass Methanol sich grundsätzlich als erneuerbarer flüssiger Energieträger eigne und dass man von möglichen Produktionskosten im Bereich ein Euro pro Liter ausgehen kann – das sei weit weniger, als befürchtet. 

Prof. Dr. Thomas Garbe aus der Entwicklung Otto- und Dieselkraftstoffe bei VW

Als Vertreter der Automobilindustrie berichtete Prof. Dr. Thomas Garbe aus dem Bereich Entwicklung Otto- und Dieselkraftstoffe bei Volkswagen von praktischen Erfahrungen mit alternativen Fuels. Im Fokus seiner Betrachtungen standen paraffinischer Diesel, bzw. XtL-Kraftstoff sowie Oxmethylenether (OME), die er in Sachen Reifegrad, Mengenpotenzial, CO2- und lokale Emissions-Minderungspotenziale, Kosten, Reichweite und Materialverträglichkeit bewertete.

Garbe kam dabei zu dem Schluss, dass paraffinische Kraftstoffe bereits in der nächsten Dekade eine hohe Marktdurchdringung erreichen könnten. Aufgrund der überlegenen Eigenschaften von OME, vor allem bei den Emissions-Minderungspotenzialen, sollten aber Paraffin/OME-Mischkraftstoffe das Ziel sein. Dafür bedürfe es einige Anpassungen bei Fahrzeugen und Infrastruktur. Eine gesamtwirtschaftliche Weichenstellung erwartet er für Anfang der 20er Jahre.

Im abschließenden Vortrag verdeutlichte Dr. Klaus Lucka, Geschäftsführer des technischen Forschungsdienstleisters TEC4FUELS, warum innovative Anwendungstests in der Entwicklung von Fuels und Anwendungstechniken eine entscheidende Rolle spielen. „Fit for Purpose“ bedeute demnach, dass auch neue Fuels den Anforderungen der Praxis in allen Belangen gerecht werden müssten. Für den Anwender müsse das gewohnte Qualitätsniveau sichergestellt sein – von der Betriebssicherheit in bestehender Technik, auch unter extremen Bedingungen, bis hin zu Handhabung und Lagerung.

„Neben dem Emisions-Minderungspotenzial sind das die entscheidenden Voraussetzungen für die Zukunfts- und Marktfähigkeit sowie die Verbraucherakzeptanz von alternativen flüssigen Brenn- und Kraftstoffen“, betonte Lucka. Und weiter: „Die Testverfahren haben wir, es gibt keinen Grund mit der Entwicklung alternativer Fuels zu warten.“

In der dritten Session zum Thema praktische Erfahrung diskutierten (v.l.) David Diarra (OWI), Prof. Dr. Thomas Garbe (VW), Barbara Graziano (FEV Europe), Dr. Klaus Lucka (TEC4FUELS), Roland Mensch (Weishaupt) und Stephan Stollenwerk (Innogy).

Prof. Christian Küchen (MWV, li.) und Dr. Klaus Lucka (TEC4FUELS) schlossen den Tag mit einem positiven Fazit.

Fit for Future!

Gemeinsam mit MWV-Hauptgeschäftsführer Prof. Dr. Christian Küchen zog Lucka zum Abschluss eine positive Bilanz. Denn prinzipiell seien flüssige Kraft- und Brennstoffe auf Basis erneuerbarer Energien fit für die Zukunft. Es zeigten sich zahlreiche Lösungsansätze, um die Vorteile flüssiger Energieträger auch langfristig nutzen zu können.

Um den erwünschten Wettbewerb um die besten Lösungen für einen erfolgreichen Klimaschutz zu ermöglichen, brauche es aber unbedingt Technologieoffenheit. Und einen deutlichen Appell schickte Küchen schließlich noch einmal an die Politik: „Damit sich die noch notwendigen erheblichen Investitionen in Forschung und Herstellung von treibhausgasreduzierten Fuels lohnen, braucht es langfristig verlässliche Rahmenbedingungen, für die jetzt von der Politik die Weichen gestellt werden müssen.“