Brennstoffe der Zukunft

Die Emission von Treibhausgasen bei der Wärmeerzeugung kann bereits mit heute verfügbarer hocheffizienter Heiztechnik oder einer angepassten Gebäudedämmung erheblich reduziert werden. Zusätzlich wird intensiv daran gearbeitet, eine Treibhausgasminderung auch brennstoffseitig zu ermöglichen. 

Erste Ergebnisse der derzeit in Arbeit befindlichen Studie „Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende“ zeigen, dass CO2-neutrale flüssige Kraft- und Brennstoffe, sogenannte E-Fuels, für die Energiewende signifikante Vorteile haben. E-Fuels können in herkömmlichen Motoren und Heizungen eingesetzt werden und eignen sich für den Bestand der rund 63 Millionen Fahrzeuge und 5,6 Millionen Ölheizungen in Deutschland. 

Flüssige Energieträger haben viele Vorteile: Sie sind gut speicherbar und leicht zu transportieren, sie haben eine hohe Energiedichte und verfügen über eine hervorragende Infrastruktur. Damit sind sie bislang unverzichtbar für die Energieversorgung in den Sektoren Mobilität und Wärme.

Um diese Vorteile auch langfristig nutzen zu können, wird an der Herstellung treibhausgasreduzierter flüssiger Kraft- und Brennstoffe geforscht. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist, dass sie in heute verfügbarer Technik ohne aufwändige Umrüstungen einsetzbar sein sollen. Das erhöht die Chance auf eine breite Akzeptanz der Energiewende: Klimaschutz wird möglich, ohne Versorgungswege und Anwendungstechnik kostenintensiv umbauen zu müssen, wie es bei einer „All Electric Society“ der Fall wäre.

Forschung auf verschiedenen „Pfaden“

Eine Auswahl aktueller Forschungsprojekte zur Herstellung treibhausgasreduzierter flüssiger Brennstoffe haben wir in unserem Forschungsradar zusammengestellt. Grundsätzlich geht es um die Herstellung alternativer flüssiger Kohlenwasserstoffe aus unterschiedlichen regenerativen Quellen (X-to-Liquid, XtL). Bei der Auswahl der Rohstoffe wird eine Nutzungskonkurrenz zu Agrarflächen oder Nahrungsmitteln bewusst vermieden. 

Die Forscher sprechen dabei von unterschiedlichen „Pfaden“: Es gibt etwa den Biomasse-Pfad, auch „Biomass-to-Liquid“ oder kurz BtL genannt, der die Herstellung von Brennstoffen aus Abfällen und Reststoffen biogener Herkunft untersucht. Ein anderer wichtiger Pfad ist „Power-to-Liquid“, kurz PtL. Hier wird Strom aus erneuerbaren Quellen zur Herstellung von Wasserstoff genutzt, der anschließend mit Kohlenstoff aus Biomasse oder CO2, welches zum Beispiel aus der Luft gewonnen wird, zu einem synthetischen flüssigen Energieträger verbunden wird. Die verschiedenen Forschungspfade sowie deren Potenziale wurden in der von IWO beauftragten Studie „Herstellung THG-reduzierter flüssiger Kraft- und Brennstoffe“ an der TU Freiberg näher untersucht. 

CO2-Neutralität durch geschlossenen Kohlenstoffkreislauf

Typische flüssige Brennstoffe bestehen zumeist aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Bei ihrer Verbrennung entstehen hauptsächlich Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2). Wird dieses CO2 wieder in den Entstehungsprozess der Brennstoffe eingebunden, entsteht ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf und damit weitgehende Treibhausgasneutralität: Kohlendioxid wird zum nachhaltigen Rohstoff, da dieselbe Menge bei der Verbrennung freigesetzt wird, wie bei der Produktion der Atmosphäre entzogen wird. 

Die pflanzliche Photosynthese ist der natürliche Weg eines geschlossenen Kohlenstoffkreislaufs. In Biomass-to-Liquid-Verfahren (BtL) lassen sich aus einer Vielzahl von pflanzlichen Rohstoffen wie Algen, Restholz oder Stroh flüssige Brennstoffe mit einem Treibhausgas-Minderungspotenzial von bis zu 90 Prozent gegenüber einem mineralölstämmigen Kraftstoff herstellen. 

Der Kohlenstoffkreislauf lässt sich aber auch künstlich verkürzen: Beim Power-to-Liquid-Verfahren (PtL) kann Kohlendioxid direkt aus Industrieabgasen oder auch der Luft als Kohlenstoffquelle genutzt werden. Auch Müll kann als Kohlenstofflieferant im Waste-to-Liquid-Verfahren (WTL) dienen. Der benötigte Wasserstoff wird durch Elektrolyse mithilfe von Strom erzeugt – und dessen Herkunft ist entscheidend für die Treibhausgasbilanz des PtL-Produkts: Denn nur grüner Strom aus erneuerbaren Quellen nützt der angestrebten Treibhausgasreduktion.