Treibstoff-Technik Sprit aus Strom

Beispielsweise im Schiffsverkehr könnte der strombasierte Kraftstoff eine gute Alternative sein und darüber hinaus Umweltschäden, die durch leckende Tanker ausgelöst werden, vermeiden.

(Foto: Bram Van Biezen/dpa)

Mit elektrischer Energie lassen sich synthetische Kraftstoffe herstellen. Sie wären umweltfreundlicher als fossile Brennstoffe. Die Produktion des Ökosprits ist zwar ineffizient, aber für Schiffe und Flugzeuge womöglich ideal.

Von Ralph Diermann

Mehrere Hundert Millionen Jahre hat es gedauert, bis aus Plankton und anderem organischen Material das heutige Erdöl entstanden ist. Doch es geht auch viel, viel schneller: Die Chemiker Franz Fischer und Hans Tropsch haben kurz nach dem Ersten Weltkrieg ein Verfahren entwickelt, mit dem sie aus Wasserstoff und Kohlenstoff mit Katalysatoren Kohlenwasserstoffe herstellen konnten - den Hauptbestandteil von Erdöl. Als dann wenig später im Nahen Osten riesige Ölfelder gefunden wurden, interessierte sich kaum noch jemand für die Technologie der beiden Wissenschaftler. In Zeiten des Klimawandels könnte ihr Verfahren jetzt jedoch Bedeutung bekommen. Unternehmen wollen damit synthetisches Rohöl herstellen, das sich zu Benzin, Diesel und anderen Kraftstoffen weiterverarbeiten lässt. Da bei deren Verbrennung nur so viel Kohlendioxid freigesetzt wird, wie zuvor dem Produktionsprozess zugeführt wurde, gelten diese sogenannten strombasierten Kraftstoffe als klimafreundlich.

Warum strombasiert? Weil der nötige Wasserstoff mithilfe einer Elektrolyse hergestellt wird: Mit elektrischem Strom werden Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Kommt der Strom aus erneuerbaren Quellen, ist der Wasserstoff CO₂-neutral. Parallel zur Elektrolyse wird Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid reduziert, das dann mit dem Wasserstoff zu einem sogenannten Synthesegas zusammengeführt wird. Aus diesem Gasgemisch werden schließlich mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren unterschiedliche Kohlenwasserstoffe hergestellt, die zu den gewünschten Kraftstoffen verarbeitet werden können. Nachdem einige Pilotprojekte die Praxisreife des Verfahrens belegt haben, will das norwegische Unternehmen Nordic Blue Crude nun nahe Oslo die weltweit erste Anlage für die kommerzielle Produktion von synthetischem Rohöl errichten. Norwegen ist dafür ein idealer Standort, weil das Land seinen Strombedarf fast vollständig aus Wasserkraftwerken deckt.

Die Moleküle in künstlichen Kraftstoffen verbrennen sauberer als fossiler Sprit

Umweltverbände und Autoindustrie eint die Überzeugung, dass der Ökosprit einen erheblichen Beitrag zur Minderung der CO₂-Emissionen leisten könnte. Auch das Stickoxidproblem des Dieselantriebs ließe sich damit weitgehend lösen, meint Jakob Burger, Professor für chemische und thermische Verfahrenstechnik an der Technischen Universität München. "Dieselmotoren können mit herkömmlichem (fossilem) Kraftstoff entweder so betrieben werden, dass sie wenig Ruß produzieren - oder wenig Stickoxid. Beides zusammen geht nicht." Gäbe es jedoch einen neuen Kraftstoff, der praktisch rußfrei verbrennt, ließe sich der Motor so regeln, dass nur sehr wenige Stickoxide entstehen. "Genau das ist mit strombasierten Kraftstoffen möglich: Die Moleküle können so strukturiert werden, dass bei der Verbrennung kein Ruß produziert wird", sagt Burger.

Soll der Ökosprit eines Tages in großindustriellem Maßstab produziert werden, müssen jedoch noch einige Fragen beantwortet werden. So ist derzeit noch ungewiss, wo der als Ausgangsstoff benötigte Kohlenstoff herkommen soll. Für die Anlage in Norwegen ist vorgesehen, eine Art Staubsauger zu installieren, der Kohlendioxid aus der Luft extrahiert. Dazu leiten Ventilatoren einen Luftstrom durch einen zelluloseartigen Filter. Der ist mit Aminen ausgerüstet, die das Treibhausgas binden. Eine Pilotanlage in der Schweiz zeigt, dass dieses Konzept funktioniert. Für die Produktion großer Mengen an Treibstoff eignet es sich jedoch nicht, meint Burger. "Der CO₂-Gehalt der Atmosphäre ist sehr gering. Daher ist es enorm aufwendig und damit teuer, daraus Kohlendioxid zu extrahieren." Besser wäre es, den Kohlenstoff aus Industrieanlagen, etwa aus den Abgasen der Stahlherstellung, zu gewinnen. Dort ist die CO₂-Konzentration um ein Vielfaches höher. Das Verfahren ist aber längst noch nicht ausgereift. Erprobt ist hingegen das Abscheiden von Kohlendioxid aus der Abluft von Kohlekraftwerken. Das wäre aber allenfalls eine Übergangslösung, da ein konsequenter Klimaschutz den Ausstieg aus der Kohleverbrennng vorsieht.

Ein weiteres Hindernis ist die geringe Effizienz des Verfahrens. Bei der Elektrolyse und den weiteren Produktionsschritten sowie bei der Verbrennung im Motor geht so viel Energie verloren, dass nur elf Prozent des ursprünglich eingesetzten Stroms am Ende für die Fortbewegung genutzt werden können. Das haben Experten des Beratungsunternehmens PricewaterhouseCoopers berechnet. Elektroautos dagegen setzen 70 Prozent der elektrischen Energie in Bewegung um. "Wegen der hohen Umwandlungsverluste braucht man sehr viel Energie, um nennenswerte Mengen strombasierter Kraftstoffe herzustellen", erklärt Volker Quaschning, Professor für regenerative Energiesysteme an der Berliner Hochschule für Technik und Wirtschaft. "In Deutschland stößt man da recht bald an Grenzen, da die Zahl potenzieller Standorte für die Erzeugung von Wind- und Solarstrom begrenzt ist."

Die Ökokraftstoffe müssten also im Ausland produziert werden - in Ländern mit viel Wasserkraft; oder an Standorten mit günstigen Bedingungen für Solar- und Windenergie, etwa in Nordafrika, im Nahen Osten oder in Australien. Das wäre auch wirtschaftlich vorteilhaft, meint Patrick Schmidt vom Beratungsunternehmen Ludwig Bölkow Systemtechnik. "Der Investitionsbedarf für die Anlagen ist hoch. Daher ist es sinnvoll, sie dort zu installieren, wo man sie das ganze Jahr über auslasten kann." In der Praxis dürfte der Aufbau einer Produktion im Ausland allerdings nicht ganz einfach werden, da gerade die arabischen und nordafrikanischen Länder bestrebt sind, zunächst einmal die eigene, stark wachsende Stromnachfrage zu decken.

Synthetisches Kerosin für Flugzeuge sowie künstlicher Schiffsdiesel wären gute Optionen

Angesichts all der offenen Fragen sehen Experten in den strombasierten Kraftstoffen kein Allheilmittel, sondern eines von mehreren Instrumenten für mehr Klimaschutz im Verkehr. "Wegen der höheren Effizienz sollten wir, wo immer möglich, dem elektrischen Antrieb Vorrang geben", sagt Patrick Schmidt. Allerdings haben Elektrofahrzeuge den Nachteil, dass ihre Akkus derzeit noch weniger Energie aufnehmen können als ein Benzintank. Kraftstoffe sind in der Lage, bei gleichem Volumen und Gewicht deutlich mehr Energie zu speichern als Batterien. "Deshalb eignen sie sich sehr gut für Anwendungen, bei denen so viel Leistung benötigt wird, dass Batterien aus Gründen des Platzes, des Gewichts, der Ladezeit oder der Infrastruktur ausscheiden: für LKWs auf der Langstrecke zum Beispiel oder den Schiffsverkehr", sagt der TU-Chemiker Jakob Burger.

Für Baumaschinen, Presslufthämmer und andere Geräte dieser Art könnten sie ebenfalls sinnvoll sein. Und für Flugzeuge wäre synthetisches Kerosin eine viel versprechende Option. "Jede Technologie hat ihre spezifischen Vor- und Nachteile", davon ist der Wissenschaftler überzeugt. "Wir brauchen sie alle!"