E-Fuels: Sind synthetische Kraftstoffe schon marktreif?
Die Automobilindustrie betreibt einen hohen technischen Aufwand, um für herkömmliche Verbrennermotoren die Emissionsgrenzen bis zum Jahr 2022 zu erfüllen – aus heutiger Sicht gilt dies als sehr ambitioniert. Doch der Trend zur weiteren Verringerung von Treibhausgasen und anderen schädlichen Bestandteilen in der Atemluft wird weitergehen (müssen).
Drastische Reduktion von Treibhausgas bis 2050
Es bedarf enormer Anstrengungen und weitreichender Konzepte, wenn das klimapolitische Ziel einer 80- bis 95-prozentigen Reduktion von Treibhausgas gegenüber 1990 bis zum Jahr 2050 erreicht werden soll. Wie das gelingen könnte, hat eine Prognos-Studie über neue flüssige Energieträger zum Inhalt und Mitte 2018 publik gemacht. Mit unter den Auftraggebern waren das Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) sowie der Bundesverband mittelständischer Mineralölunternehmen (Uniti).
Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass das Langzeitziel 2050 nur dann erreicht werden kann, wenn flüssige Energieträger wie Benzin, Diesel, Kerosin und Heizöl künftig nicht mehr aus Erdöl hergestellt werden. Eine Umstellung von Treib- und Kraftstoffen auf erneuerbare Energie sei zu vertretbaren Kosten und wettbewerbsfähigen Preisen bis 2050 möglich, doch müsse man umgehend damit beginnen, entsprechende Forschungs- und Entwicklungskapazitäten aufzubauen.
Um den Bedarf – frei vom Rohöl – in allen Verkehrssektoren und in der Chemie zu decken, müssten bis 2050 rund 60 Millionen Tonnen klassischer Raffinerieprodukte durch die sogenannten E-Fuels ersetzt werden.
Infrastruktur kann weiter genutzt werden, aber...
Der Vorteil: Die Infrastruktur aus Pipelines, Tanklagern, Heizöltanks, Tankstellen und auch die bestehenden Automobile könnten weiter genutzt werden. Aus heutiger Sicht ließen sich die synthetischen Kraftstoffe zu Kosten zwischen 70 Cent und 1,30 Euro je Liter erzeugen – je nach Rahmenbedingungen. Allerdings sei enorm viel Strom aus erneuerbaren Quellen notwendig, um die benötigten Mengen flüssiger Kraftstoffe bereitzustellen.
Ein Verfahren zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe besteht beispielsweise darin, Wasserstoff und Kohlenstoff mithilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen in einen flüssigen Energieträger umzuwandeln. Der Kohlenstoff kann aus der Luft oder aus Biomasse gewonnen werden. Synthetische Kraftstoffe können zudem CO2-ärmer verbrennen als herkömmlicher Sprit.
OME-Forschung in München
Beispielsweise könnte ein solcher Designerkraftstoff mit Namen Oxymethylenether (OME) Teil der Lösung sein. OME ist aber nicht nur eine Art von Sprit, sondern besteht genau genommen aus einer Gruppe mit differierenden Eigenschaften.
OME verbrennt nach Einschätzung von Motorenexperten fast ohne unerwünschte Nebenprodukte wie Rußpartikel oder Kohlenwasserstoffe. Gegenüber anderen, schon länger bekannten Designerkraftstoffen würde er damit einen zusätzlichen Vorteil für die Luftqualität bieten.
Wissenschaftler des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen an der Technischen Uni München arbeiten am Projekt XME-Diesel, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird und das Ziel hat, den Einsatz von OME voranzubringen. Sie haben untersucht, wie sich OME mit seinen verschiedenen Spezifikationen im Motor verhält, welche Anpassungen nötig sind, damit die Verbrennung effizienter ist, und wie stark sich die schädlichen Emissionen im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen reduzieren lassen.
Designer-Sprit auf dem Prüfstand
Zunächst arbeiteten die Forscher mit Computer-Simulationen und Versuchen an einem Einzylindermotor-Prüfstand. Danach übertrugen sie ihre Erkenntnisse auf einen Prüfstand mit einem Sechszylinder-Serienmotor, der speziell für den Betrieb mit dem synthetischen Kraftstoff umgerüstet wurde.
Die Versuche am Vollmotor bestätigten die vorherigen Ergebnisse. Es zeigte sich, dass sich durch die Verwendung von OME die Schadstoffemissionen deutlich reduzieren und jetzt geltende Grenzwerte gemäß Euro 6 ohne Probleme einhalten lassen. Mit einer leistungsfähigen Abgasnachbehandlung, so die Prognose der Wissenschaftler, würden sich die Emissionen sogar auf nahezu null senken lassen.
Dieser Beitrag ist zuerst erschienen in: SBZ 21-18.
