Die Herstellung von HVO ist ein faszinierender Prozess. Besonders spannend ist dabei der Blick auf den Feedstock, also die Rohstoffe, die für die Produktion dieses erneuerbaren Kraftstoffs verwendet werden können.

Der Rohstoffpool zur Herstellung von HVO

Neben pflanzlichen Ölen wie Rapsöl können für die Herstellung von HVO insbesondere drei Gruppen von Abfall- und Reststoffen herangezogen werden. Dies sind:

• Lebensmittelreste und Altspeisefette,
• Klärschlämme oder andere organische Abfälle
• sowie sonstige biogene Reststoffe – etwa jene, aus denen auch ein Biodiesel gewonnen werden könnte.

Welche Rohstoffe konkret eingesetzt werden, hängt vom jeweiligen Hersteller und HVO-Produkt ab.

Abfall- und Reststoffe haben dabei zwei wichtige Eigenschaften: Erstens stehen sie nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion – die sogenannte Teller-Tank-Frage stellt sich bei ihnen also nicht. Zweitens werden ihnen üblicherweise keine Emissionen aus Anbau und Landnutzung zugerechnet, weshalb sie in der Lebenszyklusbilanz in der Regel besser abschneiden als Rohstoffe aus Anbaubiomasse. Allerdings fallen diese Rohstoffe weltweit nur in begrenzter Menge an.

Der HVO-Herstellungsprozess

Der eigentliche Herstellungsprozess beginnt mit der Vorbehandlung und der Reinigung der Rohstoffe. Je nach Herkunft und Grad der Verunreinigung der Ausgangsstoffe ist dieser Abschnitt mehr oder weniger aufwändig. Anschließend werden die aufbereiteten Öle und Fette einem zweistufigen chemischen Prozess unterzogen – dem sogenannten Hydroprocessing.

Eingangs werden die Öle und Fette unter hohem Druck und hohen Temperaturen in der Gegenwart eines Katalysators mit Wasserstoff hydriert. Im Anschluss daran werden in einer Isomerisierung die Molekülstrukturen der Fettsäuren weiter modifiziert, um beispielsweise die Fließeigenschaften des Kraftstoffes zu optimieren. Der Herstellungsprozess findet seinen Abschluss in der Destillation und Reinigung des Endproduktes.

Am Ende des Prozesses steht dann ein einhundertprozentiges HVO (oder einfach: HVO100), welches auch mit herkömmlichem Diesel gemischt – in der Fachsprache auch „Blending“ genannt – werden kann. Ganz nach den jeweils benötigten technischen Eigenschaften und auch in Abhängigkeit des gewünschten Produktpreises kann so für die jeweilige Anwendung entweder ein reines HVO100 oder ein HVO-Diesel-Blend zum Einsatz kommen. HVO wird schon heute in geringen Mengen konventionellem Diesel nach der DIN EN 590 beigemischt. Für diesen Kraftstoff ist keine gesonderte Freigabe erforderlich. Erst für HVO100 in Reinform ist die XtL-Freigabe nach DIN EN 15940 durch den Fahrzeughersteller erforderlich.

Wie viel CO₂ spart HVO100 im Lebenszyklus?

Da HVO aus biogenen Rohstoffen hergestellt wird, liegt die Frage nahe, ob der Kraftstoff klimaneutral ist. Die Antwort lautet: nein – denn auch Herstellung, Transport und Lieferkette verursachen Emissionen. Je nach Rohstoff und Herstellungsweg kann HVO100 jedoch bis zu 90 % geringere CO₂-Neuemissionen im Lebenszyklus verursachen als fossiler Diesel. Die tatsächlichen Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus hängen dabei sehr stark von den verwendeten Rohstoffen, ihren bilanziellen Anrechnungsmöglichkeiten, den Herstellungsverfahren sowie den Lieferketten ab. Details zum jeweiligen Produkt gibt es bei der HVO-Tankstelle oder dem HVO-Lieferanten (siehe Vorteil 2).

HVO fügt sich in die bestehende Diesel-Infrastruktur ein

HVO100 zeichnet sich zudem durch seine Kompatibilität mit vielen bestehenden Diesel-Fahrzeugen aus. Dieselmotoren mit XtL-Freigabe bedürfen keiner zusätzlichen Modifikationen, um HVO100 verwenden zu können (siehe Vorteil 3). Dies macht den Umstieg auf diesen erneuerbaren Kraftstoff für Flottenbetreiber und Privatpersonen gleichermaßen attraktiv – und kann dazu beitragen, die CO₂-Emissionen der Bestandsflotte schon heute zu senken, je nach Rohstoff und Herstellungsweg.

HVO100 kann über das bestehende Tankstellennetz angeboten werden. An der Zapfsäule ist der Kraftstoff mit dem XTL-Symbol zu kennzeichnen.

Weitere Vorteile von HVO100 liegen in den technischen Eigenschaften des Kraftstoffs: eine hohe Cetanzahl und Kältestabilität (Vorteil 1), weniger Verunreinigungen bei der Verwendung hochwertiger Rohstoffe (Vorteil 4) sowie eine mögliche geringere Ruß- und Partikelbildung – abhängig von Antrieb, Motortyp und Betriebsart (Vorteil 5). Gut zu wissen: Pro Liter enthält HVO100 etwas weniger Energie als fossiler Diesel, sodass der Verbrauch pro 100 km geringfügig höher ausfallen kann.

Detaillierte Erklärungen, Studien und Quellen zu den Vorteilen von HVO100 finden sich unter: efuel-today.com/werbeaussagen

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Die Umstellung unserer Energieversorgung und Mobilität auf erneuerbare Energien ist wohl eine der größten Aufgaben, vor der wir als Gesellschaft aktuell stehen. Diese Aufgabe stellt eine globale Herausforderung dar und bedarf als solche vielschichtiger Lösungsansätze. Viele Fachleute gehen dabei davon aus: Für diese Umstellung müssen wir unterschiedliche Technologien nutzen.

E-Fuels haben das Potenzial, ein wichtiger Baustein einer Energieversorgung mit flüssigen Kraft- und Brennstoffen auf Basis erneuerbarer Energien zu sein. Die globale Bestandsflotte mit Verbrennungsmotoren kann unter Einsatz von E-Fuels einen Beitrag zur Senkung der CO₂-Emissionen leisten, ohne dass dafür neue Fahrzeuge angeschafft werden müssen, sofern die Fahrzeuge für den jeweiligen Kraftstoff freigegeben sind. Für manche Bereiche, wie für die Luft- und Schifffahrt, gibt es nach heutigem Stand kaum andere Alternativen. Doch was sind E-Fuels genau und wie werden sie hergestellt?

Exkurs: Kohlenwasserstoffe

Die Nutzung fossiler Energieträger katalysierte die industrielle Revolution und ist somit seit nunmehr über 200 Jahren die Grundlage für technische Entwicklung und den damit einhergehenden Wohlstand gewesen. Die schädlichen Nebenwirkungen der Nutzung fossiler Energie sind heute unstrittig und durch die Forschung belegt. Ebenso unstrittig ist die langfristige Notwendigkeit, den immer weiter wachsenden Energiebedarf auf der Erde aus erneuerbaren Quellen zu decken. Allgemein gilt es also, den fossilen Energieträgern allmählich den Rücken zu kehren, ohne dabei Einbußen auf Kosten des allgemeinen Wohlstandes zu riskieren. Was aber nach über zwei Jahrhunderten Nutzung fossiler Energie geblieben ist, sind die vielen wesentlichen Vorteile dieser Energieträger.

Die Energie steckt in den herkömmlichen fossilen Brenn- und Kraftstoffen in Form von Kohlenwasserstoffen. Bei der Verbrennung dieser chemischen Verbindungen aus Kohlen- und Wasserstoff wird Energie in großen Mengen freigesetzt. Zu den Vorteilen der in Kohlenwasserstoffen gebundenen Energie zählen deren gute Speicherbarkeit, die leichte Transportierbarkeit auch über weite Strecken hinweg, die Sicherheit der Nutzung und die Tatsache, dass bereits eine gesamte funktionierende Infrastruktur im Bereich Energie existiert.

Was sind E-Fuels?

Der Grundbaustein herkömmlicher flüssiger Kraftstoffe sind Kohlenwasserstoffe, also Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Um ein E-Fuel auf Basis erneuerbarer Energien herzustellen, benötigt man Wasserstoff aus erneuerbarem Strom und Kohlenstoff. Diese chemische Verbindung wird anschließend synthetisch erzeugt.

Erste Zutat: Wasserstoff aus erneuerbarem Strom

Wasserstoff wird in erster Linie durch ein Elektrolyseverfahren gewonnen, in dem Wasser aufgespalten wird. Die Spaltung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff geschieht mit Hilfe von elektrischem Strom. Für die Herstellung von E-Fuels ist entscheidend, dass der benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen stammt.

Als erster Schritt zur Herstellung von E-Fuels ist die Effizienz bei der Gewinnung von Wasserstoff von erheblicher Relevanz für den Wirkungsgrad des gesamten Prozesses. Gerade in den letzten Jahren gab es hier erhebliche Verbesserungen. Das BMBF geht davon aus, dass in Zukunft ein Wirkungsgrad von 70 % bei der Herstellung von Wasserstoff erreicht werden kann. Dies bedeutet, dass 70 % der für die Elektrolyse aufgewendeten Energie dann auch im Wasserstoff gebunden wird. (Quelle: BMBF, 2022)

Zweite Zutat: Kohlenstoff aus Carbon Capture

Neben Wasserstoff ist für die synthetische Herstellung von Kohlenwasserstoffen bei der Produktion von E-Fuels auch Kohlenstoff nötig. Dieser kann durch das Verfahren Carbon Capture gewonnen und somit direkt der Atmosphäre entzogen – sozusagen „gefangen“ – werden. Alternativ kann der benötigte Kohlenstoff aus industriellen oder biogenen Anlagen stammen, denn dort kommt er in den Abgasen in höherer Konzentration als in der Atmosphäre vor.

Bei der Verbrennung von E-Fuels wird CO₂ freigesetzt. Für die CO₂-Bilanz ist daher entscheidend, woher der Kohlenstoff stammt: Wird CO₂ aus der Luft oder aus biogenen Quellen genutzt, wird bei der Verbrennung nur das zuvor gebundene CO₂ wieder freigesetzt. Stammt es aus fossilen Industrieprozessen, wird es zwar ein zweites Mal genutzt, gelangt bei der Verbrennung aber letztlich doch in die Atmosphäre. Für den Klimaschutz ist es wichtig, dass möglichst wenig zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre abgegeben wird. Bereits vorhandenen Kohlenstoff zu verwenden und sich seiner nützlichen chemischen Eigenschaften zu bedienen, ist daher sehr wichtig, da der globale Primärenergiebedarf perspektivisch steigen wird.

Der Herstellungsprozess von E-Fuels

E-Fuels werden in einem Syntheseprozess hergestellt. Die Technik dahinter ist gut erforscht und in der Praxis seit vielen Jahrzehnten etabliert. Die Reaktion – beispielsweise im Rahmen der sogenannten Fischer-Tropsch-Synthese – findet in Reaktoren mit Hilfe von Katalysatoren bei Temperaturen zwischen 150 und 300 Grad Celsius und Drücken bis etwa 25 bar statt. Indem man diese Reaktionsparameter, die Art der Katalysatoren und des Reaktors variiert, lässt sich die Palette der Endprodukte gezielt steuern.

Durch den Syntheseprozess nach Fischer-Tropsch entstehen in erster Linie schwefelarme synthetische Kraftstoffe, wie etwa Diesel, oder auch Motorenöle als Produkte. Als Nebenprodukte entstehen zudem längerkettige Kohlenwasserstoffe, die als wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie dienen. Darüber hinaus entstehen sauerstoffhaltige Verbindungen (z. B. Ethanol, Aceton), kurzkettige Olefine (z. B. Ethen, Propen) sowie höhere Olefine und Alkohole. Alle Nebenprodukte können ebenfalls weiterverarbeitet werden.

Wie sieht die CO₂-Bilanz von E-Fuels aus?

Für die CO₂-Bilanz von E-Fuels sind zwei Faktoren entscheidend: woher die Energie für die Herstellung stammt und woher das CO₂. Stammt der Strom aus erneuerbaren Quellen und das CO₂ aus der Luft oder aus biogenen Quellen, wird bei der Verbrennung bilanziell nur so viel CO₂ freigesetzt, wie zuvor gebunden wurde. Emissionen aus Herstellung und Transport sind darin nicht enthalten.

So weit ist die Industrie in der Herstellung von E-Fuels

Weltweit gibt es eine Vielzahl von Projekten zur Herstellung von E-Fuels. Ein bekanntes Beispiel ist die Pilotanlage Haru Oni in Chile, an der unter anderem HIF Global und Porsche beteiligt sind (Quelle: Porsche, 2022) und in der Ende 2022 die Produktion von E-Fuels gestartet wurde. Auch Mabanaft engagiert sich in diesem Feld und hat 2022 mit dem Joint Venture P2X Europe eine eigene Marke für synthesebasierte Kraftstoffe und Chemieprodukte vorgestellt (Quelle: Mabanaft, 2022). Viele Projekte befinden sich noch in der Planungs- oder Aufbauphase, der Hochlauf auf industrielle Mengen steht noch bevor.

Die Branche steht also in den Startlöchern – jetzt kommt es auf den Markthochlauf an!

Quellenangaben:

• BMBF (2022): Wissenswertes zu Grünem Wasserstoff
• Mabanaft (2022): P2X Europe launches SynZero
• Porsche (2022): Porsche commitment to industrial production of eFuels / Investment in HIF Global LLC

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