Wie werden E-Fuels hergestellt?

Darum sind E-Fuels heute so relevant

Die Gestaltung einer nachhaltigen Energieversorgung und einer nachhaltigen Mobilität ist wohl eine der größten Aufgaben, vor der wir als Gesellschaft aktuell stehen. Diese Aufgabe stellt eine globale Herausforderung dar und bedarf als solcher vielschichtiger Lösungsansätze. Experten sind sich dabei einig: Für eine klimafreundliche Lösung müssen wir unterschiedliche Technologien nutzen.

E-Fuels haben das Potential, ein zentraler Bestandteil einer sauberen Energieversorgung mit flüssigen Kraft- und Brennstoffen zu sein. Die globale Bestandsflotte mit Verbrennungsmotoren kann unter Einsatz von E-Fuels erheblich zum Klimaschutz beitragen – und das sofort! Für manche Bereiche, wie für die Luft- und Schifffahrt, gibt es sogar keine andere Alternative. 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 wesentliche 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 zählt 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 existent ist.

Was sind E-Fuels?

Der Grundbaustein eines jeden Kraftstoffes ist Kohlenwasserstoff, also eine Verbindung aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Um ein E-Fuel nachhaltig herzustellen, benötigt man grünen Wasserstoff und Kohlenstoff. Diese chemische Verbindung wird einfach synthetisch erzeugt.

Erste Zutat: Grüner Wasserstoff

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. Wird der benötigte Strom nun aus regenerativen Quellen erzeugt, so sprechen wir von grünem Wasserstoff.

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

Zweite Zutat: Kohlenstoff aus Carbon Capturing

Neben grünem Wasserstoff ist für die synthetische Herstellung von Kohlenwasserstoff 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 stammt der benötigte Kohlenstoff aus industriellen Anlagen, denn dort kommt dieser in den Emissionen in höherer Konzentration als in der Atmosphäre vor.

Bei der Verbrennung von E-Fuels wird CO2 freigesetzt. Da der Kohlenstoff des CO2 jedoch zuvor der Atmosphäre entzogen wurde oder aus industriellen Prozessen stammt, führen E-Fuels in der Co2-Gesamtbilanz daher zu keinen zusätzlichen Emissionen. Um das Klima zu schonen, ist es wichtig, dass kein zusätzliches CO2 mehr in die Atmosphäre abgegeben wird. Bereits vorhandenen Kohlenstoff zu verwenden und sich seiner nützlichen chemischen Eigenschaften zu bedienen ist 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 mittlerweile auch 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 dann als wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie dienen. Darüber hinaus entstehen sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe (Ethanol, Aceton, Ethen, Propen) sowie höhere Olefine und Alkohole. Alle Nebenprodukte können ebenfalls weiterverarbeitet werden.

Unter welchen Bedingungen führen E-Fuels zu keinen Co2-Neuemissionen?

E-Fuels emittieren nur dann keine Co2-Neuemissionen, wenn die für ihre Herstellung benötigte Energie rein aus erneuerbaren Quellen stammt. Die reine Nutzung von E-Fuels ist in der Gesamtbilanz verursacht in diesem Fall keine CO2-Neuemissionen, da das im Zuge der Verbrennung ausgestoßene CO2 zuvor in gleicher Menge entweder aus der Atmosphäre oder industriellen Anlagen im Kraftstoff gebunden wurde.

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

Derzeit gibt es weltweit eine Vielzahl von Projekten zur Herstellung von E-Fuels deren Markthochlauf unmittelbar bevorsteht. Große Spieler auf diesem Feld sind beispielsweise Mabanaft, Porsche und HIF, die gemeinsam in Chile derzeit Produktionskapazitäten von bis zu 500 Millionen Liter E-Fuels pro Jahr umsetzen.

Die Branche steht also nicht nur in den Startlöchern, sondern sie ist bereits voll in Fahrt!