Darum sind E-Fuels heute so relevant
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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Ich bin begeistert. Ich finde es schade, daß man so wenig in der Presse über e-fuel erfährt.
Es wird immer nur Angst geschürt, statt Hoffnung mit solch tollen Forschungsergebnissen zu
verbreiten.
Ich würde es so gerne sofort tanken – auch wenn es teurer wäre!
weiter so
Uwe Schellin
Wenn das alles so stimmt, warum beschließt man dann ein Verbrenner aus? Das ist doch dann nicht nötig, würde viele Arbeitsplätze erhalten und Ressourcen durch weniger Batterien schonen.
Ich dachte immer, die Lobby der Autoindustrie sei sehr stark – diesmal hat sie wohl etwas verschlafen.
Die Antwort ist, weil die Herstellung von E-Fuels viel zu ineffizient ist. Man muss große Verluste in Kauf nehmen. Wenn man den benötigten Sprit klimaneutral herstellen will, braucht man extrem viele Windräder oder Photovoltaik. Wir kämpfen ja schon jetzt damit, dass wir genug Fläche dafür bereitstellen können. Ein vollelektrisches Auto ist da einfach effizienter, weil der Strom direkt aus dem Stromnetz in den Akku fließt und man dadurch kaum Verluste hat.
Die Herstellung der Akkus, als auch der E-Fahrzeuge an sich ist Raubbau an der Natur, Menschen/Kindern in 3.-Welt-Ländern. Wie mit defekten Akkus umgegangen werden soll, ist vollkommen unklar.
Nach dem Herstellungsprozess eines solchen E-Fahrzeugs müsste es hunderttausende Kilometer fahren, um irgendwann seine negative Öko-Bilanz wieder auf Null zu bringen!
Solange fahren die Dinger aber nicht!
Jeder neu produzierte Diesel ist innerhalb weniger zehntausend Kilometer, jedem E-Fahrzeug in der Öko-Bilanz überlegen!
Wer für E-Mobilität spricht, hat sich schlicht und einfach mit dem ganzen Thema nicht beschäftigt, und plappert lediglich die vorherrschende Propaganda nach.
Es ist einfach nur schwachsinnig eine weltweit existierende und etablierte Verbrenner-Infrastruktur in die Tonne schmeißen zu wollen, und gegen eine komplett andere, nicht etablierte ersetzen zu wollen, und das dann auch noch nachhaltig nennen zu wollen.
Da trägt halt jahrelange grün-rote Verbots-Propaganda Früchte.
Und hier kommen jetzt die vielen Ölheizungsbetreiber ins Gespräch…wieviele Ölheizungen könnten bleiben wenn die Industrie hier schneller wäre…..
Ich würde gerne meinen e fuel selbst produzierten. Ineffizient sind 7,5ct Einspeisevergütung. Ein E fuel kann gar nicht ineffizienter sein.
Absolut der richtige Weg mit den E-Fuels und unerlässlich für unsere zukünftige Mobilität!
Angenommen, ab 2035 sind NUR noch vollelektrische Antriebe auf den Straßen unterwegs, würde der dafür benötigte Strombedarf, dessen Bereitstellungsmöglichkeiten bis dahin komplett überlasten! Geschweige denn die von grünem Strom! Absolut unmöglich und vollkommen zu kurz gedacht.
Jeder „gute Mensch“, der meint mit dem Kauf und der Nutzung eines E-Autos der Umwelt einen riesen Gefallen getan zu haben, liegt völlig falsch.
Der benötigte Strom zur Aufladung der Batterien kommt aus den jeweiligen Ladestationen, dessen Anzahl und Verfügbarkeit sowieso nicht mit dem Wunschdenken der verantwortlichen Politiker Schritt halten kann.
Aber der Strom dafür, muss ja auch erzeugt werden! Wir verbrauchen momentan gesamtwirtschaftlich, für Privathaushalte und Kommunen ohnehin schon so viel Stromenergie, dass Stand jetzt mindestens davon über 60% davon aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden muss, um den gesamten Bedarf überhaupt zu decken!
Wie soll dann bitte in Zukunft der Gesamtverkehr elekrifiziert werden? Die Rechenaufgabe geht definitiv nicht auf! Auch nicht bis 2035!
Da werden auch noch andere wichtige Gegenargumente unter den Tisch gekehrt:
Enorme Ausbeutung von giftigen Rohstoffen für die Bestandteile zur Batterieherstellung, wo an diesen Orten dafür umwelttechnisch große Sünden begangen werden müssen. Die Batterien sind sehr teuer, sehr schwer und müssen nach einer gewissen Lebensdauer erneuert werden. Da fällt dann auch noch zusätztlich eine schier unglaubliche Masse an hochgiftigen Abfall an. Wohin denn damit, ohne die Umwelt noch mehr zu belasten?
Fazit: Ein Verbrenner-Aus ist der FALSCHE WEG! E-Fuels- und und ein Batterie-Mix, da wo es Sinn macht, das ist die Zukunft!
Leider wieder eine typisch deutsche Diskussion beim Vizeweltmeister vom Strompreis. Es gibt genügend Nationen wo der Strom 10 Cent und weniger kostet siehe dazu Statista. Der Preis des eFuels wird vom Strompreis bestimmt und deshalb hat Deutschland nicht die geringste Chance hier eine wichtige Rolle in der Produktion einzunehmen. Deutschland wird zum Kohlestrom Autoland, weil die installierten 250 GW Windmühlenstrom durch immer mehr Kohlekraftwerke gestützt werden müssen. Es ist eher so, dass Deutschland die Produktion von eFuels behindern wird, wo immer es geht. Schließlich hat man zugunsten der Windmühlen-Religion schon die AKWs abgeschaft.
E-Fuel und andere Arten der Energiegewinnung, wie zum Beispiel aus Biomasse, setzt Methan frei und wird schon in vielen Bereichen klimaneutral eingesetzt. Solarkollektoren können direkt, ohne die Tierwelt durch Glanz und Spiegelung zu stören, viel Preisgünstiger eingesetzt werden, um den CO2 Gehalt in der Luft zu reduzieren. Das hat auch den Vorteil, das die natürlichen Gasquellen ebenfalls mit einbezogen sind, neben der Biomassengewinnung. Deshalb hingt der Vergleich mit den Elektroautos. Hier ist immer der energetische Fußabdruck gefragt. Wärmetauscher (Kaltluft wird zugeführt und Warmluft zur Erwärmung genutzt Fachbegriff: Wärmerückgewinnung) mit intelligenter Steuerung in der Klimaanlage von Gebäuden, ist viel besser als jede Wärmepumpe, da hier die Luft, welche in den Raum kommt und herausgeblasen wird, entsprechend die Schadstoffe heraus gefiltert werden. Eine Wärmepumpe leistet das nicht und bildet bei einem Brand mit R290/Propan eine Explosionsgefahr. Sehr gefährlich für die Feuerwehr, da keine gefahrlose Entfernung möglich!!!
Man setzt also Strom aus erneuerbarem Energien ein, um Verbrennungsmotorem zu bewahren, die man gar nicht mehr bräuchte, wenn E-Autos direkt mit dem erneuerbaren Strom betrieben würden… und alles für Porsche 😉
unsere Techn.Universitäten erarbeiteten hierzu seit Jahren eine sehr gutes Verständnis für die FTS und es wäre ein Übel, wenn das nicht in der großtechnischen Anwendung genutzt werden würde. Wär ich noch im Beruf, würde ich mich bei der Weiterentwicklung von eFuel Anlagen mit großem Engagement einbringen.
es wäre gut wenn man solche Anlagen in kleineren Formaten kaufen könnte zb ( 50 bis 100 kW )
Unsere Firma hat inzwischen große Überschüsse an Solarstrom, den sie wegwerfen muss – Einspeisen ist viel zu kompliziert geregelt –
Netzanschluss ist zu klein,
Wasserstoff ist zu teuer zu speichern, Efuels als Speicher wären ideal. Könnte man vorhandene Anlagen Motoren – Tanks weiterverwenden.