Energie: Wasser + Energie = Treibstoff
Kürzlich überraschte die US-Marine mit der Nachricht, dass sie Flugzeugtreibstoff aus Meerwasser gewinnen wolle. Was für eine bestechende Idee: Meerwasser ist im Überfluss vorhanden – gut 70 Prozent der Erdoberfläche sind damit bedeckt, teilweise kilometerhoch. Die Forscher vom US Naval Research Laboratory(öffnet im neuen Fenster) (NRL) haben sogar schon ein Modellflugzeug mit Kerosin aus dem Meer fliegen lassen(öffnet im neuen Fenster) .
Moment: War da nicht was? Wasser brennt doch nicht? Stimmt! Aber seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff sind brennbar. Das Wasser wird per Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Außerdem ist im Meerwasser Kohlendioxid (CO2) gelöst, das ebenfalls aufgespalten wird.
Altes Verfahren
Wasserstoff und Kohlenstoff können dann gezielt zu beliebigen Kohlenwasserstoffen kombiniert werden – eben zu einem Treibstoff: Benzin, Diesel oder Kerosin. Fischer-Tropsch-Synthese(öffnet im neuen Fenster) heißt das Verfahren, das beileibe nicht neu ist. Es wurde 1925 in Deutschland entwickelt. Im Zweiten Weltkrieg, als kein Öl zur Verfügung stand, wurde auf diese Weise Kraftstoff hergestellt.
Klingt gut, oder? "Die Frage ist, ob das sinnvoll ist" , wendet Manfred Aigner im Gespräch mit Golem.de ein. Er ist Direktor des Instituts für Verbrennungstechnik(öffnet im neuen Fenster) . Die zum Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt(öffnet im neuen Fenster) (DLR) gehörende Forschungseinrichtung beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung alternativer Treibstoffe.
Treibstoff aus Atomstrom
Da sei zunächst die Frage, wo überhaupt die Energie herkomme, um den Wasserstoff zu produzieren. In diesem Fall produziere sie ein Atomreaktor – der Treibstoff solle nämlich auf einem Flugzeugträger erzeugt werden. Nur dort sei die Treibstoffherstellung überhaupt sinnvoll, sagt Aigner: "Würde man die Energie aus dem Diesel des normalen Schiffsantriebs nehmen, dann wäre es unsinnig: Man zerstört einen Kohlenwasserstoff, um daraus Strom zu erzeugen. Der wird dazu genutzt, um Wasserstoff und daraus einen Kohlenwasserstofftreibstoff zu produzieren."
Der Wirkungsgrad dieser Form der Treibstoffherstellung sei überschaubar: Die einzelnen Prozessschritte hätten zwar jeweils einen relativ hohen Wirkungsgrad – bei der Elektrolyse könne er über 90 Prozent betragen, bei der Fischer-Tropsch-Synthese sei er deutlich niedriger, etwa 50 Prozent. Über den ganzen Prozess betrachtet werde der Wirkungsgrad aber immer schlechter, sagt Aigner: Am Ende betrage er mutmaßlich zwischen 10 und 30 Prozent. "Das heißt, es wird nur zwischen einem Zehntel und einem Drittel der ursprünglich eingesetzten Energie in dem Flugzeugtreibstoff gespeichert."
Energievernichtung
Das Ganze sei also eher ein "Energievernichtungsprozess" , resümiert der Forscher. Er glaubt auch nicht, dass der so hergestellte Treibstoff ökonomisch konkurrenzfähig sei. So sei etwa aus Biomasse hergestelltes Kerosin bis heute gut doppelt so teuer wie solches, das aus Erdöl gewonnen werde. Das liege daran, dass die Massenproduktion noch nicht angelaufen und Erdöl immer noch relativ billig sei.
Worin liegt dann der Vorteil, mit Atomstrom teures Flugbenzin aus Meerwasser herzustellen?
Strategischer Vorteil
Die Nachricht, dass Meerwasser als Ressource für Treibstoff tauge, hat ein gewisses Medienecho ausgelöst. Aber es geht der US-Marine vor allem darum, dass ein Flugzeugträger, der irgendwo auf den Weltmeeren fern der heimatlichen Küste kreuzt, vom Nachschub unabhängig ist.
Sprich: Statt darauf zu warten, dass ein Tanker Treibstoff für die Flugzeuge anliefert, wird dieser einfach an Bord aus vorhandenen Rohstoffen produziert. Der Atomreaktor läuft ohnehin. Die Kosten sind zwar hoch und die Effizienz ist gering. "Aber wenn es hilft, Flugzeuge dort in die Luft zu bekommen, wo sie sonst nicht zur Verfügung stünden, dann hat das einen strategischen Vorteil" , bringt Aigner es auf den Punkt.
Drei Bestandteile, einer davon knapp
Dennoch scheint die Idee bestechend: Kraftstoff aus Quellen, die im Überfluss vorhanden sind. Drei Bestandteile sind dafür nötig: Wasserstoff aus Wasser, Kohlenstoff aus Kohlendioxid sowie die Energie, die für die Verarbeitung aufgewandt werden muss. Anders als die ersten beiden Ingredienzien ist letztere knapp – und damit der Schlüssel zu einem praktikablen und sinnvollen Verfahren.
Aigner hält Atomkraft als Energiequelle jedoch nicht für geeignet. "Das Thema ist bei uns durch." Insofern tauge dieses Projekt nicht unbedingt als Beispiel. Es gebe bessere, etwa auf Basis von Bio- oder Solarenergie. Eine Möglichkeit sei etwa, eine Solaranlage in der Wüste am Meer zu errichten, etwa in einem der Staaten am Persischen Golf. Eine Alternative könnte eine riesige Schwimmplattform mit Solaranlage und der nötigen Infrastruktur sein, die in Höhe des Äquators verankert wird. Dort könnten mit den beschriebenen Verfahren aus Meerwasser künstliche Treibstoffe erzeugt werden.
Wirkungsgrad verbessern
Es wird an solchen Projekten gearbeitet, auch das DLR beteiligt sich daran. Allerdings ist das noch Zukunftsmusik. So sei der Wirkungsgrad bei der Erzeugung chemischer Energieträger aus Sonnenenergie aktuell noch zu gering: Über die ganze Prozesskette liege er bei gerade einmal 2 Prozent. Angestrebt seien 10 Prozent. Um die nötigen Anlagen zu entwickeln und zu bauen, seien große Investitionen erforderlich. Solange Öl immer noch billig ist, werde sich kaum jemand dazu bereiterklären.
Dennoch sagt Aigner: "Das ist durchaus eine Vision, die funktionieren kann." Kohlenwasserstoffe seien gute Energiespeicher, da sie eine hohe Energiedichte hätten. Sie ließen sich gut mit Tankern transportieren und seien vielseitig einsetzbar, auch in heutigen Maschinen. Künstlich hergestellte Kohlenwasserstoffe seien den erdölbasierten überlegen, sagt Aigner: Sie speicherten mehr Energie, hätten bessere Zündeigenschaften und produzierten weniger Schadstoffe – und würden eben mit Energie aus regenerativen Quellen gewonnen.
Außer an der Herstellung alternativer Brennstoffe forschen(öffnet im neuen Fenster) die Wissenschaftler des Stuttgarter DLR-Instituts beispielsweise an der Optimierung der Verbrennung, um die Entstehung von Ruß in Motoren zu verhindern, oder beschäftigen sich mit Mikrogasturbinen für den privaten Gebrauch.
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