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Power-to-X: Sprit aus Ökostrom, Luft und Wasser

Die Energiewende ist ohne synthetische Treibstoffe nicht zu schaffen. In Karlsruhe ist eine Anlage in Betrieb gegangen, die das mithilfe von teilweise völlig neuen Techniken schafft.

Ein Bericht von Wolfgang Kempkens veröffentlicht am
Erste integrierte Power-to-Liquid-Versuchsanlage in Karlsruhe: relativ magere Ausbeute
Erste integrierte Power-to-Liquid-Versuchsanlage in Karlsruhe: relativ magere Ausbeute (Bild: Patrick Langer/KIT)

Ohne synthetische Treibstoffe, die emissionsfrei hergestellt werden, kann die Energiewende im Verkehr nicht gelingen. Das ist das Ergebnis einer Studie des Instituts der Deutschen Wirtschaft (IDW) und des Londoner Beraterunternehmens Frontier Economics. "Synthetische Kraft- und Brennstoffe werden für eine CO2-neutrale Energieversorgung unverzichtbar sein", heißt es darin (PDF). Auf dem Gelände des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist kürzlich eine Anlage in Betrieb gegangen, die derartige Treibstoffe herstellt. Sie ist Teil des Kopernikus-Projekts P2X (Power-to-X, wobei das X für flüssige Treibstoffe, Methangas oder Wärme steht) und produziert Benzin.

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Benötigt werden dazu Kohlendioxid (CO2), Wasser und Ökostrom, also Energie aus Sonne, Wind und Wasser. "Wind und Sonne versorgen uns weltweit mit einer ausreichenden Menge an Energie, aber nicht immer zur richtigen Zeit", sagte Roland Dittmeyer vom KIT Golem.de. "Zudem brauchen einige wichtige Verkehrssegmente wie Flug- oder Schwerlastverkehr auch langfristig Kraftstoffe, da diese eine hohe Energiedichte aufweisen." Daher liege es nahe, den bisher ungenutzten Ökostrom in chemischen Energieträgern zu speichern.

Das CO2 wird direkt aus der Luft gewonnen. Das gelingt mit einer Art Schwamm, durch den Luft gepumpt wird. Sauerstoff, Stickstoff, Helium und andere Bestandteile passieren ihn ohne Probleme. Lediglich CO2 bleibt hängen. Das Verfahren hat Climeworks zur Serienreife gebracht, eine Ausgründung aus der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ). Wenn der Schwamm gesättigt ist, wird er auf 90 bis 100 Grad Celsius erwärmt - die dazu nötige Wärmeenergie stammt ebenfalls aus Ökostrom. Das bei diesem Prozess frei werdende CO2 wird eingefangen. Climeworks hat die erste Großanlage vor rund zwei Jahren in Island installiert, um Kohlendioxid zu gewinnen und anschließend zu mineralisieren. In dieser Form wird es dort endgelagert.

In einer sogenannten Co-Elektrolyseanlage wird dieser Rohstoff weiterbehandelt, gemeinsam mit Wasserdampf. Beide werden synchron gespalten. Es entsteht ein Gemisch aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2), Synthesegas genannt. Die Kombianlage hat das Dresdner Unternehmen Sunfire entwickelt. Bisher werden CO und H2 in getrennten Anlagen hergestellt. Dabei geht sehr viel Wärmeenergie verloren. Bei der Sunfire-Lösung wird Wärme intern recycelt, sie geht nicht verloren. Dadurch steigt der Wirkungsgrad auf bis zu 80 Prozent. Das heißt, 80 Prozent der elektrischen Energie, die in den Prozess eingebracht wird, finden sich im Synthesegas wieder, jedenfalls bei kommenden größeren Anlagen.

Per Fischer-Tropsch-Verfahren entsteht aus dem Synthesegas ein flüssiger Energieträger. Es wurde bereits 1925 am Kaiser-Wilhelm-Institut (heute Max-Planck-Institut) in Mülheim an der Ruhr entwickelt, um aus Kohle Synthesegas und daraus wiederum mit Hilfe von Katalysatoren flüssige Treibstoffe zu gewinnen. Die heute in Karlsruhe eingesetzte Anlage nutzt nur noch das Prinzip. Das Jungunternehmen Ineratec, eine Ausgründung aus dem KIT, hat es mit dem Ziel optimiert, den Energieverbrauch drastisch zu reduzieren und damit den Wirkungsgrad deutlich zu verbessen. Weil der Reaktor mikrostrukturiert und damit äußerst kompakt ist, sind die Wärmeverluste gering. Außerdem verträgt es problemlos so genannte Lastwechsel, also das An- und Abfahren in relativ kurzen Abständen. Das ist nötig, weil Ökostrom weitgehend davon abhängig ist, ob die Sonne scheint beziehungsweise Wind weht.

Der so hergestellte Treibstoff muss noch veredelt werden. Das geschieht durch Hydrocracken, ein Verfahren, das in Erdölraffinerien angewandt wird, um aus dem Rohöldestillat die Treibstoffe Benzin, Diesel und Kerosin herzustellen. Das gelingt mit Hilfe von Wasserstoff und Katalysatoren. Eine solche Anlage kombinierten KIT-Ingenieure mit den übrigen Komponenten der Produktionsanlage. Diese befindet sich in einem Normcontainer.

Bislang nur zehn Liter Benzin pro Tag

Die Ausbeute ist relativ mager. Pro Tag lassen sich bis zu zehn Liter Benzin herstellen. Doch dabei soll es nicht bleiben. Eine Anlage, die 200 Liter pro Tag produziert, ist schon in Planung, die nächstgrößere, die das Zehnfache herstellen soll, bereits angedacht. Das norwegische Unternehmen Nordic Blue Crude plant eine kommerzielle Anlage, die täglich gut 25.000 Liter Rohöldestillat herstellen soll. Auch hier wird eine Co-Elektrolyseanlage von Sunfire eingesetzt.

Synthetische Treibstoffe haben einen entscheidenden Vorteil: Sie können in den heute fahrenden Autos, Bahnen und Flugzeugen eingesetzt werden. Diese emittieren dann zwar die gleichen Schadstoffe, die fossile Treibstoffe verursachen, wegen der Reinheit des Sprits aber weit weniger Ruß und Stickoxide und lediglich so viel CO2, wie die Climeworks-Maschine zuvor der Luft entzogen hat.

Experten gehen davon aus, dass der Klimawandel auf diese Art weitaus kostengünstiger aufzuhalten ist als etwa mit Elektroautos. Denn diese emittieren indirekt CO2, weil sie Strom aus der Steckdose tanken, der teilweise aus fossilen Rohstoffen wie Kohle, Gas und Öl produziert wird. Außerdem sind die Emissionen von CO2 und anderen Schadstoffen bei der energieintensiven Herstellung von Batterien sehr hoch, vor allem, wenn sie aus dem Kohleland China kommen.

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rcp48 14. Nov 2019 / Themenstart

Und jetzt darf es nur nicht mehr von "gewissen Personen" ermordet werden.. oder...

E-Mover 08. Nov 2019 / Themenstart

Jo, zu diesem Zeitpunkt war die Messe für Nokia ja auch schon längst gelesen. Der...

Dwalinn 07. Nov 2019 / Themenstart

Sofern der Ökostrom nicht entsprechende Speichermöglichkeiten hat ist das aber schwer zu...

heinrichwagenbr... 07. Nov 2019 / Themenstart

Lösungen und wir brauchen immer wieder neue,denn zum Beispiel ist SF6 Gas was für...

Ach 07. Nov 2019 / Themenstart

Liebe Leute, obwohls mir in den Fingern juckt, hat mich das RL leider wieder fest in...

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