Klimaschutz und Luftqualität werden vermischt
In dieser Diskussion werden zwei Ziele miteinander vermischt. Einmal möchte man den Beitrag des Verkehrs zum Klimaschutz vergrößern und konform dem Systemkonzept einer nachhaltigen Energieversorgung die erneuerbaren Energien auch in den Verkehrssektor einführen. Hier wird argumentiert, dass durch batterie-elektrische Fahrzeuge oder durch die Nutzung von Wasserstoff als Kraftstoff in Brennstoffzellen der Anteil des Straßenverkehrs an der CO2-Emission eliminiert werden könnte. Daneben diskutiert man den lokalen Umweltschutz in Ballungszentren und sorgt sich um den Beitrag des Verkehrs zur Reduktion der Luftqualität. Hier geht es dann um regulierte Emissionen wie Feinstaub und NOx als Teil von Reaktionsketten, die zu Sekundärteilchen und Kondensationskernen führen, die sich als ‚SMOG‘ derzeit sehr drastisch in Megastädten in China bemerkbar7 machen.
Verbrennungsmotoren grundsätzlich in Frage gestellt
Das Resultat dieser Diskussionen ist eine grundsätzliche Infragestellung der Nutzung von Verbrennungsmotoren in der Zukunft, unabhängig von der Technologie, den Entwicklungspotenzialen und dem Ziel der Umstellung der Antriebstechnologie. Unterstellt man lokale Gegebenheiten wie weitgehende Stromversorgung mit grünem Strom, ein geeignetes Netz an Ladestationen8 oder Wasserstofftankstellen9 und eine erhebliche Weiterentwicklung der Technologien von Batterien10 und Brennstoffzellen11, so sind solche Szenarien für Personenkraftwagen möglich. Allerdings wird es die notwendige Kombination aller genannten Voraussetzungen nicht schnell und auf etwa 30 Jahre gesehen wohl nur in wenigen Regionen der Welt geben können.
Hält man sich vor Augen, dass die Aggregattechnik eines Verbrennungsmotors12 in vielfältiger Weise entwickelt wurde, der verwendete Kraftstoff sich zwar in seiner Zusammensetzung, nicht aber in seinen Spezifikationen verändert hat, so erkennt man das Potenzial aus einer gegenseitigen Optimierung von Verbrennungsaggregat und Kraftstoff. Diese Überlegung wurde bereits früher angestellt13, fand aber nur wenig Resonanz im Gegensatz zu vielfältigen Konzepten um mit Mischungen von Kraftstoffen die Nachhaltigkeit von Verbrennungskraftmaschinen zu verbessern14 ohne in die technischen Details tief eingreifen zu müssen. Ein neuer „Designer“-Kraftstoff im nachhaltigen Energiesystem sollte möglichst geringe regulierte Emissionen und am Besten keinerlei Partikelemissionen mehr aufweisen. Damit würden Abgasbehandlungen wesentlich vereinfacht. Um dies zu erreichen, sollte der Mechanismus der Verbrennung15 eines neuen Kraftstoffes so gestaltet sein, dass möglichst wenig Kohlestoffradikale und deren Kondensationsprodukte16 auftreten. Schließlich sollte der Kraftstoff nachhaltig produziert werden können.
Betrachtet man die Erkenntnisse zur Verbrennung kleiner Moleküle, die Sauerstoff enthalten unter motor-relevanten Bedingungen17, so wird klar, dass C1 Bausteine die über Sauerstoff verkettet sind, eine gute Wahl sein sollten, da diese keine Reaktionswege zu Molekülen enthalten, die zu Partikeln führen können. Zudem sind derartige Moleküle gut18 durch Hydrierung von CO2 mit grünem Wasserstoff und Methanol als Zwischenprodukt19 zugänglich. Eine Familie von Molekülen mit hervorragenden Kraftstoffeigenschaften sind die Oxymethylenether (OME) CH3-O-(CH2O)n-CH3 n = 1-7. Sie verbrennen in Dieselmotoren ohne Partikelbildung und mit sehr geringen NOx-Emissionen20. Auch als Gemisch mit Dieselkraftstoff können sie emissionsmindernd21 eingesetzt werden. Ihre Synthese gelingt gut22 wenn wasserarme Quellen von Methanol und Formaldehyd als Edukte verfügbar sind. Ihr wesentlicher Nachteil ist die geringe Energiedichte, weshalb es für Anwendungen mit zwingendem Bedarf an hoher Energiedichte weiterer chemischer Strukturen als Kraftstoff bedarf, die aus Biomasse zugänglich19, 23 sind.