Alternative Kraftstoffe, synthetische Treibstoffe, Designer Fuels, E-Fuels

Die Begriffe werden oft synonym gebraucht. Dabei gibt es Unterschiede. “Um in Zukunft Mobilität zu gewährleisten und diese nachhaltig zu verbessern, müssen künftige Antriebskonzepte eine größere Vielfalt an nutzbaren Energieträgern aufweisen. Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs stellt dabei einen Lösungsansatz dar. Zusätzlich müssen Alternativen zu den fossilen Kraftstoffen gefördert werden, um eine langfristige Verknappung endlicher Ressourcen zu vermeiden. Heutige Alternativen sind beispielsweise die Nutzung von Biogas, Biodiesel oder Wasserstoff” (Fraunhofer-Institut für Bauphysik).

Zur Bereitstellung alternativer Kraftstoffe aus ökologischer Sicht, seien umfangreiche Kenntnisse über die Prozesskette der Kraftstoffherstellung und der benötigten Energieträger erforderlich. Die Bewertung des ökologischen Mehrwerts erfordere zudem die fallspezifische Analyse unter Berücksichtigung des Anwendungsgebiets, der Rahmenbedingungen und des Zusammenspiels im betrachteten Gesamtsystem. Die Lebenszyklusanalyse stelle dabei sicher, dass die Umweltwirkungen über den gesamten Lebensweg erfasst werden und so ökologisch ungünstige Lösungen vermieden werden.

Die EU definierte 2014 alternative Kraftstoffe offiziell so: “Auf der Grundlage der Konsultation interessierter Kreise und nationaler Experten sowie von Fachinformationen, die in der Mitteilung der Kommission vom 24. Januar 2013„Saubere Energie für den Verkehr: Eine europäische Strategie für alternative Kraftstoffe“ ihren Niederschlag gefunden haben, wurden Elektrizität, Wasserstoff, Biokraftstoffe, Erdgas und Flüssiggas (LPG) als die zum jetzigen Zeitpunkt wichtigsten Alternativkraftstoffe ermittelt, die, auch angesichts der möglichen gleichzeitigen und kombinierten Nutzung beispielsweise durch Zwei-Kraftstoff-Technologie, für die langfristige Ersetzung von Erdöl geeignet sind.
Energiequellen sind alle alternativen Energieträger im Verkehrssektor, wie Elektrizität und Wasserstoff, die nicht durch Verbrennung oder verbrennungslose Oxidation umgewandelt werden müssen.
Synthetische Kraftstoffe, die Diesel, Ottokraftstoff und Kerosin ersetzen, können aus verschiedenen Rohstoffen hergestellt werden und entstehen durch Umwandlung von Biomasse, Erdgas, Kohle oder Kunststoffabfällen in flüssige Kraftstoffe sowie in Methan und Dimethylether (DME). Synthetische paraffinhaltige Dieselkraftstoffe, wie hydrierte pflanzliche Öle und Fischer-Tropsch-Diesel, sind auf verschiedene Weise einsetzbar und können fossilen Dieselkraftstoffen mit einem sehr hohen Beimischungsanteil zugesetzt oder in allen vorhandenen oder künftigen Dieselfahrzeugen in unvermischter Form verwendet werden. Daher können diese Kraftstoffe im Rahmen der bestehenden Infrastrukturen vertrieben, gelagert und verwendet werden. Synthetische Kraftstoffe wie Methanol und andere Alkohole, die Ottokraftstoff ersetzen, können mit Ottokraftstoff vermischt und bei derzeitiger Fahrzeugtechnik mit geringfügigen technischen Anpassungen verwendet werden. Methanol kann auch in der Binnenschifffahrt und im Kurzstreckenseeverkehr eingesetzt werden. Synthetische und paraffinhaltige Kraftstoffe können die Verwendung von Erdöl als Energieträger für den Verkehrssektor verringern.
LPG bzw. Autogas ist ein alternativer Kraftstoff, der als Kuppelprodukt bei der Erdgasverarbeitung und Ölraffination anfällt; Flüssiggas weist im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen eine bessere CO2-Bilanz auf und verursacht erheblich geringere Schadstoffemissionen. Bei Bio-LPG, das aus verschiedenen Biomasse-Quellen gewonnen wird, dürften sich mittel- bis langfristig tragfähige technologische Lösungen ergeben. LPG kann im Straßenverkehr für Fahrten über beliebige Entfernungen in Personen- und Lastkraftwagen verwendet werden. Es kann auch in der Binnenschifffahrt und im Kurzstreckenseeverkehr eingesetzt werden. Die Infrastruktur für LPG ist mit einer großen Anzahl von Tankstellen in der Union (etwa 29 000) verhältnismäßig gut entwickelt. Allerdings sind diese Tankstellen ungleichmäßig verteilt und die Tankstellendichte ist in einigen Ländern sehr gering.
Ungeachtet der Definition für alternative Kraftstoffe in dieser Richtlinie ist zu beachten, dass es weitere saubere Kraftstoffe gibt, die mögliche Alternativen zu fossilen Brennstoffen darstellen. Bei der Auswahl neuer alternativer Kraftstoffe sollten vielversprechende Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung berücksichtigt werden. Standards und Rechtsvorschriften sollten technologieneutral formuliert werden, um die weitere Entwicklung zu alternativen Kraftstoffen und Energieträgern nicht zu behindern.

Das BMU am 03.03.2020: “Klassischerweise werden Kraftstoffe hauptsächlich aus Erdöl hergestellt. Alternative Kraftstoffe sind entweder ‘biogen’ oder ‘synthetisch’. Biogene Kraftstoffe werden aus Pflanzen, Pflanzenresten und -abfällen oder Gülle gewonnen. Deshalb heißen sie auch Biokraftstoffe1. Synthetische Kraftstoffe werden chemisch hergestellt2.
1Biokraftstoffe können aus unterschiedlichen Rohstoffen gewonnen werden: aus nachwachsenden Rohstoffen (Anbaubiomasse) wie Gerste, Mais, Raps, Zuckerrohr, Palm- und Sojaöl, aber auch aus Rest- und Abfallstoffen wie Stroh, Gülle oder Altspeiseölen. Diese Rohstoffe werden häufig zu Bioethanol bzw. Biodiesel verarbeitet. Ölpflanzen und Altspeiseöle können ebenso zu hydrierten Pflanzenölen weiterverarbeitet werden und in dieser Form zur Kraftstoffherstellung genutzt werden. Das trifft zum Beispiel auf Palmöl zu, das dabei den größten Anteil einnimmt. Ein weiterer Biokraftstoff ist Biogas, das in Erdgasfahrzeugen fossiles Erdgas ersetzt.
2Synthetische Kraftstoffe können aus unterschiedlichen Quellen stammen. Sie werden aus mehreren Ausgangsstoffen chemisch hergestellt bzw. synthetisiert – daher der Begriff synthetisch. Für ihre Herstellung wird derzeit viel Energie benötigt. Aus Kohle, Erdgas Biomasse oder Industrieabgasen kann ein flüssiger Kraftstoff erzeugt werden. Eine weitere Art synthetischer Kraftstoffe wird mit erneuerbarem Strom aus Wasser und CO2 erzeugt. Dazu zählen Wasserstoff, synthetisches Methan (ähnlich Erdgas) und oder auch flüssige Kraftstoffprodukte.”

Robert Schlögl, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (CEC) in Mülheim an der Ruhr, will darüber hinaus “Verfahren finden, bei denen keine Abgase entstehen. Dazu nimmt man Wind-Strom, um mittels Elektrolyse Wasserstoff herzustellen. Den Wasserstoff reagiert man mit CO2 z.B. aus der Stahlerzeugung, aus Zementwerken, oder auch aus noch notwendigen fossilen Kraftwerken und erzeugt auf diese Weise Moleküle, die man als Kraftstoff verwenden kann: Inzwischen gibt es schon synthetische Kraftstoffe und Kraftstoffkomponenten. Die meistversprechenden darunter sind Oxymethylenether. Diese Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff sind effizient und nahezu emissionsfrei. Ihr hoher Sauerstoffgehalt unterbindet die Schadstoffbildung bereits während der Verbrennung.”

Seit den 70er Jahren wüssten wir zwar schon, dass man emissionsarme Kraftstoffe herstellen kann, aber das sei Literaturwissen, das bisher nicht sehr viele Anhänger gefunden hat. Erst jetzt sei man auf die Idee gekommen, dieses alte Wissen wieder herauszuholen und zu sagen, wir könnten doch auch CCU machen, also Carbon Capture and Use, und bei der Gelegenheit auch emissionsfreies Fahren realisieren. Das sei eine relativ neue Idee (siehe solarify.eu/carbon2chem-von-ccs-zu-ccu und solarify.eu/die-mobilisierte-energiewende).

“Schwerlastwagen, Schiffe und Flugzeuge, aber auch Baumaschinen brauchen in jedem Fall weiterhin Verbrennungsmotoren. Hier wird es aber darauf ankommen, was man oben hinein tut und was hinten herauskommt. Neue Treibstoffe und Verfahren zur Abgasreinigung bieten genügend Möglichkeiten, um allen Anforderungen für Klimaschutz und saubere Luft weitestgehend gerecht zu werden. Also: Den Verbrennungsmotor nicht verbieten, sondern ihn klimatauglich machen! Keine Feindschaften zwischen Elektro- und Verbrennungsmotoren aufbauen, sondern ihre Stärken vernetzen – dies hilft der Einführung eines nachhaltigen Energiesystems mehr als international nicht umsetzbare Forderungen nach Abschaffung bewährter Technologien.”

Für Schlögl ist der Antrieb der Zukunft eine Kombination: “Der sogenannte Plug-in-Hybrid. Man fährt elektrisch, mit einer kleinen Batterie, Reichweite bis zu 50 km – wenn das nicht ausreicht, springt ein sogenannter Fuel-Prozessor an, ein einem Motor nachgebautes Gerät, das mit den künstlichen Treibstoffen die Batterie nachlädt. Zu Hause wird dann der Akku mit regenerativem Strom wieder voll aufgeladen.”

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