Der Weg zu Netto-Null mit flüssigen Brennstoffen

Alter Diesel wird mit OME zum Saubermann

Forscher der Monash University und der Hokkaido University haben eine Methode entwickelt, mit der Kohlendioxid in einen dieselähnlichen Kraftstoff umgewandelt werden kann, der das Potenzial zu einer flüssigen Kraftstoffalternative hat, mit der Autos nachhaltiger betrieben werden können. Wenn CO2 dem Herstellungsprozess der Kraftstoffproduktion zugefügt wird, können Kraftstoffe mit weniger oder umgekehrten Netto-CO2-Emissionen produziert werden. Wenn der für diesen Prozess benötigte Wasserstoff durch solarbetriebene Wasserelektrolyse bereitgestellt wird, wird der gesamte Prozess vollständig erneuerbar. Das Endergebnis sei ein Kraftstoffprodukt ohne Kohlenstoffemissionen, so die Webseite der Universität.

Synthetische Kraftstoffe: Zapfhähne für OME, H2 und Solarstrom – Bild © PPP Schlögl, MPI CEC

Eine kürzlich im Journal of Energy Chemistry veröffentlichte Forschungsarbeit bietet eine Kraftstoffalternative für Dieselkraftstoff, die überall auf der Welt eingesetzt werden kann. Associate Professor Akshat Tanksale vom Fachbereich Chemie- und Bioingenieurwesen der Monash University erklärt, dass OME (Oxymethylenether) zu einer Reihe von Kraftstoffalternativen gehört, die aufgrund ihrer Netto-Null-Kohlenstoffemissionseigenschaften immer mehr Aufmerksamkeit erregen.

“OME ist ein Dieselersatzkraftstoff, für den wir nach unserem Kenntnisstand weltweit die beste Ausbeute verzeichnen, und in Verbindung mit grünem Wasserstoff kann die von uns vorgeschlagene Herstellungsmethode einen flüssigen Kraftstoff mit Null Emissionen liefern”, so Associate Professor Tanksale, Hauptautor dieser Studie.

Oxymethylenether, kurz OME, synthetische Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff (CH3O(CH2O)nCH3), können in einem “normalen” Dieselmotor verbrannt werden und produzieren deutlich weniger Schadstoffe als herkömmlicher Diesel aus Erdöl. Aufgrund ihres hohen Sauerstoffgehalts wird die Schadstoffbildung bereits im Verbrennungsstadium unterbunden. Laut Experten kommen OME in ihren Eigenschaften dem Idealkraftstoff der Zukunft bisher am nächsten. Das Herstellungsverfahren:  CO2, das bei der Stromerzeugung oder bei industriellen Prozessen als Abfallprodukt anfällt, wird in einer Katalyse mit Wasserstoff zu Methanol verarbeitet. Durch weitere Katalyse und durch Zugabe von Additiven wird daraus synthetischer Diesel. Die weiteren Vorzüge des Labordiesels: Sein hoher Flammpunkt von 69°C bietet ein großes Maß an Sicherheit, sein Luftbedarf liegt um 10 Prozent unter dem des Erdöldiesels. Außerdem verbrennt OME auch bei Sauerstoffmangel weitgehend ohne Partikelbildung, also praktisch rußfrei. Experten-Berechnungen zeigten, dass je nach Kostenniveau der Erneuerbaren Energien die CO2-neutralen Kraftstoffe zu wettbewerbsfähigen Preisen hergestellt werden können. Im Idealfall für die Umwelt wird der im Herstellungsprozess benötigte Wasserstoff aus überschüssiger Windkraft- oder Solarenergie hergestellt. (Siehe: solarify.eu/oxymethylenether-kraftstoffe)

Dimethoxymethan (DMM), ein Dieselkraftstoffgemisch und die einfachste Form eines OME, wird derzeit aufgrund seiner einzigartigen Kraftstoffeigenschaften mit großem Interesse erforscht. Kommerziell kann es in einem zweistufigen Verfahren durch Oxidation von Methanol zu Formaldehyd und anschließende Kopplung mit Methanol hergestellt werden. Derzeit werden jedoch sowohl Methanol als auch Formaldehyd aus Erdgas hergestellt.

Bei der von Monash entwickelten Methode werden Kohlendioxid, Wasserstoff und Methanol als Ausgangsmaterial für die Herstellung von DMM in einem einzigen Reaktor verwendet. Das Team entwickelte einen neuartigen Katalysator auf der Basis von Ruthenium-Nanopartikeln, der diese Reaktion ermöglicht. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass diese Reaktion bei wesentlich niedrigeren Temperaturen abläuft als herkömmliche Methoden zur Herstellung von Methanol und Formaldehyd, wodurch sie wesentlich energieeffizienter ist. Die Monash-Ingenieure arbeiten auch an einer Methanolsynthesemethode aus Kohlendioxid und Wasserstoff, um den Kohlenstoffkreislauf ausschließlich mit erneuerbaren Energien zu schließen.

Abhijit Shrotri vom Institut für Katalyse der Hokkaido Universität widerpricht der Netto-Null-Eissionen-Erklärung: “Das Recycling von Abfallkohlendioxid zu OME ist ein vielversprechender Weg zur Herstellung von Kraftstoff mit einem deutlich geringeren Kohlenstoff-Fußabdruck. Wir freuen uns, dass wir mit dem Team in Monash zusammenarbeiten konnten, um die Rolle der Katalysatoren bei dieser hochmodernen Arbeit besser zu verstehen”. Es geht wohl eher um Klima-Neutralität.

“In dieser Studie haben wir eine einzigartige Porenstruktur entwickelt, mit der große Moleküle wie DMM synthetisiert werden können. Die Teilchengröße des Rutheniums ist zusammen mit der Porengröße und dem Säuregehalt des Katalysators äußerst wichtig für das Zustandekommen dieser Reaktion. Durch die präzise Steuerung dieser Parameter konnten wir die höchste Ausbeute an DMM erzielen, die in der Literatur beschrieben ist”, sagte Waqar Ahmad, der vor kurzem seine Promotion zu diesem Projekt abgeschlossen hat.

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