Klimaneutrale Konzepte für den stationären und mobilen Einsatz

Zwischen Visionen und dem Machbaren

Die weltweiten Klimaziele für die Zukunft sind mittlerweile einigermaßen klar definiert, der Weg sie zu erreichen ist aber weiterhin unklar. Neben den heute verbreiteten regenerativen Energien aus Wind, Sonne und Wasser rücken langsam auch neue Rohstoffe ins Rampenlicht. Viel Aufmerksamkeit bekommt derzeit der grüne Wasserstoff, da die CO₂-Begrenzung im Vordergrund steht.  Aber rund ein Jahrhundert nach ihrer Entwicklung durch Fischer/Tropsch entwickeln sich E-Fuels  zu einer Alternative. Dabei haben gerade diese weitere Vorteile: Sie knüpfen direkt an konventionelle Kraftstoffe an, vermeiden aber die mit der modernen Dieseltechnologie verbundenen Feinstaubbelastung.

Dieser Artikel gibt eine kurze Zusammenfassung der Möglichkeiten, wie wir E-Fuels einsetzen können und wie der Energiemix der Zukunft aussehen könnte. Eines sei vorweggenommen: Es gibt keine einheitliche Produktlösung für alles, sondern der Energiemix ist bereits jetzt auf dem Vormarsch.

Straßenverkehr:

Politisch gewollt und nunmehr in Umsetzung, werden heute immer mehr batteriebasierte E-Autos von Automobilherstellern angeboten und ihren Marktanteil spürbar vergrößern.

Trotzdem wird es noch eine längere Zeit eine sehr große Anzahl von herkömmlich angetriebenen Dieselfahrzeugen und Benzinern geben. Es ist zu erwarten, dass schnell sichtbar wird, dass nicht der Verbrennungsmotor das Übel ist und war, sondern der fossile Brennstoff. Es klingt fast ein wenig zu einfach, dass lediglich der fossile Brennstoff gegen E-Fuels getauscht werden muss und nicht der Antrieb.

Bei LKWs  stehen leistungsfähige Batterien in direkter Konkurrenz zur Nutzlast. Zum Erlangen der CO₂ Neutralität dürfte es neben Hybridlösungen, E-Fuel und ggf. auch der direkte Einsatz von Wasserstoff keine weiteren Alternativen geben.

Luftfahrt:

Hier gibt es nur eine alternativlose Lösung. Kerosin wird durch E-Fuels ersetzt werden.

Schienenverkehr:

Der Bahnverkehr ist beim Einsatz von CO₂ neutralem Antrieb wohl am wenigsten betroffen. Schon heute kommt auf vielen Strecken Strom zum Einsatz und ein großes Logistikunternehmen der Bahnbrache hat vor Jahren bereits ein positives Ergebnis mit GTL publiziert. Es ist damit zu rechnen, dass die Bahn, wo es notwendig ist, auf E-Fuels (PTL) wechseln wird.

Ölheizung:

Den Neueinbau von Ölheizungen ab 2026 generell zu verbieten ist nicht nachvollziehbar und zerstört ohne Notwendigkeit eine Branche. Auch hier ist die Lösung die reine Substitution des Heizöls durch E-Fuels (PTL). Es ist nicht verständlich, warum der Gesetzgeber die aus 2008 stammende Bundesimmessionsschutzverordnung (1. BImSchV) der aktuellen Situation mit CO₂ neutralem Heizöl nicht anpasst. Allein durch die weiterhin bestehenden Anlagen, die mit dem CO₂ neutralen Heizöl in der Zukunft ihren Klimabeitrag leisten, kommt der Bund langfristig um eine Aufnahme von E-Fuels in die BImSchV nicht herum.

Binnen – Schifffahrt:

Die Hafenschifffahrt in Hamburg setzt seit 5 Jahren auf GTL mit großem Erfolg. Es bedarf keiner visionären Betrachtung, um zu erkennen, dass E-Fuels (PTL) diesen Zwischenschritt lautlos ersetzen werden. Die Binnenschifffahrt wird aber wohl erst folgen, wenn sie dazu gezwungen ist. Einige Pilotprojekte mit weiteren alternativen Brennstoffen werden diesen Weg nicht mehr aufhalten können. Die Substitution zum CO₂ neutralem Brennstoff ohne Umrüstung ist und bleibt für die Reedereien ein erschlagendes Argument.

See – Schifffahrt:

Der bisherige Beitrag war eher eine Ist-Beschreibung jenseits der Weggabelung. In der Seeschifffahrt ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Weiche noch nicht gestellt. Auch hier ist jedoch zu erwarten, dass die finale Lösung auf Basis von grünem Wasserstoff liegt. Unklar ist nur, in welcher Form, Kosten, Nutzen, Machbarkeit sowie Gefahrenpotential sind die zu klärenden und leider auch komplizierten Punkte. Derzeit ist ein weiteres Großforschungsprojekt der Bundesregierung in der Vergabe. Hier ist leider weiterhin Geduld notwendig.

Zuvor wurden zusätzlich erste Projekte z.B. des Frauenhofer-Instituts und der Energiewirtschaft vermeldet. Diese beschäftigen sich mit der Aufgabe, den Wasserstoff mit ungesättigten organischen Verbindungen aufzunehmen, um das Gefahrenpotential erheblich zu senken. Dieser Vorgang wird als LOHC – (liquid organic hydrogen carriers) bezeichnet und ist eine denkbare Lösung ab 2030 für Schiffe und auch Inseln wie z.B. Helgoland. Derzeit entsteht bei diesem Vorgang viel Abwärme. Wenn diese Abwärme nicht genutzt werden kann, verringert sich die Gesamteffizienz deutlich. Neuerliche Versuche sind sehr erfolgsversprechend, wenn der wasserstoffreiche Träger auf Aceton übertragen wird, da diese Transfer-Hydrierungsreaktion thermalneutral stattfindet. Das daraus entstehende Produkt namens 2-Propanol kann dann direkt in einer sog. „direkten Isopropanol Brennstoffzelle“ in elektrische Energie umgewandelt werden.

Linien – Seeschifffahrt (short trade):

Es gab bereits erste Ausschreibungen für einen Minibulker unter Nutzung der 1933 erfundenen Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Sicherlich ist diese Möglichkeit sehr visionär, aber dennoch sehr interessant, da die Leistungsfähigkeit der Batterie selbst nach hunderttausenden Ladezyklen nicht abnimmt. Für Schiffe, die nie ihre Lademarke ausnutzen, durchaus eine interessante Lösung.

Ist Holz als „neuer“ CO₂ neutraler Rohstoff geeignet?

Immer wieder wird auch Holz als CO₂ neutraler und nachwachsender Rohstoff ins Gespräch gebracht. Es ist unumstritten, dass ein Baum in seinem Leben sehr viel CO₂ aufnimmt und egal, ob er verbrannt wird oder verrottet, eben jenes CO₂ wieder freigibt.

Diese Aussage funktioniert aber nur, wenn sich der weltweite Baumbestand  nicht reduziert um das gebundene CO₂ in den bestehenden Bäumen auch weiterhin gebunden bleibt. Da der weltweite Baumbestand seit Jahrzenten abnimmt, wird durch die Übernutzung der Ressource Holz permanent mehr CO₂ freigesetzt. Es besteht daher kein weiterer Spielraum für eine größere Nutzung von Holz zur Energiegewinnung.

Aber selbst, wenn der weltweite Baumbestand wieder zunehmen würde, ist Holz als Rohstoff auch aus anderen Gründen für die flächendeckende Energiegewinnung ungeeignet. Der Ruß als Bestandsteil des Feinstaubs ist bei Holz besonders relevant. 80-90 % der Rußpartikel aus Holzöfen oder Kesseln haben eine Größe unter einem Mikrometer und können tief in die Lunge eindringen als auch in den Blutkreislauf. Beim Verbrennungsvorgang entsteht unter Anderem Benzo(a)pyren (BaP), welches ein polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff ist und als krebserregend gilt. Dieselruß und Rußpartikel aus Holzfeuerungsanlagen gehören somit in dieselbe Liga und haben keine Chance die weltweiten Klimaziele zu erreichen.

Fazit:

Derzeit sind weltweit viele Großprojekte in Bau oder zumindest in Planung, die bereits jetzt den Trend zu E-Fuels bestätigen. Es entstehen global neue Windparks und insbesondere auf dem afrikanischen Kontinent haben Bauprojekte begonnen, um Solarstrom zu produzieren. Es ist und bleibt aber dennoch eine große Herausforderung den fossilen Brennstoff zu ersetzen. Denn ohne ausreichend regenerativen Strom gibt es nicht ausreichende CO₂ neutrale Produkte.

Darüber hinaus sind auch Tätigkeiten für die Düngemittelproduktion und die Chemie zu erkennen. 

• Wasserstoff
• E-Fuels (z.B. PTL)
• Naphtalin
• Ammoniak (Düngemittelproduktion)
• 2-Propanol (Brennstoffzelle)