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Power-to-X: Ein Chemnitzer Anlagenbauer macht Benzin grün

| Autor/ Redakteur: Dominik Stephan* / Dominik Stephan

Bringt synthetisches Benzin aus CO2 und grünem Strom die klimaneutrale Mobilität? Power-to-X-Verfahren wollen mit Retorten-Treibstoff aus regenerativen Energien Überschussstrom als Kraftstoff nutzen. Und während die Politik noch diskutiert, geht der Anlagenbauer CAC schon einmal voran.

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Kraftstoff für den Antrieb der Zukunft: Synthetisches Benzin soll zur klimafreundlichen Alternative zu Erdöl und Elektroauto werden. Ein Chemnitzer Anlagenbauer geht schon einmal voran...
Kraftstoff für den Antrieb der Zukunft: Synthetisches Benzin soll zur klimafreundlichen Alternative zu Erdöl und Elektroauto werden. Ein Chemnitzer Anlagenbauer geht schon einmal voran...
(Bild: Copyright: ilker canikligil)

Benzin hält die Welt in Gang: Seit etwa einem Jahrhundert treibt das Kohlenwasserstoffgemisch Autos, Geräte, Boots- und Flugzeugmotoren an. Etwa 20 Millionen Tonnen Ottokraftstoff werden alleine in Deutschland jedes Jahr produziert. Doch zunehmend rückt die CO2-Bilanz des veredelten Erdöls in den Vordergrund. Also Schluss machen mit dem Verbrennungsmotor und voll auf Elektrifizierung setzen? Die Nachteile sind bekannt: Gewicht, die Reichweitenproblematik und natürlich die Batterieherstellung geben auch überzeugten Elektro-Fans zu denken. Ginge es vielleicht einfacher? Etwa indem synthetisches Benzin die bestehende Infrastruktur nutzen und auf Technologien zurückgreifen kann, die seit Jahrzehnten erprobt und weiterentwickelt wurden?

Eine Vorstellung, die die Innovationskraft von Forschern beflügelt. Der Prozess dazu gelang 1925 mit der Fischer-Tropsch-Synthese zur Kohleverflüssigung. Die spielt zumindest in Europa keine große Rolle mehr. Doch die Idee, aus Synthesegas Benzin zu erzeugen, lebt weiter. Angesichts endlicher Ölreserven arbeitete der Anlagenbauer CAC Anfang der 2000er daran, Kraftstoff aus Gas zu gewinnen.

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2010 war es so weit: Die Entwickler aus Chemnitz präsentierten die ersten Liter synthetischen Kraftstoffs. Das STF (Syngas-to-Fuel) getaufte Verfahren setzt unterschiedliche Rohgasströme zu Synthesegas um. Aus diesem wird in einem weiteren Schritt Methanol gewonnen, das katalytisch zu Benzin umgesetzt wird.

Der fertige Kraftstoff ist dem aus Erdöl hergestellten Benzin gleichwertig oder sogar noch besser, ist sich CAC-Geschäftsführer Joachim Engelmann sicher: So sei etwa die Oxidationsstabilität deutlich höher als bei herkömmlichem Benzin. Heute hat der Chemnitzer Anlagenbauer das Verfahren in Australien, China, Indien, Eurasien, Kanada und Deutschland patentiert. Trotzdem ist das synthetische Benzin aufwändig herzustellen – und auch die Umweltbilanz unterscheidet sich wenig von der erdölbasierter Treibstoffe. Wäre es möglich, Benzin ganz ohne fossile Rohstoffe herzustellen? Etwa nur aus Kohlendioxid, Strom und Wasser?

Power-to-X bringt grünes Benzin dank STF

Power-to-X heißt die Formel, die es ermöglichen soll, mit elektrischer Energie die verschiedensten Rohstoffe zu erzeugen. Die Idee, den STF-Prozess zur Gewinnung von Benzin quasi aus Luft und Licht einzuspannen, kam den Verantwortlichen bei CAC früh. Doch der Sprung aus dem Technikum in den industriellen Maßstab machte es erforderlich, Reaktordesign und Prozessführung zu überdenken. So spricht auch Engelmann von einer „Leidenszeit“ von über 10 Jahren, bis das Verfahren marktreif war.

1:1 statt fossilen Treibstoffs einsetzbar, soll der Retortensprit zum grünen Antreiber werden: „Synthetische Kraftstoffe sind die Zukunft der Mobilität“, ist Dr. Mario Kuschel, Bereichsleiter Verfahrenstechnik bei CAC, überzeugt. „Wir gehen davon aus, dass Autos in Zukunft verstärkt mit synthetisch hergestelltem Benzin oder Diesel fahren werden.“ Das ist nicht nur eine Frage der Präferenz: Bis 2030 soll laut Renewable Energy Directive (RED II) der erneuerbare Anteil im Kraftstoff bei 14% liegen (doppelt so viel wie aktuell).

„Der Vorteil ist neben der Emissions-Reduzierung, dass die Automobilhersteller ihre Motoren weiter entwickeln können“, sagt Kuschel. Zwar wird an Alternativen wie Elektroantrieben oder Brennstoffzellen geforscht, doch schaut man genau hin, ist deren Treibhausgaspotenzial unterm Strich oft hoch. „Bei unserem Verfahren lässt sich Benzin fast klimaneutral herstellen, da wir nur CO2, Wasser und Strom nutzen“, so der promovierte Verfahrenstechniker.

Aus Wasser und CO2 mach Kraftstoff

Anders als bei Syngas-to-Fuel setzt der Power-to-X-Prozess der Chemnitzer auf Methanol aus Wasserstoff und Kohlendioxid: In einem vorgeschalteten Prozessschritt wird Wasser elektrolytisch gespalten und zur Hydrierung des CO2 genutzt. Das entstandene Methanol wird isotherm zu Benzin umgesetzt. Dadurch kann die Qualität und Zusammensetzung sehr direkt beeinflusst werden, erklärt Joachim Engelmann. Das CO2, das für die Herstellung der Kohlenwasserstoffe benötigt wird, stammt ganz einfach aus der Luft – oder besser, aus Industrieabgasen.

Wird Kohlendioxid direkt am Schornstein aufgefangen, entstehen dort nahezu keine Abgase – das so genannte Carbon Capture wird zur Win-Win-Situation sowohl für die Industrie als auch für die Kraftstoffherstellung. Bleibt der Energiebedarf: Vor allem die Elektrolyse benötigt große Strommengen. Erst wenn diese aus klimaneutralen Quellen (regenerativ oder Kernenergie) stammen, ist die Umweltbilanz positiv. Für ein Mo-dellprojekt hat CAC zusammen mit Mitsubishi (MHPSE) eine komplette Prozesskette inklusive der Stromgewinnung aus Wasserkraft entwickelt, mit dem Ziel, hochoktanigen Kraftstoff nahezu CO2-neutral zu gewinnen.

Vom Schornstein in den Tank: Ein Abgas macht Karriere

„Kohlendioxid für die Herstellung von synthetischem Benzin zu verwenden, ist ein Alleinstellungsmerkmal unserer Technologie“, sagt Stephan Schmidt, Produktmanager für synthetische Kraftstoffe bei CAC. „Es gibt zwar Wettbewerber, die ebenfalls an synthetischen Kraftstoffen forschen, doch sie gewinnen das CO2 nach wie vor aus Kohle oder Erdgas.“

Die Idee, Abgas für die Kraftstoffherstellung zu verwenden, macht aus einem unerwünschten Nebenprodukt ein begehrtes Gut. Industrieunternehmen bräuchten Kohlendioxid nicht erst in die Umwelt abzugeben, sondern könnten es gleich als Rohstoff in den Kreislauf einleiten. Die Einsparung könnte mit Emissionszertifikaten verrechnet werden. „Allerdings sind die gesetzlichen Grundlagen nicht zu unseren Gunsten geregelt“, sagt Schmidt und hofft, dass die Gesetzgebung synthetisches Benzin als sauberen Kraftstoff klassifiziert.

Haben Sie das auch in Bio? So wird Retorten-Benzin (noch) grüner

Das größte Potenzial sieht CAC-Geschäftsführer Engelmann bei Punktquellen wie Kraftwerken, der Stahlindustrie oder Zementwerken. „Wenn wir aus drei Kilo CO2 einen Liter Benzin erzeugen, ist das Potenzial beträchtlich. Wir haben bereits vor Jahren eine Anlage für 250000 Tonnen konzipiert – für die Großindustrie sind wir bereit“, ist der Anlagenspezialist zuversichtlich. Noch „sauberer“ wird das Produkt, wenn das CO2 nicht aus Industrieabgasen sondern biogenen Ursprungs ist. Mit Strom aus alternativer Energie soll die Vision vom umweltfreundlichen Benzin in greifbare Nähe rücken: „Interessenten für unser Verfahren gibt es viele“, sagt Dr. Kuschel, „jedoch wurde bisher noch keine großtechnische Anlage errichtet.“ Erst kürzlich produzierte die Demonstrationsanlage auf dem Gelände der TU Bergakademie Freiberg 12 Tonnen synthetisches Benzin für Tests der Automobilhersteller.

Die Arbeiten werden vom Bund und dem Freistaat Sachsen gefördert, aber auch die CAC steckt siebenstellige Eigenmittel in das Projekt: „Wir glauben, dass wir etwas Einzigartiges entwickelt haben“, erklärt Engelmann, für den Carbon-to-X-Prozesse eine Herzensangelegenheit sind. „Bei uns arbeiten hochqualifizierte Verfahrenstechniker im Bereich F+E. Wir sehen das Potenzial und sind überzeugt von der Durchschlagskraft der Technologie. Es macht unheimlich viel Spaß mit diesen Spezialisten zusammen zukunftsweisende Technologien auf den Markt zu bringen.“

* Der Beitrag erschien zuerst auf unserem Schwester-Portal process.vogel.de

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