Bioliq-Pilotanlage am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
KIT
Die Suche nach alternativen Energiequellen für die individuelle Mobilität von morgen und der Umgang mit dem durch Sonnen- und Windkraftwerke schwankenden Stromangebot stehen auf den Entwicklungsroadmaps ganz oben. Viele der Ideen scheitern derzeit noch an der großtechnischen Umsetzung.
Auch wenn der verbrennungsmotorische Vortrieb die Szene dominiert, sind sich die Entwickler in der Automobil- und Zulieferindustrie einig, dass langfristig das endliche Vorkommen fossiler Energien die Richtung der Forschungs- und Entwicklungsarbeit bestimmt. Dazu zählt auch die weitere Auseinandersetzung mit alternativen Kraftstoffen. Zahlreiche Pilotprojekte zeugen von der technischen Machbarkeit vieler Ideen dazu.
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Bereits in Betrieb ist zum Beispiel seit Ende 2014 die Bioliq-Pilotanlage am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Nach diversen Zwischenschritten wurden dort die vier Stufen des Verfahrens Schnellpyrolyse, Hochdruck-Flugstromvergasung, Heißgasreinigung und Synthese miteinander verbunden und produzieren - zunächst noch in kleinem Maßstab - Benzin aus Stroh. Der Output der Pilotanlage soll rund 1 t Kraftstoff pro Tag betragen. In meinem Report "Synthetische Kraftstoffe im Wartestand" in der MTZ 6/2015 beschreibe ich ausführlich, wie mit Bioliq und anderen Ansätzen versucht wird, die Feinheiten der Kohlechemie, die vor dem Siegeszug der Petrochemie zum Grundwissen jedes Chemikers zählten, neu zu erarbeiten.
Biomasse-basierte Kraftstoffe können den Energiebedarf aber nicht decken. Dazu reicht die Anbaufläche nicht aus. Langfristig wird es deshalb darauf hinauslaufen, dass CO2-basierte Kraftstoffe verwendet werden, also Vertreter der Gruppen Power-to-Gas und Power-to-Liquid.
Strom zu Gas umwandeln
Der Begriff Power-to-Gas bezeichnet das Konzept, Strom in einen gasförmigen Energieträger zu überführen, der sich in großen Mengen und über einen langen Zeitraum speichern lässt. Dieser Energieträger kann entweder Wasserstoff sein, der mittels Elektrolyse aus Wasser und Strom gewonnen wurde, oder Methan, das durch die Methanisierung von Wasserstoff und Kohlendioxid entsteht. Im zweiten Fall spricht man dann von synthetischem Erdgas oder SNG (englische Abkürzung für Synthetic Natural Gas beziehungsweise Substitute Natural Gas). Aufgrund der größeren Speicherkapazität des Erdgasnetzes im Vergleich zum Stromnetz ist zur Speicherung großer Gasmengen die Einspeisung des produzierten Synthesegases ins Erdgasnetz vorgesehen. Darauf machen Julia Michaelis und Fabio Genoese in ihrem Springer-Fachbuch "Energietechnologien der Zukunft" aufmerksam.
Neben den aktuellen Verfahren zur Umsetzung von Biomasse sind deshalb auch visionäre Forschungsprojekte in Arbeit, die Algen oder auch CO2 als Basis für die Treibstoffherstellung nutzen wollen. So zum Beispiel ein vom BMBF[S3] gefördertes Projekt zur integrierten Synthese von Dimethylether (DME) aus Methan und CO2, an dem BASF gemeinsam mit Linde, der Firma hte, der Technischen Universität München, dem Max-Planck-Institut für Kohlenforschung sowie dem Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik arbeitet. Ziel des Projekts ist es, ein einstufiges Verfahren zu entwickeln, mit dem DME über die Zwischenstufe Synthesegas aus den preiswertesten Kohlenstoffquellen CO2 und Methan hergestellt werden kann.
Die Industrialisierung hinkt hinterher
Dabei entwickelt BASF einen neuen Katalysator zur Herstellung von DME aus einem stöchiometrischen Gemisch von Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. DME besitzt nach Überzeugung der Projektbeteiligten das Potenzial, in Zukunft als Energieträger verwendet zu werden. Eine Industrialisierung indes ist noch weiter entfernt, als die Realisierung der bekannten Verfahren im großtechnischen Maßstab.
Auch die von der Dresdner Firma Sunfire im November 2014 stolz präsentierte Demonstrationsanlage für Power-to-Liquids (PtL), die Wasser und CO2 mithilfe von regenerativ erzeugtem Strom in hochreine, synthetische Kraftstoffe umwandelt, steht auf tönernen Füßen: "Die Kommerzialisierung beginnt in Abhängigkeit der technischen Weiterentwicklung und der regulatorischen Rahmenbedingungen ab 2016", lautet die offizielle Sprachregelung.
Klimaneutraltät als Ziel
Fest steht, dass sich die Arbeiten lohnen werden. Für den Springer-Autor und ehemaligen ATZ/MTZ-Herausgeber Richard van Basshuysen steht fest, dass die Kraftstoffe einen entscheidenden Anteil an der klimaneutralen Mobilität mit Verbrennungsmotoren haben. In seinem Interview in der Ausgabe 10/2015 von MTZ betont van Basshuysen: "Nur wenn sie nicht aus fossilen Ressourcen gewonnen werden, sondern zum Beispiel aus überschüssigem Windstrom (Power-to-Gas), der schon heute in windreichen Zeiten anfällt, oder aus der Vergärung von organischen Abfällen, ist der CO2-Kreislauf klimaneutral."