Die Auswirkungen des Iran-Krieges auf den Ölmarkt haben die EU-Pläne zur heimischen Produktion fossilfreier Flugkraftstoffe erneut in den Fokus gerückt. Die EU-Vorschriften für synthetische Flugkraftstoffe bergen jedoch die Gefahr, die Entwicklung in Richtung unnötig teurer und energieintensiver Produktionswege zu lenken – was die Erreichung der Klimaziele erschwert. Dies zeigt eine aktuelle Studie der Technischen Universität Chalmers in Schweden, die verschiedene Methoden zur Herstellung von synthetischem Methanol analysiert hat.
Im vergangenen Jahr wurden Vorschriften eingeführt, die einen Mindestanteil von 2 Prozent nachhaltigem Flugkraftstoff an EU-Flughäfen vorschreiben. Dieser Anteil wird schrittweise erhöht und bis 2050 mindestens 70 Prozent erreichen. Bis dahin muss die Hälfte des nachhaltigen Flugkraftstoffs aus der Kategorie RFNBO ( Renewable Fuel of Non-Biological Origin) bestehen . Dabei handelt es sich um synthetische Kraftstoffe, auch bekannt als Elektrokraftstoffe, die aus erneuerbarem Wasserstoff und abgeschiedenem Kohlendioxid hergestellt werden.
Forscher der Technischen Universität Chalmers zeigen nun, dass die RFNBO-Regeln einen „Umweg“ bei der Herstellung synthetischer Kraftstoffe begünstigen, was das Risiko birgt, sowohl die Kosten als auch den Energieverbrauch zu erhöhen.
„Regulierungen beeinflussen nicht nur die Investitionen der Industrie in Technologie, sondern auch, welche Forschungs- und Entwicklungsprioritäten verfolgt werden. Anstatt Innovationen hin zu den effizientesten Lösungen voranzutreiben, riskieren wir, uns auf weniger ressourceneffiziente Produktionsmethoden festzulegen“, sagt Henrik Thunman, Professor für Energietechnik an der Chalmers-Universität und Mitautor des wissenschaftlichen Artikels.
Um die steigende Nachfrage nach nachhaltigen Flugkraftstoffen in den kommenden Jahrzehnten zu decken, werden weltweit Tausende neuer Anlagen benötigt. Dies erfordert sehr hohe Investitionen in Anlagen mit langer Betriebsdauer.
Das Forschungsteam der Chalmers-Universität hat die Herstellung von synthetischem Methanol untersucht, einem Beispiel für ein Kraftstoffmolekül, das in nachhaltigen Flugkraftstoff umgewandelt werden kann. Es bietet einen repräsentativen Fall für die Analyse, wie sich unterschiedliche Produktionswege auf den Ressourcenverbrauch bei der Herstellung solcher Kraftstoffmoleküle auswirken.
Diese energiereichen Moleküle lassen sich durch die chemische Verbindung von Kohlenstoffatomen und Wasserstoff herstellen. In der Studie verglichen die Forscher drei verschiedene Produktionswege für Methanol, bei denen die Kohlenstoffatome aus Biomasse stammen – sogenannter biogener Kohlenstoff. Zwei der Methoden basieren auf der Biomasseverbrennung, bei der Kohlendioxid aus den Rauchgasen abgeschieden und anschließend mit separat mittels Strom erzeugtem Wasserstoff vermischt wird. Die dritte Methode beruht auf der Vergasung, bei der erhitzte Biomasse direkt in Synthesegas umgewandelt wird, das sowohl Kohlenstoff als auch Wasserstoff enthält.
Alle drei Produktionswege sind technisch realisierbar, und sowohl der Rohstoff als auch das Endprodukt können identisch sein. Sie unterscheiden sich jedoch deutlich hinsichtlich Energieverbrauch, Kosten und Strombedarf.
Der direkte Produktionsweg ist durch die EU-Verordnung benachteiligt.
„Die Vergasung erwies sich in unserer Analyse als ressourcenschonendste Option mit bis zu 46 Prozent niedrigeren Produktionskosten und einem um 30 Prozent geringeren Strombedarf als die beiden verbrennungsbasierten Alternativen. Dieser Unterschied verdeutlicht, wie hoch die Energieverluste sein können, wenn Biomasse zunächst zu Kohlendioxid verbrannt und anschließend mithilfe großer Mengen an Strom und Wasserstoff wieder in Brennstoffmoleküle umgewandelt wird“, erklärt Johanna Beiron, Forscherin im Bereich Physikalische Ressourcentheorie an der Chalmers-Universität und Erstautorin des Artikels.
Trotzdem wird die Verbrennung im EU-Rechtsrahmen deutlich stärker bevorzugt als die Vergasung. Die Kategorie RFNBO – deren Anteil am gesamten Flugkraftstoff in der EU von nahezu null bis 2050 voraussichtlich auf 35 Prozent steigen wird – umfasst zwar alle Kraftstoffe aus verbrennungsbasierten Alternativen, schließt aber etwa die Hälfte der durch Vergasung hergestellten Kraftstoffe aus.
Der Grund dafür ist, dass RFNBO-Brennstoffe nicht mit Energie und Kohlenstoffatomen hergestellt werden dürfen, die direkt aus Biomasse stammen, wie es bei der Vergasungsproduktion größtenteils der Fall ist. Im Gegensatz dazu ist die Verwendung von Kohlenstoffatomen aus Biomasse in Verbrennungsverfahren zulässig, sofern dabei das bei der anderweitigen energetischen Nutzung der Biomasse entstehende Kohlendioxid aufgefangen wird. Ein Beispiel hierfür ist die Verbrennung von Reststoffen aus der Forstwirtschaft in Blockheizkraftwerken.
Solche Reststoffe können jedoch durch Vergasung ressourcenschonender genutzt werden.
Credits
Gustavo Ramirez
