Speicher und vernetzte Infrastrukturen
Das IMVT koordiniert im Programm SCI das Topic "Synthetische Kohlenwasserstoffe".
Hintergrund des Themas "Synthetische Kohlenwasserstoffe"
Der Straßenverkehr, der Flugverkehr und der Schiffsverkehr sind heute alle auf flüssige Kohlenwasserstoff-basierte Brennstoffe angewiesen, die überwiegend fossilen Ursprungs sind. Die niedrigen Kosten, die einfache Handhabung und der hohe Energiegehalt pro Volumen und Gewicht flüssiger Kohlenwasserstoffe sind die Schlüsselfaktoren für den Erfolg von Benzin, Diesel und Kerosin als Energieträger. In Konsequenz wurde nicht nur eine umfangreiche Infrastruktur für die Produktion und den Vertrieb dieser Kraftstoffe geschaffen, sondern auch eine Flotte von mehr als einer Milliarde Pkw, Lkw und Bussen, 320.000 Flugzeugen der Allgemeinen Luftfahrt und 260.000 registrierten Schiffen, die weltweit im Einsatz sind, ganz zu schweigen von den von ihnen genutzten Verkehrsanlagen etabliert. Für ein zukünftiges Energiesystem, das auf erneuerbaren Energien basiert, ist langfristig gesehen der Zugang zu flüssigen Brennstoffen aus erneuerbaren Primärenergiequellen wie Wind und Sonne oder Biomasse, die eine weitere Nutzung der bereits getätigten Investition ermöglichen, sehr wünschenswert. Dies gilt umso mehr, als einige Verkehrssektoren wie der Flugverkehr und der Schwerlastverkehr aufgrund der geforderten Reichweite auf Kraftstoffe mit hohem Energiegehalt angewiesen sind. Synthetische Kohlenwasserstoffe, die im Wesentlichen frei von Schwefel und anderen Schadstoffen sind, übertreffen damit ihre fossilen Pendants in Bezug auf die Luftverschmutzung deutlich und lassen sich zudem auf ein verbessertes Verbrennungsverhalten zuschneiden.
Grundlegende Wege von erneuerbarer Elektrizität zu synthetischen Kohlenwasserstoffen beginnen z.B. mit der Wasser- oder Dampfelektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff in Zeiten, in denen es einen Überschuss an elektrischer Energie gibt. CO2 dient als Kohlenstoffquelle und muss am Standort der Elektrolyse verfügbar sein. Sie kann aus einem Speicher- oder Verteilungssystem geliefert werden oder als Nebenprodukt eines anderen Prozesses entstehen, der nicht an die gleichzeitige Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen gekoppelt ist, um den Ansatz als CO2-neutral zu qualifizieren. Potenzielle CO2-Quellen sind Anlagen, in denen Biomasse über thermochemische oder katalytische Wege oder anaerobe Vergärung umgewandelt wird, Chemieanlagen, in denen CO2 als Nebenprodukt anfällt, wie z.B. Zementwerke und dergleichen. Diese Option erfordert dann auch Techniken zur Abtrennung von CO2 aus den vorhandenen Prozessströmen. Eine weitere Möglichkeit ist die direkte Abscheidung von CO2 aus der Luft. Bei der Herstellung flüssiger Kraftstoffe aus Wasserstoff und CO2 gibt es zwei etablierte katalytische Wege: die Methanol- oder Dimethylether-Direktsynthese (DME) mit anschließender Umwandlung in Benzin und die Fischer-Tropsch-Synthese (FT), bei der langkettige Kohlenwasserstoffe entstehen, die anschließend zu Diesel oder Kerosin hydrogekrackt werden. Beide Wege erfordern jedoch die Reduktion von CO2 mit Wasserstoff zu CO bei hohen Temperaturen als vorgeschalteter Schritt, um ein reaktives Synthesegas zu erzeugen.