Technologie

E-Kraftstoffe für eine klimaneutrale Antriebszukunft

Veröffentlicht am 14 Dezember 2020 von Lucie Maluck, Bilder von Rolls-Royce Power Systems

Mit Hilfe von e-Kraftstoffen, die aus Ökostrom hergestellt werden, kann die Energie- und Antriebstechnik grün werden.

Um die Erderwärmung zu stoppen und damit die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen, müssen Antriebssysteme und Energieanlagen klimaneutral werden. Ein zentraler Hebel dafür sind Kraftstoffe. Mit Hilfe von eKraftstoffen, die aus Ökostrom hergestellt werden, könnte die Energie- und Antriebstechnik grün werden. 

Im Jahr 2050 will Europa klimaneutral sein. Und auch der nächste amerikanische Präsident Joe Biden hat angekündigt, dieses Ziel zu verfolgen. Dazu braucht es nicht nur neue Antriebskonzepte, sondern auch neue Kraftstoffe. Denn egal wie sauber mit fossilen Kraftstoffen betriebene Verbrennungsmotoren auch sein mögen – CO2 werden sie immer ausstoßen. E-Kraftstoffe wie e-Wasserstoff, e-Methan, e-Methanol oder e-Diesel, die mit Ökostrom und Kohlenstoff aus der Luft hergestellt und dann weiter verarbeitet werden, ebnen jetzt einen neuen Weg. Der Bedarf an ihnen ist riesig: 20.000 Terrawattstunden Energie in Form von Kraftstoffen werden im Jahr 2050 benötigt – so eine Analyse von Rolls-Royce Power Systems. Rechnet man das in Diesel um, entspricht dies zwei Billionen Litern. 

Power-to-X: Aus Strom wird Kraftstoff 

Hergestellt werden diese neuen Kraftstoffe in einem Power-to-X-Prozess. Das Prinzip: Erneuerbare Energiequellen wie Wind oder Sonne liefern elektrischen Strom. Dieser zerlegt per Elektrolyse Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff lässt sich direkt nutzen in einem Wasserstoffmotor, in einer Flugzeugturbine oder in einer Brennstoffzelle. Er hat aber eine relativ geringe Energiedichte, braucht also viel Tankvolumen, und ist nicht ganz einfach zu lagern und zu transportieren. Energiedichter und leichter zu lagern sind andere Kraftstoffe, die auf Basis des Wasserstoffs hergestellt werden können. Mit weiterem Energieeinsatz und mit Kohlenstoff aus der Luft oder aus Biomasse lassen sich andere synthetische Kraftstoffe wie e-Wasserstoff, e-Methan, oder e-Dieselherstellen. So wird mit Strom Kraftstoff gewonnen. Er kann klimaneutral verbrannt werden, weil kein zusätzliches CO2 entsteht.

Andere Synthesemöglichkeiten sind Methanol oder Ammoniak, letztere benötigt kein CO2 in der Synthese. Die Verbrennungsmotoren müssen für den Einsatz der synthetischen Kraftstoffe allerdings modifiziert werden.

Welche Kraftstoffe sind in Zukunft bedeutsam? 

Die große Frage der Experten bei Rolls-Royce ist nun, welcher Treibstoff in Zukunft der wirtschaftlichste und energieeffizienteste ist. „Wenn man aus Wasserstoff e-Methan, e-Methanol oder e-Kerosin herstellt, benötigt man zusätzliche Energie und CO2“, erläutert Daniel Chatterjee, Director Technology Management & Regulatory Affairs bei Rolls-Royce Power Systems. „Methan oder Diesel könnten mit der bestehenden Technologie und Infrastruktur genutzt werden. Trotzdem könnten Ammoniak oder Methanol wichtige, neue Kraftstoffe sein, besonders in der Schifffahrt. Allerdings müssten zunächst Sicherheits- und Infrastrukturfragen geklärt werden“, ergänzt er.

Bei stationären Motoren für die Stromerzeugung sieht die Welt dagegen anders aus. Hier können beispielsweise bestehende Erdgasnetze für den Transport von e-Methan genutzt werden oder e-Wasserstoff dezentral erzeugt werden. 

„Ich gehe davon aus, dass wir künftig verschiedene Kraftstoffe haben werden. Es wird nicht einen geben, der die Lösung für alles ist“, resümiert Chatterjee. Er fügt hinzu: „Die Frage, welche Kraftstoffe wir für so zukunftsfähig für unsere Kunden halten, dass wir für sie neue mtu-Motoren oder andere Energiewandler entwickeln, wird uns in den nächsten Monaten und Jahren intensiv beschäftigen.“ 

Neue Kraftstoffe erfordern neue Antriebskonzepte

Denn um diese neuen Kraftstoffe in Antrieb und Energie umzuwandeln, braucht es neue Produkte. Rolls-Royce Power Systems beschäftigt sich schon jetzt intensiv mit der Brennstoffzelle und einem Wasserstoffmotor. Im Forschungsprojekt MethQuest arbeiten Ingenieure von Rolls-Royce neben Gasmotorenkonzepten zur Reduzierung der klimaschädlichen Methan-Emissionen auch an der Methanol- und Wasserstoffverbrennung. „Die bisherigen Versuche auf dem Einzylinderprüfstand sind sehr ermutigend“, so Chatterjee.

Auch bei der Brennstoffzelle stehen die nächsten Schritte an. Im Januar 2021 wird am Rolls-Royce-Standort in Friedrichshafen ein erster Demonstrator für eine stationäre mtu-Brennstoffzelle in Betrieb genommen – auf Basis von Brennstoffzellenmodulen, die eigentlich für den Antrieb von Straßenfahrzeugen gebaut sind.

Politische Förderung notwendig

Um den gesamten zukünftigen Bedarf an eKraftstoffen zu decken, werden große Power-to-X-Anlagen notwendig sein. Es ist aber davon auszugehen, dass auch dezentrale, kleinere Anlagern möglich und attraktiv sind, in denen Strom zu eKraftstoffen synthetisiert wird.  „Da sehe ich durchaus einen Markt für Rolls-Royce Power Systems“, so Chatterjee. Er sieht jedoch auch eine Voraussetzung, die entscheidend für den Erfolg dieser neuen Kraftstoffe ist: Die politische Förderung. Denn wirtschaftlich werden die Kraftstoffe in absehbarer Zeit nicht sein. „Wenn die Politik die Klimaziele, die sie sich selber gesetzt hat, erreichen will, muss sie die Rahmenbedingungen schaffen und diese Kraftstoffe fördern. Nur so können wir das Ziel erreichen, im Jahr 2050 – oder schon früher – Schiffe, Züge, Schwerlastfahrzeuge oder Energieanlange klimaneutral anzutreiben“, so Chatterjee.

Mehr über Power-to-X in unserem Webinar-Video "The maritime energy transition – Power-to-X as a key element for green shipping".

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