E10 und der Sprit der Zukunft

Nach Bioethanol nähert sich nun die zweite Generation der Kraftstoffe aus Biomasse den Zapfsäulen. Anders als bei Ethanol kann der dabei enstehende Diesel und das Benzin von jedem bestehenden Motor verdaut werden. Die Schweizer gehen noch einen Schritt weiter und versuchen sich gleich direkt am Sprit aus maschineller Photosynthese.

Langsam, langsam erscheinen die ersten Serien-Elektrofahrzeuge auf den löchrigen Straßen der Bundesrepublik und zeigen vor allem eines: Sie sind etwas ganz Anderes als das Auto, das wir kennen und als selbstverständlich wahrnehmen. Wenn sie zum Beispiel leer sind, dann sind sie erstmal leer. Eine Akkutechnik, die vergleichbare Reichweiten und Wiederauffüllgeschwindigkeiten wie flüssige Kohlenwasserstoffe schafft, die gibt es schlichtweg nicht, ja: sie ist nichteinmal für die weitere Zukunft absehbar. Elektrofahrzeuge sind also Spezialisten: großartig für den Betrieb in Ballungszentren, ungeeignet für lange Touren oder gar den Schwerlastverkehr über die Langstrecke. Für diese Einsatzgebiete wird uns also der Verbrennungsmotor noch eine Weile begleiten, und sei es nur als Generator. Statt die energiespeichernden Kohlenwasserstoffe aus öligem Wüstensand zu pumpen, kann man sie mit moderner Technik allerdings auch aus Pflanzenmaterial gewinnen.

Die einfachste Form, das zu tun, ist der Menschheit seit ihrem ersten harten Rausch bekannt: Man versetzt zucker– beziehungsweise stärkehaltige Pflanzenteile wie zum Beispiel Mais, Weizen oder Zuckerrohr mit Wasser und Hefepilzen und lässt diese Suppe vergären. Der darin entstehende Alkoholgehalt von etwa 12 Volumenprozent wird destilliert, bis ein sehr reiner Alkohol übrigbleibt. Das ist das Ethanol, das „E“ in „E10“, das deutsche Autofahrer so verunsichert hat. E10 bedeutet: 10 Prozent Ethanol im Benzin, entsprechend dafür ausgelegte Maschinen können jedoch genausogut mit fast reinem Ethanol fahren (E85 oder E100). Damit kann Ethanol die Abhängigkeit von Lieferanten fossiler Brennstoffe (konkret: der OPEC) stark reduzieren.

In Südamerika verfahren die Leute zum Beispiel vergleichsweise große Mengen an Ethanol, weil die im Land hergestellt werden können. Diese Art, Brennstoff zu erzeugen, stellt jedoch Motoren in direkte Fress– und Trinkkonkurrenz zu uns selbst, denn stärkehaltige Pflanzen können auch direkt unsere Füße antreiben, wenn wir sie essen, und Alkohol schüttet man ebenfalls lieber in seinen Hals als in seinen Tank. Spätestens, wenn unsere Roboter das Terminator-Niveau erreichen, werden wir es bereuen, diese direkte Konkurrenz zugelassen zu haben. Dazu kommt, dass Ethanol erstens eine geringere Energiedichte aufweist als Benzin, der Wagen davon also mehr verbraucht für dieselbe Leistung, und zweitens verträgt es sich nicht mit allen Dichtungen. Bei jeder Erhöhung der Ethanolmenge im Benzin schlagen die Hersteller fieberhaft nach, welche Baujahre ihrer Produkte das vertragen.

Deshalb herrscht derzeit so große Verunsicherung an den Tankstellen, dass die Mineralölkonzerne auf ihrem E10-Sprit sitzenbleiben und die Regierung den gesetzlichen Zwang zu E10 soeben wieder kippen musste. Einfacher schien es da lange Zeit, Pflanzenöl (etwa aus Raps) zu Biodiesel umzuveresthern, doch ist dieser Markt seit Jahren rückläufig. Auch hier spielt die Verunsicherung der Verbraucher eine große Rolle, die aus vielen diskutierten möglichen und tatsächlichen Problemen von Biodiesel in der Praxis entstand („schadet das meinem Auto jetzt oder nicht?“).

Damit sind wir wieder am Ausgangspunkt „fossile Brennstoffe“. Doch deren Endlichkeit bleibt. Deshalb werden gerade non-fossile biogene Kraftstoffe der zweiten Generation interessant, an denen schon seit Jahren im Hinterzimmer fleißig gearbeitet wird. Mit neuen oder verbesserten alten Methoden ist es möglich, auch Stengel, Blätter, Holz, also alle Pflanzenteile zur Treibstoffgewinnung zu nutzen. Das Verfahren wird mit BtL abgekürzt: „Biomass to Liquid“. Einerseits soll sich damit die Ausbeute erhöhen, vor allem jedoch sollen kärgere Böden genutzt werden können, auf denen keine stärkeerzeugenden Nutzpflanzen wachsen wollen. Holziges Gestrüpp dagegen wächst selbst an den unwirtlichsten Steilhängen. Anders als bei der klassische Ethanolherstellung gibt es also keinen unbedingten Konflikt mit Nutzflächen für den Nahrungsmittelanbau.

BtL-Ausgangsmaterial wie etwa gehäckseltes Buschwerk wird unter hohen Temperaturen vergast, die langen, komplexen Molekülstrukturen, die die Pflanzen bilden, werden also durch die Hitze aufgespalten. Es entstehen die einfacheren Kohlenwasserstoffe, die wir an unsere Motoren verfüttern wollen. Die meisten davon sind nach diesem ersten Schritt gasförmig, deshalb auch „Vergasung“. Der nächste Schritt ist eine Verflüssigung nach dem sogenannten „Fischer-Tropsch-Verfahren“. Hierbei werden die entstandenen Gase in großen Katalysatoren reaktiv zu Flüssigkeiten umgebaut.

Dieses Verfahren ist mittlerweile sehr bewährt, denn es wurde bereits 1925 von den namensgebenden Herren Fischer und Tropsch entwickelt, um die auf deutschem Boden zu findende Kohle erst zu vergasen und dann in flüssige Treibstoffe umwandeln zu können. Nach dem Krieg war das Verfahren aufgrund der niedrigen Ölpreise jedoch zunächst wenig interessant. Das hat sich zwischenzeitlich geändert. So hat zum Beispiel Shell das Verfahren optimiert und verflüssigt damit die an den Bohrstellen des Unternehmens austretenden Beigase zu Treibstoff, statt sie wie früher üblich einfach abzufackeln.

Der resultierende Sprit wandert bei Shell in die Flugzeugtreibstoffe, aber auch in die hochoktanigen Premium-Spritsorten wie V-Power 100. Der Grund: Der künstlich hergestellte Treibstoff ist sehr rein, er enthält viel weniger zusätzliche Stoffe als vor Millionen von Jahren verrottetes organisches unterirdisches Material. Wie beim Raffinieren von Rohöl entsteht aus den Ursprungsmaterialien ein Teil Dieselkraftstoff, ein Teil Benzinkraftstoff und wie bei Produkten aus Rohöl gibt es keine Probleme mit bestehenden Motoren. Potenziell sollten es sogar weniger Probleme werden, weil der Treibstoff eben reiner ist.

Der größte Vorteil von Biokraftstoffen der zweiten Generation ist jedoch schlicht, dass sie aus vergasten Abfällen gewonnen werden können. Seit 2008 gibt es eine Technologiedemonstrationsanlage im sächsischen Freiberg, mit der die Firma Choren ihr Vergasungsverfahren für Biomasse demonstriert, um es zu verkaufen. Zu den ersten Kunden und Interessenten gehören außer Firmen aus der Mineralöl– und Fahrzeugbranche auch Staaten: So beteiligt sich die französische Regierung über die CEA (Commissariat à l’Énergie Atomique) an einer geplanten neuen Großanlage mit Choren-Vergasern, die BtL-Kraftstoffe aus Waldrestholz der ländlichen Region zwischen Paris und Straßburg produzieren wird. Wegwerfkultur weiter auf dem Rückzug.

Schweizer Forscher wollen den Zwischenschritt über Pflanzen nun komplett durch Technik ersetzen und Treibstoff in einer künstlichen Photosynthese aus CO2 und Wasser erzeugen. Kernstück ihres Reaktors ist ein poröser Zylinder aus Ceroxid in einer Brennpunktkammer für Sonnenlicht. Dieses erhitzt den Zylinder auf über 1500° C. Bei dieser Temperatur gibt das Ceroxid den gebundenen Sauerstoff ab, der mit Argon– oder Stickstoffgas ausgeblasen wird. In einem zweiten Takt leiten die Forscher bei einer gesenkten Temperatur von etwa 900° C Wasserdampf oder CO2 durch den Zylinder. Das Cer oxidiert dabei wieder, bindet also Sauerstoffatome des durchströmenden Gases, sodass der Prozess von Neuem beginnen kann. Am Ende entsteht aus CO2 CO (Kohlenmonoxid) und aus Wasser Wasserstoffgas (H2).

Man könnte das Verfahren also auch zur Produktion von Wasserstoff einsetzen, wenn die Brennstoffzelle wieder in Mode kommt. Das Ziel der Forscher war jedoch ein anderes: Sie wollten Sonnenenergie in einen einfach zu transportierenden Träger mit hoher Energiedichte umsetzen — in klassischen Treibstoff also. Deshalb auch ihr Versuchsaufbau mit abwechselnd Wasser und CO2: Aus CO und H2, dem sogenannten „Synthesegas“, lassen sich die energiereichen Kohlenwasserstoffe herstellen, die unsere Verbrennungsmotoren ernähren sollen. Der Wirkungsgrad des Schweizer Reaktors beträgt im ersten Versuchsaufbau weniger als ein halbes Prozent im Schnitt, doch ist das schon um Größenordnungen mehr als frühere Methoden schafften.

Zudem ist man sich in der Schweiz sicher, das Grundsystem auf erstaunlich klingende Raten von 16–19 Prozent optimieren zu können. Der Reaktorzylinder aus Ceroxid zeigte sich zudem in den Versuchen als zyklenfest, er zersetzte sich also nach einer kurzen Einlaufphase über den Messzeitraum nicht weiter. Weiterhin ist Cer trotz seiner Zugehörigkeit zu den „Seltenen Erden“ ein Rohstoff, von dem es nach derzeitigen Aussichten genug gibt. Die Forscher schätzen seine Vorräte in etwa so hoch wie die von Kupfer ein.

Innerhalb der nächsten zehn Jahre soll dieses Verfahren industriell im Einsatz sein. Denkbar sind zum Beispiel Konstruktionen oder Kombinationen mit bestehender gebündelter Sonnenkraftenergie, wie sie derzeit für die Stromerzeugung über im Brennpunkt verdampften Wassers genutzt wird. Für die fernere Zukunft könnte das also heißen, dass unser Treibstoff weiterhin aus heißen, sonnigen Ländern mit viel Platz (zum Solaranlagen aufstellen) kommt.

Quelle: Mojomag

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