Auf dem Weg zur Unabhängigkeit von fossilem Kraftstoff?

Eine Betrachtung

Nachhaltigkeit und geschlossene Stoffkreisläufe auf Basis erneuerbarer Energien sowie Abkehr von fossilen, nicht erneuerbaren Kraftstoffen, ist der Megatrend und ist der ultimative Maßstab für die Zieltauglichkeit der Mobilitätskonzepte der Zukunft.

Zukunftstauglichkeit von heutigen Treibstoffarten

Jede Treibstoffart hat seine Fan-Gemeinde die mehr oder weniger enthusiastisch mit konstruktiven Beiträgen die (notwendige) Diskussion um die „richtige“ Wahl bzw Ausrichtung der Antriebskonzepte der Zukunft beleben. Gerade in jüngerer Zeit, möglicherweise ausgelöst durch den Popularitätsanstieg von LNG (verflüssigtes Methan), lesen wir nicht selten, dass auch LPG (Autogas) oder GTL (Gas to Liquids) unsere Ziele in der Zukunft absichern ließe, ja, möglicherweise für die Klein- und Großschifffahrt sogar die bessere Wahl sein könnten. Die Schlagzeilen: dass „LNG in der Gesamtbilanz der Treibhausgasemissionen schlechter als Dieselkraftstoff abschneidet“ sind es wert, in Bezug auf die Zukunftstauglichkeit auf den Prüfstand gestellt zu werden.

Energiedichte erdöl-basierter Kraftstoffe

Aufgrund hoher spezifischer Energie(speicher)dichte in Bezug auf Volumen und Gewicht dominieren Kohlenwasserstoffe (Alkane, früher Parafine genannt) den Energiemarkt für die Mobilität. Viele unterschiedliche Namen wie Methan, LNG, CNG, Ethan, Methanol, LPG, Propan, Butan, Autogas, Benzin, Super, Petroleum, Kerosin, Diesel, GTL, Heizöl, leichtes Gasöl, MDO, Schweröl u.v.a.m suggerieren grundverschiedene Kraftstoffe. Sie täuschen jedoch darüber hinweg, dass sie alle Geschwister ein- und derselben Familie der Kohlenwasserstoffe (Alkane, Alkene) sind. Da fällt beispielsweise auf, dass angesichts der babylonischen Sprachverwirrung vielen Anwendern ebenfalls nicht klar ist, dass Methan, Erdgas, LNG und CNG in der Tat chemisch exakt denselben Stoff bezeichnen: Methan also CH4.

Kraftstoff- bzw Energievorrats- und Antriebskonzepte der Zukunft

Dass wir in der Schifffahrt und maritimen Logistik heute über neue Kraftstoff- bzw Energievorrats- und Antriebskonzepte der Zukunft diskutieren liegt nicht nur an den steigenden Preisen fossiler Resourcen und den in verkehrsdichten Regionen nicht mehr tolerierbaren Emissionen der bisherigen Antriebskonzepte, sondern auch oder besonders an der schlichten Erkenntnis, dass wir Technologien entwickeln und einsetzen sollten, die nicht mehr auf fossile bzw nicht erneuerbare Resourcen zurückgreifen.

„Synthetische Kraftstoffe sind ein wesentlicher Baustein der Energiewende, denn sie schlagen die Brücke zwischen den Sektoren. Mit Power-to-X trägt die Industriemotorenbranche eine Schlüsseltechnologie zu einer erfolgreichen Defossilisierung und zum Erreichen der Klimaziele bei“, sagte Dr. Uwe Lauber, CEO von MAN Energy Solutions und Vorsitzender VDMA Motoren und Systeme kürzlich auf der Mitgliederversammlung des Verbands in Stuttgart.

Power-to-X wird große Rolle in der Schifffahrt spielen

Eine wesentliche Rolle wird Power-to-X künftig auch für die Schifffahrt spielen. Denn gerade hier können eFuels den entscheidenden Beitrag leisten, fossile Kraftstoffe zu ersetzen. „Welche Kraftstoffe am Ende das Rennen machen werden, steht dabei noch nicht fest. Der Wettbewerb um die besten Konzepte hat gerade erst begonnen. Klar ist jedenfalls für die Schifffahrt, dass eine Umstellung auf rein elektrische Antriebe nicht gelingen und der Verbrennungsmotor auch in Zukunft eine wesentliche Rolle spielen wird“, sagte Peter Müller-Baum, Geschäftsführer VDMA Motoren und Systeme. „Mit Power-to-X ist die Maritime Energiewende möglich“, betonte er.

GTL (Gas to Liquids): die spezifischen Nachteile.

Aktuell wird GTL (Gas to Liquids) als innovativer und sauberer Dieselkraftstoff-Ersatz z.B. für die Schifffahrt angepriesen. Dahinter steht das bekannte und nicht mehr ganz so neue Fischer-Tropsch-Verfahren, mit dem z.B. wegen des kriegsbedingten Embargos in den 30er und 40er Jahren in Deutschland Dieselkraftstoff aus Syngas synthetisch hergestellt wurde. Dieses Verfahren wurde inzwischen erheblich verbessert und jede große Mineralölfirma hat heute ihr eigenes Verfahren und auch entsprechende Anlagen. Meist werden dort u.a. „stranded gas“, also Gasrückstände oder geografisch isolierte Gasvorräte zu höherwertigem Kraftstoff à la Dieselkraftstoff, dem GTL, verarbeitet, die sich dann (weil flüssig und höherem Marktpreis) besser transportieren und somit in die üblichen Absatzkanäle einbringen lassen.

Aufgrund der Synthese sind die natürlichen Verunreinigungen des Feedstocks aus der Lagerstätte, insbesondere Schwefel- und andere Aromaticsverbindungen, bei GTL auf ein Minimum reduziert und die Abgase aus GTL daher ohne SOx und ggfs Aromatics Anteile entsprechend reiner. Allerdings bleiben die systemischen Nachteile der längerkettigen Alkane des GTL‘s analog zum Dieselkraftstoff in Bezug auf CO2, NOx (aus Sauerstoff- und Stickstoffüberschuss) und der spezifischen Energieausbeute gegenüber Methan. Gerade in diesem Zusammenhang stellt sich allerdings die Frage, weshalb man bereits vorliegendes hochwertiges Methan (CH4) zu GTL, also längerkettigen Alkanen mit deren erörterten spezifischen Nachteilen, verarbeiten bzw verschlechtern sollte. (GtL besteht überwiegend aus verzweigten und linearen alipathischen Kohlenwasserstoffketten im Bereich von C8 bis C26)

Die oben geführte enthalpische Betrachtung aus der Thermochemie macht deutlich, dass bei steigender Anzahl der C-Atome (Länge der Kette) wie sie bei Diesel-Kraftstoffen der Fall ist, ein gegenüber Methan überproportional steigender Vorrat von Sauerstoffatomen bereitgestellt werden muss, um die vollständige Verbrennung zu gewährleisten. Damit wird die Bildung von NOx gefördert und die CO2 Bilanz immer nachteiliger sowie die Energieausbeute pro CO2 erzeugt schlechter je länger die Alkan Kette wird.

Nachteile des Dieselkraftstoffes, jedoch nicht des Motorprinzips

Die derzeit in den Medien und Öffentlichkeit diskutierten Nachteile des „Diesels“ sind Nachteile des Dieselkraftstoffes und nicht Nachteile Rudolf Diesel’s Motor-Prinzip eines Selbstzünders.

Erneuerbare Energie aus recyceltem CO2 ist hoch rein

Das aus (recyceltem) CO2 und erneuerbarer Energie hergestellte Methan ist hochrein und könnte in nahezu unbegrenzter Menge in das bestehende Erdgas-Pipelinenetz eingespeist, derart zwischengespeichert und an jeder beliebigen Stelle zu einem anderen Zeitpunkt entnommen werden. Derartige Anlagen gibt es auch in großtechnischen Dimensionen bereits. Mit zuwachsender Methanisierungskapazität und weiterem Ausbau der Wind- und Solarkapazität könnte stetig das fossile Erdgas verdrängt, substituiert und letztendlich abgelöst werden bis eines Tages überhaupt kein fossiles Erdgas (oder auch kein fossiler Dieselkraftstoff, oder auch kein fossiles Benzin, oder..) mehr gebraucht wird. Bis dahin ist fossiles Methan der fall-back, das Sicherheitsnetz. Die Transport-, Speicher- und Verteilinfrastruktur per Erdgasnetz existiert bereits, die Techniken sind bekannt und auch in Großanlagen realisiert. Anders als z.B. für eine noch zu erstellende dedizierte Wasserstoff-Infrastruktur oder großflächige LNG-Infrastruktur oder die umstrittene Hochspannungs-Trasse Nord-Süd … oder… gibt es für Methan eigentlich kein Henne-Ei-Problem mehr. Wir könnten morgen beginnen, nachhaltige CO2-neutrale Mobilität umzusetzen.

CO2 neutrales Methan, geschlossene Stoffkreisläufe, sind konform mit Megatrend

Derart ließe sich mittels Methan der Stoffkreislauf entsprechend des Eingangs geforderten Megatrends CO2 neutral schließen. LNG, also Methan, unterstützt den Brückenschlag zur Zukunft, den uns, abgesehen von deren ohnehin schon individuellen Nachteilen wie oben herausgearbeitet, weder LPG noch GTL bieten können. Also, weshalb verzetteln?

Natürlich kann man sich vorstellen, auch eines Tages derart wie oben beschriebenes, aus CO2 als Rohstoff sowie mittels Wind- und Solarenergie hergestelltes „grünes“, CO2-neutrales Methan seinerseits zu LNG zu verflüssigen und auch in der Großschifffahrt letztendlich vollständig unabhängig von fossilem Treibstoff zu werden und damit erheblich bessere Emissionswerte erreichen können.

Weshalb wollte man es zu LPG oder GTL wandeln wenn man es wesentlich vorteilhafter schon als Methan nutzen kann?