Wissenschaftler*innen der RWTH Aachen, des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion und der ETH Zürich haben synthetische Kraftstoffe entwickelt, die in einer detaillierten Ökobilanz ein hervorragendes Umweltprofil aufweisen und direkt in bestehenden Verbrennungsmotoren eingesetzt werden können.
Eine der grossen Herausforderungen im Kampf gegen den Klimawandel ist es, Treibhausgase aus dem Verkehr zu reduzieren. Für bestehende Verbrennungsmotoren wird in Politik, Industrie und Wissenschaft diskutiert, schadstofffreie, synthetische Kraftstoffe einzusetzen. Ein Vorteil der sogenannten Synfuels oder E-Fuels ist, dass sie aus erneuerbaren Ressourcen wie grünem Strom, Wasser, Biomasse und Kohlenstoffdioxid (CO₂) hergestellt werden können. Wird das CO₂ der Erdatmosphäre mithilfe von regenerativ gewonnenem Strom entzogen, schliessen Synfuels den Kohlenstoffkreislauf vollständig.
Etablierte Herstellungsverfahren in bestehender Infrastruktur
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen, des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion und der ETH Zürich haben nun in einer interdisziplinären Studie einen neuen Kraftstoff vorgeschlagen und für den Einsatz in heutigen Verbrennungsmotoren getestet. Der sogenannte hydroformylierte Fischer-Tropsch-Kraftstoff (HyFiT) lässt sich durch die Fischer-Tropsch-Synthese herstellen, einem etablierten Verfahren zur Produktion von synthetischem Benzin oder Diesel aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Die Forschenden haben den Prozess um einen Schritt ergänzt, um einen Teil der synthetisch hergestellten Kohlenwasserstoffe in langkettige Alkohole umzuwandeln. Das entstandene Alkan-Alkohol-Gemisch ist so optimiert, dass es den Ausstoss von Partikeln und Stickoxiden bei der Verbrennung verringert. Für die Herstellung, Lagerung und Verteilung von HyFit-Kraftstoffen kann bestehende industrielle Infrastruktur genutzt werden. Gleichzeitig kann das Synthesegas aus Biomasse, CO2, Abfall und erneuerbaren Energien gewonnen werden, so dass der Kohlenstoffkreislauf vollständig geschlossen wird, was eine CO₂-neutrale Produktion ermöglicht.
"Die Ergebnisse unseres Teams zeigen, dass HyFiT-Kraftstoffe eine praktikable Option für die Energiewende sind, die erneuerbare Energien und Rohstoffe mit Produktionstechnologien nutzt, die von der heutigen petrochemischen Industrie übernommen werden können. Sie können in aktuellen Motoren verwendet werden, was zu Auspuffemissionen führt, die weit unter den kommenden Euro-7-Vorschriften liegen, und weisen sogar im Vergleich zu batteriegestützten Technologien ein sehr günstiges Umweltprofil auf. Diese Studie zeigt das Potenzial des "Kraftstoffdesigns" für die Dekarbonisierung des Schwerlastverkehrs", sagt Walter Leitner, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energieforschung und Professor an der RWTH Aachen, und einer der Hauptautoren der Studie.
Ökobilanz anhand eines Kleintransporters getestet
In experimentellen Tests mit einem Kleintransporter belegten die Forschenden, dass der HyFiT- Kraftstoff im Vergleich zu fossilem Diesel deutlich weniger Feinstaub und Stickoxide abgibt. Die Ergebnisse der Studie zeigen auch, dass der neue Kraftstoff mit den aktuellen Normen und Komponenten wie Kunststoffdichtungen in heutigen Motoren kompatibel ist. Schliesslich verglichen die Forschenden 16 Umweltwirkungen mit denen eines Dieselfahrzeugs und eines rein batterieelektrischen Fahrzeugs. Dabei zeigte sich, dass der Einsatz synthetischer Kraftstoffe sogar im Vergleich mit elektrisch betriebenen Fahrzeugen vorteilhafte Effekt auf die Umwelt hat, besonders auf langen Strecken.
Original Publikation:
Voelker, S., Groll, N., Bachmann, M. et al. Towards carbon-neutral and clean propulsion in heavy-duty transportation with hydroformylated Fischer–Tropsch fuels. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01581-z
Full-text access (view-only version): https://rdcu.be/dM44r
Weitere Links
André Bardow – Energy and Process Systems Engineering | ETH Zurich