Aachen - Die Hoffnungen ruhen auf Benzin aus der Biotonne

Die Hoffnungen ruhen auf Benzin aus der Biotonne

Von: Katharina Menne
Letzte Aktualisierung:
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Mag nicht in den Abgesang auf den Verbrennungsmotor einstimmen: Stefan Pischinger, Inhaber des Lehrstuhls für Verbrennungs kraftmaschinen an der RWTH Aachen. Foto: Andreas Steindl
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Versuchsobjekte: Die Fläschchen enthalten synthetischen Kraftstoff, der in verschiedenen Konzentrationen mit Diesel gemischt wurde.

Aachen. Es wird eng für den Dieselmotor. Gab es vor 2015 noch ein Fünkchen Hoffnung, so hat ihm spätestens der Abgasskandal den Todesstoß versetzt. Überall werden die Rufe nach Dieselverboten in Innenstädten lauter, nach strengeren Normen und letztlich einer kompletten Verbannung aller Verbrennungsmotoren. Doch so leicht ist das nicht.

„Der Verkehr lässt sich nicht von heute auf morgen auf Elektromobilität umstellen“, sagt Stefan Pischinger. „Die Diskussion um die Verbrennungsmotoren und speziell den Diesel muss dringend deemotionalisiert und auf einer rationalen Ebene geführt werden.“

Stefan Pischinger ist Inhaber des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen und Leiter des Instituts für Thermodynamik an der RWTH Aachen. Somit hängt die Zukunft seines Forschungsgebiets indirekt auch vom Ausgang der politischen Diskussionen ab. Doch der 56-Jährige gibt sich gelassen. „Wir sehen die aktuellen Gespräche als Chance. Sie rücken unsere Arbeit mit synthetischen Kraftstoffen sogar wieder verstärkt in den Fokus.“

Mit synthetischen oder alternativen Kraftstoffen sind all die Treibstoffe gemeint, die nicht aus fossilen Quellen stammen, sondern in Reaktoren aus den leicht verfügbaren Molekülen Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2) oder aus Biomasse hergestellt werden. Dazu gibt es verschiedene chemische Verfahren. Eines davon, die Fischer-Tropsch-Synthese, stammt bereits aus dem Jahr 1925. Aus Synthesegas und Wasser entstehen dabei Kohlenwasserstoffe, die wiederum zu langen Molekülketten verbunden werden können und dann ganz ähnliche Eigenschaften haben wie Benzin, Diesel oder Kerosin.

Labor reiht sich an Labor

Im Zuge der Rohstoff- und Energiewende erfährt das Verfahren jetzt neue Aufmerksamkeit. In Katar steht seit 2011 eine Anlage, in der 140.000 Barrel Kraftstoffe und Öle auf diese Weise aus Erdgas synthetisiert werden. In Dresden hat die Firma Sunfire eine Pilotanlage gebaut und aus CO2, Wasser und erneuerbaren Energien drei Tonnen eines neuartigen Erdöl-Ersatzstoffs hergestellt. Auch auf dem Aachener Campus Melaten wird ab Mitte des nächsten Jahres in dem bereits eingeweihten Center for Next Generation Processes and Products (NGP) eine Bioraffinerie neuartige Kraftstoffe im Forschungsmaßstab produzieren.

„Mit synthetischen Kraftstoffen wollen wir aber nicht nur das Problem der endlichen Erdölressourcen angehen, sondern obendrein Kraftstoffe entwickeln, die nachhaltig sind und möglichst emissionsarm verbrennen“, sagt Pischinger. Dazu brachte er bereits im Jahr 2007, weit vor dem Abgasskandal das Exzellenzcluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“ auf den Weg. Die Mitarbeiter des Clusters haben die Vision, innovative Verfahren für die Umwandlung ganzer Pflanzen in Kraftstoffe zu entwickeln, die – so versichern sie auf der Website – „nicht in Konkurrenz mit der Nahrungskette stehen.“ Mehr als 70 Wissenschaftler aus den Bereichen Chemie, Biologie, Verfahrenstechnik und Maschinenbau arbeiten daran, Verbrennungsmotoren effizienter, emissionsärmer und besser zu machen.

Auf mehreren Etagen reiht sich dazu Labor an Labor und Versuchsstand an Versuchsstand. Angefangen bei der Suche nach neuartigen Molekülen, hin zu deren Herstellung im Labormaßstab, einer umfassenden Analyse und dem Praxistest gehen die Forscher den gesamten Weg von der Theorie bis zur Anwendung. Es gibt Prüfkammern, in denen die vielversprechendsten Moleküle mit Lasern auf Emissionsverhalten und Gemischbildung untersucht werden, und ein Stoßwellenlabor, das die Zündeigenschaften charakterisiert. Hat ein Kraftstoff sich bis hierhin als geeignet erwiesen, wird er in einem echten Motor getestet.

In den zurückliegenden Jahren konnten bereits einige Kandidaten identifiziert werden. Wer nicht Chemie studiert hat, wird mit den Namen allerdings wenig anfangen können. Benedikt Heuser, der Geschäftsführer des Exzellenzclusters, nennt beispielhaft Moleküle aus der Gruppe der Furane, der Oxymethylenether und sogenanntes Octanol. „Wir sind aber nicht angetreten, um das beste Molekül zu propagieren. Wir forschen vor allem auch an neuen Methoden der Kraftstoffsynthese und Bewertung, aber natürlich auch an intelligenten Kraftstoffmischungen und Kombinationen unterschiedlicher Moleküle“, sagt er. Das Fernziel sei sogar, das Beste der bestehenden Motoren zu kombinieren: so emissionsarm wie ein Benziner, aber so leistungsstark und CO2-arm wie ein Diesel.

Und die Forscher im Cluster wollen in Zukunft noch einen Schritt weiter gehen. Für die Treibstoffherstellung wird Wasserstoff benötigt. Dieser soll immer dann, wenn Sonne, Wind oder Wasserkraft Strom im Überfluss produzieren, durch Elektrolyse erzeugt werden und auf diese Weise als Zwischenspeichermedium dienen. Das Verfahren nennt sich Power-to-Liquid.

Die Idee, Biomasse mithilfe von regenerativen Energien in Kraftstoff umzuwandeln, klingt im ersten Moment zu schön um wahr zu sein. Bioabfälle und andere pflanzliche Reststoffe gibt es schließlich reichlich. Wäre es tatsächlich möglich, erdölbasierte Kraftstoffe einfach durch synthetische Kraftstoffe zu ersetzen, die zusätzlich noch stickoxidarm, rußfrei und CO2-arm verbrennen, wäre das Abgasproblem auf einen Schlag gelöst. Zudem könnte man auf bestehende Strukturen zurückgreifen. Deutschland hat eine jahrzehntelang etablierte Autoindustrie, ein dichtes Tankstellennetz und die zugehörige Ingenieurserfahrung. In alldem liegt das Elektroauto noch weit zurück. Wo also ist der Haken?

Die Herstellung ist aufwendig und teuer

„In erster Linie ist die Herstellung noch immer aufwendig und teuer“, sagt Stefan Pischinger. Das liegt vor allem an den Umwandlungsverlusten während des Syntheseprozesses. Außerdem müssten neue Raffinerien gebaut werden, was mit hohen Investitionen verbunden ist. Dazu bräuchten die Kraftstoffhersteller eine hohe Planungssicherheit. Auch die Akzeptanz des Kunden ist ein entscheidender Faktor. „Die Rahmenbedingungen für einen solchen Kraftstoff gemeinsam mit der Industrie und der Gesellschaft zu schaffen, ist Aufgabe der Politik und ohne Zweifel eine große Herausforderung“, sagt er.

Ein Lehrbeispiel dafür, wie es nicht laufen sollte, war die Einführung des E10-Benzins vor einigen Jahren. E10 soll durch die Beimischung von zehn Prozent Bioethanol zum fossilen Ottokraftstoff den Verbrauch fossiler Energie sowie die CO2-Emissionen reduzieren. Doch unzureichende Aufklärung und widersprüchliche Stimmen zur Verträglichkeit in den Motoren älterer Autos haben zu einer Verunsicherung in der Gesellschaft geführt – und damit zu breiter Ablehnung. Was der Kunde heute allerdings oft nicht weiß: Vielen herkömmlichen Kraftstoffen sind ohnehin bis zu fünf Prozent Bioethanol beigemischt.

Ein anderes Problem ist auch die verbreitete Skepsis in der Autoindustrie. Dort ist man auf gleichbleibend hohe Exportzahlen angewiesen. Doch China und die USA setzen immer stärker auf die Elektromobilität. Die Hersteller sind also gezwungen auch dort mitzumischen, um konkurrenzfähig zu bleiben. Mit einer Einführung der synthetischen Kraftstoffe nur in Deutschland ist es also auch nicht getan.

Dennoch könnten sie auf dem Weg hin zu klimaneutraleren Mobilitätskonzepten einen Teil der rund 55 Millionen Tonnen Kraftstoffe in Deutschland jährlich ersetzen. „Ich denke, wir werden letztlich eine Mischung aus verschiedenen Antriebstypen haben. Und da, wo der Verbrennungsmotor die beste Alternative ist, kann mit synthetischen Kraftstoffen aus Biomasse ein entsprechender Beitrag geleistet werden“, sagt Stefan Pischinger.

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