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Synthetisch hergestellter, "grüner" Kraftstoff. Die Technik des Power-to-Liquid-Prinzips

Studienarbeit 2021 40 Seiten

Zusammenfassung

Ziel dieser Studie ist es, eine Antwort auf die Frage zu finden, welche Rolle synthetisch hergestellte, strombasierte Flüssigkraftstoffe für den Klimaschutz in Deutschland und Europa in den kommenden Jahren spielen können.

Dazu wurde zunächst der Technologieprozess des Power-to-Liquid-Verfahrens analysiert und alle Prozessschritte nachvollzogen. Anschließend erfolgte eine wirtschaftliche Betrachtung der Power-to-Liquid-Technologie, in der Vor- und Nachteile der PtL-Kraftstoffe beleuchtet und die aktuellen ökonomischen Rahmenbedingungen in Deutschland für die E-Fuel-Produktion aufgezeigt wurden. Ebenso untersucht die Studie, ob es sinnvoll wäre, eine dezentrale Produktion der E-Fuels an günstigeren Standorten im Ausland zu präferieren.

Als Ergebnis der Studie kann festgehalten werden, dass die Verwendung von E-Fuels für einen emissionsfreien Verkehr nur unter bestimmten Voraussetzungen geeignet ist. Aufgrund der hohen Wirkverluste während des Herstellungsprozesses und dem damit sehr hohen Energieverbrauch ist im normalen Straßenverkehr die direkte Nutzung des Stroms in batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen der Nutzung von E-Fuels vorzuziehen. Hierfür muss ein Ausbau der Infrastruktur und der Technologie der E-Mobilität seitens der Politik vorangetrieben werden. Im Übergangszeitraum von Verbrennungsmotoren zu Elektromotoren können die E-Fuels allerdings einen wichtigen Beitrag zur Minderung der THG-Emissionen bewirken. In Verkehrsbereichen, in denen in absehbarer Zeit keine Elektrifizierung der Antriebe möglich sein wird (Schiff- und Luftfahrt), ist die Nutzung von E-Fuels sinnvoll und notwendig, um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen. Die Politik sollte für die Produktion und Nutzung von E-Fuels in den kommenden Jahren geeignete Rahmenbedingungen schaffen, um eine reibungslose Integration der E-Fuels in das Energienetz zu gewährleisten.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Problemstellung und Aufgabe

2 Definition des synthetischen Kraftstoffs

3 Die Technik des Power-to-Liquid-Prinzips
3.1 Bereitstellung von Kohlenstoff
3.1.1 Kohlenstoffdioxid aus Biomasse
3.1.2 Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre
3.1.3 Kohlenstoffdioxid aus industriellen Prozessen
3.2 Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse
3.3 Die Kraftstoffsynthese
3.3.1 Fischer-Tropsch-Synthese (FT-Synthese)
3.3.2 Methanolsynthese
3.4 Verteilung des Kraftstoffes
3.5 Bewertung des Gesamtprozesses und Vergleich mit anderen strom basierten Kraftstoffen

4 Aktuelle Situation und wirtschaftliche Rahmenbedingungen
4.1 Aktuelle Situation der E-Fuel Produktion in Deutschland
4.2 Wirtschaftliche Rahmenbedingungen in Deutschland

5 Produktion von E-Fuels an günstigeren Standorten im Ausland als Alternative

6 Bedeutung der E-Fuels für den Klimaschutz

7 Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick in die Zukunft

Literaturverzeichnis

Kurzfassung/Abstract

Ziel der vorliegenden Studie ist es, eine Antwort auf die Frage zu finden, wel­che Rolle synthetisch hergestellte, strombasierte Flüssigkraftstoffe für den Kli­maschutz in Deutschland und Europa in den kommenden Jahren spielen kön­nen. Dazu wurde zunächst der Technologieprozess des Power-to-Liquid-Ver- fahrens analysiert und alle Prozessschritte nachvollzogen. Anschließend er­folgte eine wirtschaftliche Betrachtung der Power-to-Liquid-Technologie, in der Vor- und Nachteile der PtL-Kraftstoffe beleuchtet und die aktuellen ökonomi­schen Rahmenbedingungen in Deutschland für die E-Fuel-Produktion aufge­zeigt wurden. Ebenso untersucht die Studie, ob es sinnvoll wäre, eine dezent­rale Produktion der E-Fuels an günstigeren Standorten im Ausland zu präfe- rieren.

Als Ergebnis der Studie kann festgehalten werden, dass die Verwendung von E-Fuels für einen emissionsfreien Verkehr nur unter bestimmten Vorausset­zungen geeignet ist. Aufgrund der hohen Wirkverluste während des Herstel­lungsprozesses und dem damit sehr hohen Energieverbrauch ist im normalen Straßenverkehr die direkte Nutzung des Stroms in batteriebetriebenen Elekt­rofahrzeugen der Nutzung von E-Fuels vorzuziehen. Hierfür muss ein Ausbau der Infrastruktur und der Technologie der E-Mobilität seitens der Politik voran­getrieben werden. Im Übergangszeitraum von Verbrennungsmotoren zu Elekt­romotoren können die E-Fuels allerdings einen wichtigen Beitrag zur Minde­rung der THG-Emissionen bewirken. In Verkehrsbereichen, in denen in abseh­barer Zeit keine Elektrifizierung der Antriebe möglich sein wird (Schiff- und Luftfahrt), ist die Nutzung von E-Fuels sinnvoll und notwendig, um die Klima­schutzziele der Bundesregierung zu erreichen. Die Politik sollte für die Pro­duktion und Nutzung von E-Fuels in den kommenden Jahren geeignete Rah­menbedingungen schaffen, um eine reibungslose Integration der E-Fuels in das Energienetz zu gewährleisten.

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Eigenschaften/Kennwerte der Kohlenstoffdioxidbereitstellung

Tabelle 3-2: Annahmen/Kennwerte der Elektrolyse

Tabelle 3-3: Wirkungsgrad verschiedener strombasierter Kraftstoffe

1 Problemstellung und Aufgabe

„Die Mobilität, wie wir sie heute praktizieren, ist nicht zukunftsfähig.“ 1

Horst Köhler, 2010

In Zeiten einer globalen Klimaveränderung historischen Ausmaßes, welche wohl hauptsächlich durch die vom Menschen verursachten CO2 -Emissionen zu Stande kommt, ist es essenziell, dass in allen möglichen Bereichen die Kohlenstoffdioxidproduktion deutlich zurückgeht. Bereits heute, bei einer Er­wärmung von rund 1 K, sind die Auswirkungen des Klimawandels auch in Deutschland in Form von extremen Wetterereignissen, wie langanhaltender Hitze- und Dürreperioden, spürbar. Erhöht sich der CO2 -Gehalt in der Atmo­sphäre ungebremst weiter, so gehen Experten davon aus, dass es in ein paar Jahren zu irreversiblen Schäden am gesamten globalen Ökosystem kommt, die fatale Auswirkungen auf das gesamte Leben auf der Erde haben werden. [vgl. 2].

Während im Bereich der Energiewirtschaft, Industrie und Landwirtschaft die CO2 -Emissionen durch eingeleitete Maßnahmen, wie z.B. den Emissionshan­del 2019 reduziert werden konnten, stiegen sie im Verkehrssektor weiter an. Den Grund sieht die Bundesregierung vor allem in der steigenden Zahl der Neuzulassungen von Autos mit klassischen Verbrennungsmotoren [vgl. 3].

Der Verkehrssektor trägt in entscheidendem Maße zu den CO2 -Emissionen in Deutschland bei. Wie Abbildung 1-1 zeigt, lag sein Anteil an der gesamten Emission von Treibhausgasen 2018 in Deutschland bei 19 % und damit - ver­glichen mit den anderen Sektoren - an dritter Stelle.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-1: Anteile der Treibhausgas-Emissionen in Deutschland 2018 [vgl. 4]

Nicht nur im Bereich Klimawandel spielt der klassische Verbrennungsmotor eine kritische Rolle, sondern auch bezüglich der Luftqualität in den großen Ballungsräumen besteht dringender Handlungsbedarf. Die EU-Kommission hat eine neue Abgasnorm für Diesel entworfen, die die Schadstoffgrenzwerte bis 2025 drastisch verschärfen soll [vgl. 5]. Die Einhaltung dieser Grenzwerte wäre laut 5 mit einem herkömmlichen Diesel-Verbrennungsmotor nicht mehr möglich. Es müssen deshalb also alternative Lösungen gefunden werden.

Bereits 2010 stellte der ehemalige Bundespräsident Horst Köhler fest, dass die Mobilität sich stetig weiterentwickeln müsse, um zukunftsfähig zu bleiben (vgl. Eingangszitat). Die oben beschriebenen Herausforderungen können nur mit einer konsequenten Verkehrswende bewältigt werden, bei der die Mobilität auf alternativen Antriebsformen basiert und ohne die Verbrennung von fossi­lem Diesel und Benzin auskommt.

Eine mögliche Alternative zu den klassischen Antriebsmöglichkeiten Diesel und Benzin stellen dabei synthetisch hergestellte Kraftstoffe dar. Sie erzeugen bei der Verbrennung keinerlei schädliches Treibhausgas und ihre Herstellung ist zusätzlich auch völlig klimaneutral. Die Frage ist jedoch, ob sich die groß­flächig angelegte Produktion eines wasserstoffbasierten, umweltfreundlichen Kraftstoffs wirtschaftlich gesehen lohnen würde.

Bei der Herstellung synthetischer Kraftstoffe fallen mitunter hohe Wirkverluste an, es bleiben von der beim Herstellungsprozess eingesetzten Energie am Ende lediglich 10-15 % übrig [vgl. 6]. Damit liegt der synthetische Kraftstoff im Vergleich hinter anderen Antriebsalternativen, wie zum Beispiel dem Elektro­motor, der einen Wirkungsgrad von 70-80 % vorweisen kann, deutlich zurück. Dazu wird der Kostenpunkt eine wesentliche Rolle bei der Frage spielen, ob sich der synthetische Antrieb am Ende durchsetzen kann oder nicht. Anhand dieser und anderer technischer und wirtschaftlicher Faktoren soll also die Frage geklärt werden, ob ein synthetisch hergestellter, wasserstoffbasierter, „grüner“ Kraftstoff eine zukunftsfähige, umweltfreundliche Alternative zu den herkömmlichen Antrieben Diesel und Benzin sein kann.

Momentan kommen bereits einige verschiedene synthetische Kraftstoffe zur Anwendung, denen unterschiedliche Herstellungsverfahren zu Grunde liegen. In dieser Arbeit soll jedoch besonders auf das Power-to-liquid-Verfahren ein­gegangen werden. Dieses Verfahren beschreibt, wie man aus CO2, welches z.B. als Abfallprodukt aus anderen Produktionsanlagen kommt und Wasser mit Hilfe von erneuerbaren Energien zunächst das Wasser per Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet und dann den Wasserstoff zusammen mit dem CO2 zu einem synthetischen Kraftstoff weiterverarbeiten kann.

Auf Grundlage vorhandener Literatur soll eine genaue technische Analyse des Power-to-liquid-Verfahrens vorgenommen werden, in der das Verfahren zu­nächst im Detail beschrieben wird und dann wirtschaftliche sowie technische Aspekte bei der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen beleuchtet werden. Anschließend werden die Vor- und Nachteile des „grünen“ Kraftstoffs aufge­zählt, wobei auch eine vergleichende Betrachtung mit alternativen Antriebs­möglichkeiten, wie z.B. E-Mobilität vorgenommen wird. Aspekte wie zukünftige Preisentwicklung, technischer Aufwand, vorhandene Infrastruktur oder Effizi­enz werden untersucht, um am Ende ein vollständiges Analysebild des syn­thetischen Kraftstoffs zu erhalten.

Die Studie soll auch zeigen, ob das Herstellen des synthetischen Kraftstoffs in Deutschland überhaupt sinnvoll ist, da genügend erneuerbare Energien für die Elektrolyse des Wassers bereitgestellt werden müsste, der Ausbau der erneu­erbaren Energien in Deutschland jedoch nur schleppend voran geht. Eine mögliche Lösung könnte es sein, den „grünen“ Kraftstoff in südlicheren Regi­onen, wie Südeuropa oder Nordafrika zu erzeugen und ihn dann über ver­schiedene Transportwege, wie Pipelines oder Schiffe nach Deutschland zu transportieren. Dieser Lösungsansatz muss jedoch auf seine tatsächliche Rentabilität geprüft werden.

2 Definition des synthetischen Kraftstoffs

Synthetische Kraftstoffe, die auch als E-Fuels oder „grüne“ Kraftstoffe bezeich­net werden, sind Kraftstoffe, die aus synthetisiertem Wasserstoff und Kohlen­stoffdioxid gewonnen werden. Anders als bei den herkömmlichen, fossilen Brennstoffen Diesel, Benzin und Kerosin stammt die in ihnen enthaltene Ener­gie nicht aus Erdöl, sondern aus Strom von erneuerbaren Energiequellen [vgl. 7, S. 5].

Der synthetische Kraftstoff besteht grundsätzlich aus zwei verschiedenen Komponenten. Wasserstoff, der mit Hilfe von nachhaltigem Strom per Elektro­lyse gewonnen wird, wird mit CO2 vermischt. Das CO2 wird hierbei entweder direkt aus der Luft gezogen oder als Abfallprodukt von Industrieprozessen ver­wertet. Es entstehen langkettige Kohlenwasserstoffe, die in ihrem Aufbau den fossilen Kraftstoffen ähneln [vgl. 8].

Der Realisierungsprozess der E-Fuels wird übergeordnet auch als Power-to- Fuel bezeichnet. Je nachdem, ob es sich um flüssige oder gasförmige Kraft­stoffe handelt, können die verschiedenen Herstellungsverfahren als Power-to- Liquid (PtL) oder Power-to-Gas (PtG) bezeichnet werden [vgl. 8].

Abbildung 2-1 stellt diese beiden Verfahren vereinfacht dar, eine detaillierte Analyse der Technik des Power-to-Liquid-Verfahrens erfolgt im nachfolgenden Teil der Studie.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wird für die Produktion der E-Fuels ausschließlich Strom von erneuerbaren Energien verwendet, so gilt der synthetische Kraftstoff als treibhausgasneutral, da er bei der Verbrennung nur so viel CO2 freisetzt, wie ihm zuvor während der Synthese zugeführt wurde.

Synthetische Kraftstoffe können - wie die klassischen, fossilen Kraftstoffe - auch in Verbrennungsmotoren eingesetzt oder diesen beigemischt werden, bestehende Antriebe sowie Tankstellen können somit weiterhin genutzt wer­den. [vgl. 9, S. 4]

3 Die Technik des Power-to-Liquid-Prinzips

Grundlage aller Verfahren zur Produktion von E-Fuels ist die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff (Elektrolyse) mit Strom aus regenerati­ven Energien. Der so erzeugte Wasserstoff kann dann entweder direkt als „grüner“ Wasserstoff in Brennstoffzellen als Antriebsmöglichkeit verwendet o­der in weiteren Prozessschritten zu E-Fuels weiterverarbeitet werden. Voraus­setzung hierfür ist die Bereitstellung von CO2, welches als Basis für die Syn­these von flüssigen Kraftstoffen gilt [vgl. 7, S. 6].

Im Folgenden werden die einzelnen Verfahrensschritte der Synthese von strombasierten Flüssigkraftstoffen (Power-to-Liquid) von der Kohlenstoffdi- oxidbereitstellung über die Elektrolyse bis hin zur Synthese des Kraftstoffs und der Verteilung in die Tankstellen vor dem Hintergrund des aktuellen techni­schen Standes vorgestellt.

3.1 Bereitstellung von Kohlenstoff

Synthetische Kraftstoffe bestehen - wie fossile Kraftstoffe - aus langkettigen Kohlenwasserstoffverbindungen. Neben Wasserstoff ist damit der Kohlenstoff ein wichtiger Bestandteil der E-Fuels. Als Kohlenstoffquelle dient bei den syn­thetischen Flüssigkraftstoffen Kohlenstoffdioxid (CO2). Das CO2 kann grund­sätzlich auf drei verschiedenen Wegen gewonnen werden, welche nachfol­gend beschrieben werden.

3.1.1 Kohlenstoffdioxid aus Biomasse

Die Nutzung von Kohlenstoffdioxid aus der Biogasherstellung gilt als die ein­fachste Methode, um CO2 gewinnen zu können. Hohe Anteile an CO2 in den Abgasströmen bei der Biogasproduktion sorgen dafür, dass der Energiebedarf für die Abscheidung des Kohlenstoffdioxids relativ gering ist. Die dazu notwen- digen Verfahren sind durch die Weiterverarbeitung des Biogases zu Biome­than bereits bekannt und werden eingesetzt. Nachteilig ist jedoch, dass die Biogasanlagen weitläufig verteilt sind und eine hohe lokale Konzentration des CO2 für die großindustrielle Herstellung von E-Fuels damit nicht gegeben ist. Eine Infrastruktur für den Transport des CO2 zu den Produktionsanlagen wäre notwendig und müsste zunächst aufgebaut werden [vgl. 7, S. 8 f.].

3.1.2 Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre

Aufgrund des geringen CO2 -Gehaltes in der Atmosphäre (ca. 0,04 %) stellt sich die Abtrennung des Kohlenstoffdioxids aus der Luft als technisch und energetisch wesentlich aufwendiger heraus als die Abtrennung aus dem Bio­gas. Neue Ansätze und Konzepte wie z.B. die Temperature Swing Adsorption werden in einigen Demonstrationsanlagen bereits zur Anwendung gebracht [vgl. 7, S. 9]. Die Betreiber geben den Strombedarf mit 0,7 - 1,8 MJ pro kg CO2 an [7, S. 9].

Die Atmosphäre ist im Gegensatz zum Kohlenstoff aus Biomasse eine unend­liche Kohlenstoffquelle, die keine Mengenbegrenzungen für die CO2 -Gewin- nung aufweist. Somit ist auch die lokale Produktion der E-Fuels bei dieser Me­thode unabhängig von der vorhandenen CO2 -Konzentration.

3.1.3 Kohlenstoffdioxid aus industriellen Prozessen

Auch die Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus den Abgasströmen von be­stimmten Industrieprozessen ist als Kohlenstoffquelle für die Herstellung von E-Fuels denkbar. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass für diese Indust­rieprozesse strombasierte, synthetische Stoffe als Ausgangsbasis genutzt werden, um eine tatsächliche Treibhausgasminderung zu gewährleisten. Der Energie- und Strombedarf für die Abscheidung des CO2 hängt dabei von der Kohlenstoffdioxidkonzentration in den Abgasströmen der Industrieprozesse ab und unterscheidet sich von Prozess zu Prozess. Generell ist er jedoch von den Bedarfen der drei Methoden der niedrigste (siehe Tabelle 3-1) [vgl. 7, S. 9].

Eine Übersicht über die Eigenschaften der verschiedenen Methoden der Koh- lenstoffdioxidgewinnung zeigt Tabelle 3-1.

Tabelle 3-1: Eigenschaften/Kennwerte der Kohlenstoffdioxidbereitstellung [vgl. 10, S. 17]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2 Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse

Bei der Elektrolyse handelt es sich um einen chemischen Prozess, bei dem mit Hilfe von elektrischem Strom Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Die dazugehörige Reaktionsgleichung lau­tet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Damit der spätere synthetische Kraftstoff als klimaneutral gelten kann, muss der Strom, der für diese Reaktion notwendig ist, vollständig aus erneuerbaren Energien bestehen. Bei der Elektrolyse wird er in chemische Energie umge­wandelt.

Grundsätzlich sind drei verschiedene Technologien entwickelt, mit denen die Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse realisiert werden kann. Sie weisen teilweise unterschiedliche Eigenschaften auf und haben daher verschiedene Vor- und Nachteile [vgl. 10, S. 18]:

- Alkalische Elektrolyse
- PEM-Elektrolyse
- Hochtemperaturelektrolyse

Die alkalische Elektrolyse ist die am weitesten verbreitete Methode, um Was­ser zur elektrolysieren, sie ist etabliert und verfügbar. Allerdings hat auch die PEM-Elektrolyse in den letzten Jahren einige technische Fortschritte erzielt und die Herstellungskosten konnten deutlich reduziert werden, weshalb auch diese Variante bereits breiter eingesetzt wird.

Die alkalische Elektrolyse und die PEM-Elektrolyse lassen sich auch unter der Niedrigtemperaturelektrolyse (NT-Elektrolyse) zusammenfassen, sie laufen bei 50 - 80 °C ab und haben ähnliche Kennwerte, was Energiebedarf und Wirkungsgrad angeht. Der Wirkungsgrad der NT-Elektrolyse liegt im Moment nach heutigem Stand der Technik bei ca. 65 % bezogen auf die eingesetzte Strommenge. Jedoch besteht technisches Verbesserungspotential, weshalb der Wirkungsgrad mittel- bis langfristig auf bis zu 75 % angehoben werden könnte [vgl. 7, S. 7].

Die alkalische Elektrolyse gilt als etwas effizienter und auch in der Anwendung als kostengünstiger. Die PEM-Elektrolyse überzeugt hingegen mit einem ge­ringeren Platzbedarf, geringerer Systemkomplexität und höheren Betriebsdrü­cken des Wasserstoffs [vgl. 7, S.7]. Grundsätzlich sind beide Formen der Elektrolyse auch in einer Anlage kombiniert anwendbar.

Die Hochtemperaturelektrolyse (HT-Elektrolyse) ist anders als die NT-Elektro- lyse bisher noch nicht technisch ausgereift und befindet sich aktuell noch in der Entwicklung. Theoretisch geht die Wissenschaft jedoch davon aus, dass mit diesem Elektrolyseverfahren höhere Wirkungsgrade von bis zu 90 % erzielt werden können [vgl. 10, S. 19].

Bei diesem Prozess läuft die Spaltung des Wassers bei 700 - 1000 °C ab, überhitzter Wasserdampf wird in Wasserstoff und Sauerstoff umgesetzt. Da für die Zerlegung von Wasserdampf weniger Energie benötigt wird als für die Spaltung von flüssigem Wasser, sinkt der Strombedarf im Vergleich zur NT- Elektrolyse. Hohe Wirkungsgrade können jedoch nur erreicht werden, wenn die Wärme, die für dieses Verfahren benötigt wird, nicht mit elektrischer Ener­gie, sondern mit der Abwärme aus den Folgeprozessen bei der Kraftstoffher­stellung erzeugt wird. Deswegen eignet sich die HT-Elektrolyse vor allem für den kombinierten Einsatz in Produktionsanlagen von synthetischem Kraftstoff und nicht allein zur Herstellung von reinem Wasserstoff [vgl. 7, S. 7].

Einen Überblick über die Kennwerte der verschiedenen Elektrolyseverfahren bildet Tabelle 3-2 ab.

Tabelle 3-2: Annahmen/Kennwerte der Elektrolyse [vgl. 10, S. 18]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.3 Die Kraftstoffsynthese

Bei der Synthese der Flüssigkraftstoffe bilden sich aus dem durch die Elektro­lyse gewonnenen Wasserstoff und extern zugegebenem Kohlenstoffdioxid Kohlenwasserstoffe, die dann zu Kraftstoffen weiterverarbeitet werden kön­nen. Für diese Synthese gibt es nach aktuellem technischem Stand zwei ver­schiedene Möglichkeiten, die im Folgenden vorgestellt werden [vgl. 7, S. 9 f.].

3.3.1 Fischer-Tropsch-Synthese (FT-Synthese)

Bei der Fischer-Tropsch-Synthese entstehen aus Wasserstoff und Kohlenstoff in einer exothermen Reaktion mit Hilfe eines Katalysators verschiedenartig zu­sammengesetzte Gemische mit einem spezifischen Kohlenwasserstoffanteil, der sich je nach Druck, Temperatur, Katalysator und Verhältnis zwischen Koh­lenstoff und Wasserstoff unterscheidet.

Diese Gemische können als Ersatz des fossilen Rohöls angesehen werden und werden durch Raffinerien anschließend in Endprodukte aufgetrennt, so­dass die bestehenden Verbrennungsmotoren und die Tankstelleninfrastruktur auch für die synthetischen Kraftstoffe mit nur geringen Anpassungen weiter­verwendet werden können.

Allerdings kann die FT-Synthese Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid nicht ohne Weiteres als Ausgangsprodukte verwenden. Durch die reverse Wassergas- Shift-Reaktion wird zunächst ein Synthesegas aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserdampf erzeugt. Da diese Reaktion bei ca. 700 °C abläuft, benötigt sie zugegebene Wärme von außen, die zumindest teilweise aus der exothermen FT-Synthese gewonnen werden könnte, sofern ein inte­grierter Prozess vorliegt.

Der Wirkungsgrad der FT-Synthese für die Kraftstoffproduktion, also das Ver­hältnis zwischen eingesetztem Wasserstoff und gewonnenem Kraftstoff liegt laut Literatur bei 62 - 72 % [vgl. 7, S. 10]. Aufgrund der etablierten und wei­testgehend ausgereiften Technologie ist eine signifikante Effizienzsteigerung in den nächsten Jahren nicht zu erwarten.

Abbildung 3-1 stellt die Reaktion, die der FT-Synthese zu Grunde liegt, noch einmal zusammenfassend und übersichtlich dar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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Details

Seiten
40
Jahr
2021
ISBN (eBook)
9783346473394
ISBN (Paperback)
9783346473400
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Duale Hochschule Baden Württemberg Mosbach – DHBW Mosbach
Erscheinungsdatum
2021 (August)
Note
1,1
Schlagworte
Power-to-liquid Alternative Antriebe Wasserstoff Verkehrswende

Autor

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Titel: Synthetisch hergestellter, "grüner" Kraftstoff. Die Technik des Power-to-Liquid-Prinzips