Ist die Zukunft synthetisch? E-Fuels und das zukünftige Energiesystem

Ist die Zukunft synthetisch? E-Fuels und das zukünftige Energiesystem

Ich habe bereits früher über die Herausforderungen bei der Suche nach einer Energiequelle für Branchen gesprochen, die eine Quelle konzentrierter Energie benötigen, wie dieLuftfahrt oder sogar die Raumfahrt. In meiner Diskussion habe ich die Herausforderungen hervorgehoben, die Batterien und Wasserstoff mit der Energiedichte haben und sogar Ammoniakals mögliche Alternative vorgeschlagen. Es gibt eine verlockende Aussicht, auf die ich noch nicht eingegangen bin: synthetische Kraftstoffe.

Die Prämisse beisynthetischen Kraftstoffen ist, dass ein flüssiger Kohlenwasserstoff entweder aus Biomasse oder durch Reaktion von Wasserstoff mit Kohlendioxid gebildet werden kann. Derzeit sind alternative flüssige Kraftstoffe in der Regel Biomasse-Derivate - es sind jedoch die aus reinem Wasserstoff hergestellten Kraftstoffe, die sogenannten E-Fuels, die eine spannende Perspektive für die Dekarbonisierung von Sektoren bieten, die eine Energiequelle mit hoher Dichte benötigen.

DerBP-Energieausblick2019 beziffert die weltweite jährliche Nachfrage nach Transportkraftstoffen auf knapp 2000 Millionen Tonnen im Jahr 2035.... Ein allmählicher Anstieg von den jetzt verbrauchten 1500 Mio. Tonnen. Der Löwenanteil entfällt dabei auf Lkw und etwa ein Drittel auf den Luft- und Seeverkehr. Lkw, Schiffs- und Flugverkehr stellen die größte Herausforderung für die Dekarbonisierung dar - da es derzeit keine skalierbare grüne Alternative gibt, vor allem aufgrund der Energiedichte der derzeit verfügbaren alternativen Energiequellen. Für diese Herausforderung der Energiedichte stellen E-Fuels eine potenziell spannende Lösung dar.

Wie werden E-Fuels hergestellt?

Um E-Fuels herzustellen, benötigt man viel reinen Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Kohlenmonoxid wird hergestellt, indem Kohlendioxid durch die aufregend genannte "umgekehrte Wassergasverschiebungsreaktion" geleitet wird, bei der Elektrizität zur Aufspaltung der Kohlendioxidmoleküle verwendet wird. Es gibt viele Quellen für Kohlendioxid, wie die Verbrennung von Methan, Kohle oder sogar Biomasse. Der Vorteil der Verwendung dieses Kohlendioxids in diesem Prozess ist, dass es nicht in die Atmosphäre freigesetzt oder abgeschieden werden würde.

DerWasserstoff, der in großen Mengen benötigt wird, wäre teurer zu beschaffen. In einer Welt, die von Wasserstoff angetrieben wird, ist jedoch die Aussicht auf reichlich "grünen" Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus Offshore-Wind erzeugt wird, die hoffnungsvollste Quelle. Alternativ könnten sowohl der Wasserstoff als auch das Kohlendioxid durch Dampfstrahlen von Methan gewonnen werden. Wo auch immer der Wasserstoff herkommt, der Prozess wird wahrscheinlich sehr energieintensiv sein!

Der letzte E-Fuels-Prozess wirdFischer Tropsch genannt. Der Prozess benötigt einen Katalysator wie Kobalt, Ruthenium oder Eisen. Das Ausgangsmaterial aus reinem Wasserstoff und Kohlenmonoxid wird mit dem Katalysator in einer Kammer unter Druck zur Reaktion gebracht - das Ergebnis ist reiner flüssiger Kohlenwasserstoff. Bei diesem Prozess wird viel Wärme erzeugt, so dass es wichtig ist, einen Platz für diese Wärme zu finden! Es ist diese Wärmeerzeugung, die den Prozess ziemlich ineffizient macht, da ein Großteil der in den Wasserstoffmolekülen vorhandenen Energie als Wärme verloren geht. Wenn diese Wärme genutzt werden kann, zum Beispiel in einem industriellen Prozess oder in derFernwärme, dann besteht die Möglichkeit, die Gesamteffizienz des Systems zu verbessern.

Wird es in Zukunft E-Fuels geben?

Studien wie die der RoyalSociety gehen von Kosten in Höhe von etwa eineinhalb Euro pro Liter bis 2050 aus. Mit dem Preisschild von vier Euro fünfzig pro Liter sind sie aber jetzt schon vom Markt verdrängt!

Wenn die Gesetzgebung Lkw, Flug- und Schiffsverkehr auf kohlenstofffreien Antrieb umstellt, werden synthetische E-Treibstoffe wahrscheinlich eine Rolle spielen. In welchem Maße, hängt von der Tiefe der Dekarbonisierung ab und davon, wie konkurrierende Technologien die Energiedichtegrenze verschieben können. Außerdem wird sich das menschliche Verhalten auf die Nachfrage nach Anwendungen auswirken, die eine hohe Energiedichte benötigen - könnte der Straßentransport auf die elektrifizierte Schiene verlagert werden? Wird es weniger Langstreckenfahrten geben? Zum Beispiel.

Schließlich ist zu beachten, dass die im Prozess verwendeten Katalysatoren schwer zu finden sind und ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen. Insbesondere der Abbau von Kobaltund Nickel, bei dem Ruthenium als Nebenprodukt anfällt, ist aus ethischer Sicht bedenklich. Wie bei der Batterietechnologie scheint es, dass alle Wege überdacht werden müssen, um nachhaltig und nicht nur kohlenstoffarm zu sein.

John ist Autor des Buches "The Future of Energy", das bei Amazon erhältlich ist. UK, US,

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