Kreuzfahrt- und Containerschiffe zählen zu den größten Klimasündern. Sprit aus nachwachsenden Rohstoffen würde sie um ein Vielfaches umweltfreundlicher machen.

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Biotreibstoff für Schiffe und Flugzeuge „Die Zeit der großen Stinker wäre vorbei“

05.05.2020

Wenn es um den globalen CO2-Ausstoß geht, stehen insbesondere Kreuzfahrt- und Containerschiffe in der Kritik. Wissenschaftler produzieren deshalb alternative Biotreibstoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Zu Benzin, Diesel oder sogar Kerosin für Flugzeuge weiterverarbeitet könnten sie die Treibhausgas-Emissionen um bis zu 30 Prozent verringern.

Schiffe zählen zu den größten Klimasündern. Millionen Tonnen verbrannter Schiffsdiesel verschmutzen die Umwelt, weltweit ist die Schifffahrt für den Ausstoß von etwa einer Milliarde Tonnen Kohlendioxid verantwortlich.

Diese Klimalast signifikant verringern wollen Maschinenbauingenieur Dr. Andreas Menne und seine Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht. Mit einer neuen Technologie stellen sie synthetischen Diesel und Benzin aus nachwachsenden Rohstoffen her. Er verwandelt Bioethanol in Diesel, Benzin oder Jetfuel, die nahezu die gleichen Eigenschaften haben wie fossile Kraftstoffe.

E-Autos werden nicht ausreichen

Nachwachsende Rohstoffe helfen, den CO2-Ausstoß des Transportsektors erheblich zu reduzieren. „Ob Stroh, Laub, Sägemehl oder Restholz – als Ausgangsrohstoff für das Bioethanol können wir fast alles verwenden“, erklärt Menne. Der neue klimafreundliche Biosprit setzt deutlich weniger Treibhausgase frei und soll den Tank komplett füllen können. Bei E10 wird das Bioethanol nur zu fünf bis zehn Prozent dem fossilen Benzin beigemischt.

„Da merke ich den Klimaeffekt kaum“, sagt Menne. „Allein E-Autos, Hybrid und Brennstoffzellen werden es nicht schaffen, die Treibhausgas-Emissionen ausreichend schnell zu reduzieren. Wir brauchen einen ganzheitlichen Ansatz und viele Lösungen für die Kraftstoffe der Zukunft.“

Die Neufassung der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED II) hat den Handlungsdruck erhöht. Fortschrittliche Kraftstoffe sollen bis 2030 einen Anteil von 3,5 Prozent haben. Gleichzeitig wird der Anteil alternativer Kraftstoffe auf der Basis von Nahrungsmitteln um den gleichen Anteil verringert.

Bioethanol aus Weizenstroh

Die Umsicht-Forschenden produzieren in einer Testanlage bis zu 20 l des neuen Biosprits pro Woche. Sie verwenden Bioethanol, das aus Weizenstroh hergestellt wird. „Aber eigentlich kann ich auch jeden anderen Alkohol nehmen“, sagt Menne.

Der Alkohol aus Stroh fließt aus dem Metallfass zuerst noch flüssig durch die Rohrleitungen der Testanlage in einen Verdampfer. Erst nachdem er 350 °C heiß ist und unter einem Druck von 20 bar steht, strömt der gasförmige Alkohol in das Herzstück der Anlage, den röhrenförmigen Reaktor. Er ist gefüllt mit Stücken aus Aktivkohle, die mit einem neu entwickelten Katalysatormaterial beschichtet sind. Sie treiben die Kondensation des Gases voran, bei der die einzelnen Kohlenstoffverbindungen gekoppelt werden.

Je nachdem, wie viele Kohlenstoffe sich verbinden, entsteht Benzin, Kerosin oder Diesel. „Oft wird ein Katalysator im Labor entwickelt, und es ist dann schwer, ihn in großen Mengen zu produzieren. Aber für diesen können wir die Materialien preiswert kaufen, denn er besteht nicht aus Edelmetallen oder Seltenen Erden. Und vor allem: Er ist langzeitstabil“, erklärt Menne.

Tests bestätigen niedrige Abgaswerte

Genug Power hat der Biotreibstoff. Das haben ihm die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT im badischen Pfinztal bestätigt. Sie haben den neuen Kraftstoff dazu auf einem Prüfstand mit kommerziell üblichen Motoren getestet. Hier wurden präzise die Motorleistung und die Abgaswerte ermittelt – bei unterschiedlicher Leistung im Betrieb, beim Kaltstart und unter verschiedenen Lasten und Drehzahlen.

Das Ergebnis: Der Biosprit hat eine etwas höhere Energiedichte als herkömmliche Kraftstoffe. Ein Fahrzeug mit dem neuen Treibstoff im Tank hätte also in einem echten Rennen die Nase leicht vorn. Auch die Abgaswerte überzeugten beim synthetischen Kraftstoff. Weniger Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und wesentlich weniger Ruß kamen aus dem Auspuff. Der Biosprit ist außerdem nah an den physikalischen Eigenschaften von fossilem Diesel und daher normgerecht realisierbar.

Um die Ökobilanz zu erstellen, zählt Venkat Aryan, Chemieingenieur am Fraunhofer Umsicht, jedes Molekül der Klimagase in jedem Prozessschritt zusammen. Die „Well-to-Wheel“-Analyse berücksichtigt alle Treibhausgase von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur Umwandlung des Treibstoffs in Bewegungsenergie – die Förderung des Erdöls aus der Erde, den Anbau von Pflanzen für den Biosprit, die Abgase.

Je nach Ethanolquelle stehen im Ergebnis dem erdölbasierten Dieselkraftstoff mit 94 g CO2-Äquivalente je MJ 64,3 bis 91,6 g CO2-Äquivalente für synthetischen Diesel aus Weizenstroh gegenüber. Das sind bis zu 32 Prozent weniger.

Reedereien können Biosprit selbst produzieren

„Unser Kraftstoff kann zu Benzin, Diesel oder sogar Kerosin für Flugzeuge werden. Aber Letzteres ist am aufwendigsten“, sagt Menne.

Einfacher geht es beim Schiffsdiesel. Er braucht keine Veredlung durch eine Raffinerie. Menne: „Man könnte unsere Anlage einfach so in einen Hafen stellen. Unser Verfahren ist so unkompliziert, dass die Reedereien ihren Diesel selbst produzieren könnten. Dann wäre die Zeit der großen Stinker schnell vorbei.“

Die Technologie ist bereits marktreif. Zwar ist der synthetische Diesel bisher teurer als Diesel aus Erdöl. Menne ist aber zuversichtlich, dass sich das bald ändern könnte. Denn mit den neuen gesetzlichen Regelungen werden die fossilen Stoffe nicht mehr so billig herzustellen sein.

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