Synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff – ein Mobilitätssprung

Treibhausgase wie CO2 und Methan nutzen, um Autos zu betanken? Kein Wunschgedanke, sondern Realität. So hat INERATEC, ein Spin-off des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), mobile Reaktoren entwickelt, in denen aus CO2 synthetische Kraftstoffe hergestellt werden. Das Besondere dabei: Die dazu nötige regenerative Energie wird direkt dort genutzt, wo sie anfällt, zum Beispiel an einem Wasserkraftwerk oder einem Solar- oder Windpark. Möglich wird dies durch die mobilen Reaktoren in Wohnzimmertisch-Größe, verpackt in handelsüblichen Schiffscontainern.

Synthetische Kraftstoffe: Das Verfahren

Mithilfe der lokal verfügbaren Energie wird in einem ersten Schritt, der Elektrolyse, Wasserstoff erzeugt. Gemeinsam mit CO2, das u. a. durch Filtertechnologie direkt aus der Luft entnommen werden kann, wird somit Synthesegas hergestellt. Dieses lässt sich zu Benzin, Kerosin oder Diesel (E-Fuels, PowerFuels) umwandeln. Synthetische Kraftstoffe können so eine CO2-neutrale Mobilität bedeuten.

Die Gewinnung synthetischer Kraftstoffe unter Einsatz von erneuerbarer Energie ist mehr als eine Beachtung wert, wie es uns Japan derzeit vormacht. Spätestens zu Beginn der Olympischen Spiele werden auf den Bildschirmen saubere, weiße Wolken umherziehen: Eine Welt aus modernen Sportstätten, Grünanlagen und Fahrzeugen, die nichts außer Wasser verströmen. An Tankstellen dann großes Kino: Dort, wo sich sonst der Tankwart sein Brot durch schwarzes Gold verdient, werden Ausstellungen und Riesen-Displays installiert. Sie alle informieren, wie eine Auto-Brennstoffzelle aus Wasserstoff Strom gewinnt und ohne stinkende Abgase angetrieben wird. Dann Bilder zu Sportstätten und dem Olympischen Dorf: Beim Umbau des Dorfs zu Wohnheimen sollen Brennstoffzellen aus reinem Wasserstoff dezentral Strom und Heißwasser erzeugen. Die Mission: mit Wasserstoff als Energiespeicher das Klima retten. Geht das auf oder geht es um eine Neupositionierung im globalen Markt?

 

Wasserstoff – das farblose „grüne Gas“

Wasserstoff ist im Gegensatz zu Erdöl, Wind- oder Sonnenenergie keine Energiequelle, sondern ein Energiespeicher. In Natur kommt Wasserstoff (H2) nur in gebundener Form vor, z. B. in Wasser oder Erdgas. Um H2 aus der Verbindung zu lösen, ist Energie nötig – etwa bei der Elektrolyse, bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Für eine umweltfreundliche Wasserstoff-Erzeugung werden regenerative Energien wie Sonnen- oder Windenergie verwendet.

Unbestritten ist, dass beim Wasserstoffantrieb große Teile der gespeicherten Energie verloren gehen. Auf den ersten Blick haben Elektroantriebe einen höheren Wirkungsgrad. Geht es aber um eine effektive Reduzierung der Kohlendioxidemission, sinkt in einer Gesamtbeurteilung inklusive der Stromerzeugung der Vorsprung von Elektroautos. Und das vor allem in Ländern, in denen noch immer viel Kohle verstromt wird.

 

Wo ist Wasserstoff besonders aussichtsreich?

Anwendungen für Wasserstoff eignen sich besonders in der Industrie oder im Schwerlastverkehr, wie Schiffs- oder Lkw-Transport. Denn in diesem Bereich wird es in absehbarer Zeit keine Batterien in ausreichender Größe für die reine Elektromobilität geben.

Regenerativ erzeugter „grüner“ Wasserstoff kann auch als Stromspeicher eingesetzt werden und zeitliche bzw. räumliche Schwankungen der Stromerzeugung aus Sonnen- oder Windenergie ausgleichen. Außerdem laufen aktuell Forschungen an reversiblen Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die nicht nur Strom erzeugen, sondern sich auch für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse nutzen lassen. Sie haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad. Neben der Zwischenspeicherung von Strom bei Versorgungsschwankungen eignen sie sich daher auch für den Einsatz in abgelegenen Stationen. So kann in Bergregionen und auf Inseln eine autarke Energieversorgung sichergestellt werden.

Es geht nicht um ein Kopf-um-Kopf-Rennen zwischen Wasserstoff- und Elektroantrieb, beide Arten können nebeneinander existieren. Wichtig ist, die Forschung voranzutreiben, auf Bundes- wie Länder-Ebene. Wenn es dann auch noch Institutionen wie INERATEC gibt, die mobil und weltweit einsetzbare, kosteneffiziente Reaktoren entwickeln, kann die Mobilität einen mobilen Sprung nach vorne erfahren.

Synthetische Kraftstoffe: Der gesamte Artikel zur Weltneuheit, der portablen Reaktortechnologie, ist hier nachzulesen: Kraftstoff aus CO2 – dezentrale Kompaktanlagen für emissionsfreie Mobilität. Das Start-up INERATEC hat 2018 den Deutschen Gründerpreis gewonnen.