Kraftstoffe der Zukunft | Wissen & Umwelt | DW | 12.03.2015
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Wissen & Umwelt

Kraftstoffe der Zukunft

Noch tanken wir Benzin und Diesel, aber immer mehr Treibstoff stammt aus Pflanzen, zum Beispiel aus Algen. Auch Fahren mit verschiedenen Gasen liegt im Trend - und die kann man mit Strom gewinnen.

Biokraftstoffe gelten als klimafreundlich: Wenn man sie verbrennt, wird nur soviel Kohlendioxid (CO2) an die Umwelt abgegeben, wie die Pflanzen bei ihrem Wachstum gebunden haben. Allerdings täuscht diese Rechnung, denn um intensiv Biomasse industriell herzustellen, setzen Landwirte in großen Mengen Stickstoffdünger ein. Um den zu gewinnen, ist wiederum auch viel Energie nötig, und die kommt meist aus fossilen Energieträgern.

Es gibt sogar eine Studie des internationalen Forscherteams um Paul Crutzen vom Max-Plack-Institut für Chemie in Mainz, die besagt, dass Biokraftstoffe mehr klimaschädliche Emissionen verursachen können als reine fossile Brennstoffe. Deshalb verlangt die EU, dass Biokraftstoffhersteller mindestens 35 Prozent Einsparung nachweisen. Das gilt auch auch nur dann, wenn die Biokraftstoffe nicht auf extra dafür gerodeten Regenwaldflächen oder trockengelegten Feuchtgebieten angebaut wurden.

Eine Tankstelle (Foto: Harald Tittel/dapd)

Alle Autokraftstoffe lassen sich auch aus Pflanzen herstellen

Biokraftstoffe werden vor allem aus Raps, Mais oder Zuckerrohr gewonnen. Aus Raps kann man zum Beispiel reines Salatöl machen. Dieses lässt sich in nachgerüsteten Dieselmotoren gut verbrennen. Allerdings kann reines Salatöl einigen Dieselmotoren auch schaden, weil es sehr dickflüssig ist. Die Lösung ist Biodiesel. Dieser unterscheidet sich chemisch vom Salatöl. Während Landwirte Salatöl oft noch selbst herstellen können, wird Biodiesel aus den selben Pflanzen wie Raps in großtechnischen Anlagen hergestellt.

Um Fahrzeuge mit Ottomotoren anzutreiben benötigt man Bioethanol, wenn man kein Benzin benutzen will. Seine Herstellung ähnelt der von Schnaps: Zuerst werden Zuckerrohr oder -rüben, Mais oder Getreide vergoren und dann destilliert. In vielen Staaten wird dieses Ethanol dem Benzin zugemischt. In Deutschland ist das Benzingemisch "Super E10" seit 2008 auf dem Markt. Es enthält 10 Prozent Bioethanol. In einigen Staaten Lateinamerikas wird Benzin regulär mit 20 Prozent Bioethanol versetzt.

Algen und Holz als Rohstoff

Jatrophanüsse (Foto: Ton Rulkens)

Jatrophanüsse eignen sich für Kerosin

Als Ausgangsmaterial für die meisten Biokraftstoffe eignen sich auch Algen, die von Natur aus Öle bilden. Der große Vorteil: Wenn man Algen in riesigen Behältern züchtet, benötigt man dafür weniger als ein Zehntel der Fläche, als zum Beispiel für Raps oder Mais.

Damit konkurrieren Algen nicht so stark um Flächen für den Anbau von Lebensmitteln. Weil einige Algen einen sehr hohen Öl-Anteil bilden, eignen sie sich zudem für die Herstellung von Flugzeug-Kerosin. Bisher wird Bio-Kerosin allerdings vor allem aus Rapsöl, Palmöl oder dem Öl der Jatropha-Nuß hergestellt.

Forscher arbeiten derzeit auch an Verfahren, Bioethanol aus Holz oder Stroh herzustellen, also aus Pflanzenresten, die sehr viel Zellulose enthalten. Das Problem dabei: Man benötigt spezielle Enzyme, um die ligninhaltigen also hölzernen, Fasern aufzubrechen und in andere Zucker umzuwandeln, die leichter vergärbar sind. Bisher sind solche Techniken noch nicht marktreif.

Biogasanlage und Rapsfeld (Foto: Jürgen Fälchle - Fotolia.com)

Biogas ist umweltfreundlicher als Biosprit

Fahren mit Gas

Ottomotoren können nicht nur mit flüssigen Kraftstoffen fahren, sondern auch direkt mit Gas. Tankstellen für Erdgas-Autos gibt es bereits flächendeckend in vielen Ländern. Besonders städtische Busunternehmen oder Fuhrparks schätzen diese Antriebsform, weil Erdgas auch bei steigenden Benzin- und Dieselpreisen billig bleibt. Gas verbrennt zudem viel sauberer als Diesel. Weil dabei kaum Russpartikel entstehen - und somit auch kein Feinstaub, sind Erdgasfahrzeuge ideal für smogbelastete Großstädte.

Erdgas muss aber nicht fossilen Ursprungs sein. Auch aus Biomasse lässt sich Gas gewinnen. Wenn Fleischreste, Gülle, Fäkalien und Pflanzenbestandteile in Klär- und Biogasanlagen verfaulen, entsteht dabei Biogas. Das ist ein Gemisch verschiedener Faulgase mit einem hohen Methangasanteil. Auch auf stillgelegten Müllkippen lässt sich oft über Jahrzehnte noch Biogas gewinnen, weil dort Bakterien die organischen Müllbestandteile zersetzen.

Biogas kann schon jetzt in großen umgebauten LKW-Motoren verbrannt werden. Damit es sich aber auch für Autos eignet, muss daraus erst ein höherwertiges "Biomethan" werden. Dazu wird im Biogas enthaltener Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid entfernt. Im Vergleich mit Biodiesel oder Bioethanol schneidet Biomethan viel besser ab: Um die gleiche Menge Energie zu erzeugen, benötigt man bei Biomethan nur ein Drittel der landwirtschaftlichen Fläche wie für die flüssigen Biotreibstoffe.

Methangasanlage in Stuttgart, in der Ökostrom in speicherbares Erdgas umgewandelt wird (Foto: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg)

Diese Anlage in Stuttgart macht Erdgas aus Öko-Strom

Sprit und Strom aus Gas

Aus Gasen, wie Wasserstoff- und Kohlenmonoxid, aber auch Erdgas lassen sich auch flüssige Kraftstoffen herstellen. Bereits seit dem frühen 20. Jahrhundert gibt es komplizierte Verfahren, um aus Gasgemischen synthetische Flüssigkraftstoffe zu gewinnen. Dazu eignet sich immer ein bestimmter Katalysator. Es braucht aber auch Energie. Deshalb sind solche Verfahren in der Praxis noch zu aufwendig, um damit konkurrenzfähig kostengünstiges Benzin oder Diesel herzustellen.

Auf katalytischem Wege lässt sich auch Wasserstoff in Erdgas umwandeln. Bei dem Sabatier-Prozess entsteht aus Kohlendioxid und reinem Wasserstoff unter Verwendung eines Nickel- oder Rutheniumkatalysators Methangas. Dieses kann man entweder ins Erdgas-Netz einspeisen oder Automotoren damit antreiben.

Eine Brennstoffzelle (Foto: BMU, Bild-ID: 362)

Diese Brennstoffzelle macht Strom aus Wasserstoff

Diese Technik eignet sich auch als Energiespeicher: Wenn zum Beispiel viele Windräder gerade gut laufen oder Kernkraftwerke kurzzeitige Stromüberschüsse produzieren, kann man mit dem überschüssigen Strom Wasserstoff erzeugen, und daraus Erdgas.

Und Wasserstoff kann man auch direkt als Treibstoff nutzen: In modernen Brennstoffzellen erzeugt man damit Strom. So lassen sich zum Beispiel Elektroautos antreiben. Aus dem Auspuff kommt dann nur noch Wasser.

Boom der fossilen Brennstoffe

Aber nicht nur Biokraftstoffe erobern immer stärker den Markt, auch fossile Energieträger erlebten in den letzten Jahren eine Renaissance. Denn durch neue Abbaumethoden, wie das hydraulische Fracking erschließen Förderunternehmen immer mehr Gas-Lagerstätten, die noch vor wenigen Jahrzehnten unbekannt waren. Auch immer neue Ölvorkommen werden erschlossen.

Ein Mitarbeiter des Kieler Geologen Erwin Suess hält brennendes Methanhydrat in beiden Händen (Foto: dpa/lby)

Methanhydrat ist Eis, das brennt

Insbesondere in Kanada, in den USA und in Estland setzen Wirtschaft und Industrie große Hoffnungen auf neu erschlossene Fördergebiete. Umweltschützer hingegen kritisieren das Fracking, weil das Gas aus dem Gestein gelöst wird, indem ein Chemikaliencocktail unter hohem Druck in die Erde gepumpt wird.

Der neue Trend scheint aber kaum aufzuhalten: Die USA könnten schon bald an die erste Stelle der weltweiten Produzenten fossiler Treibstoffe vorrücken – noch vor Saudi Arabien.

Und noch ein fossiler Energieträger liegt in der Tiefe verborgen, der heute noch so gut wie kein Thema ist, weil sich die Förderung wirtschaftlich noch nicht lohnt: Methanhydrat. Dabei handelt es sich um eisförmiges Methangas, das im Wasser eingelagert ist. Es kommt aber nur in der Tiefsee vor: in der Arktis in Tiefen von über 300 Metern und in den Tropen bei über 600 Metern. Holt man es an die Oberfläche und zündet man es an, sieht es aus wie ein Eiswürfel, der lichterloh brennt.

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