Technik und Wissenschaft

Wie aus erneuerbaren Energien synthetische Kraftstoffe gewonnen werden

Obwohl sich der batterieelektrische Antrieb ausbreiten wird, schließt das Verbrennungsmotoren nicht aus. Im Automobilbereich ist heute weltweit eine Flotte von 1.300 Millionen Fahrzeugen im Umlauf, und diese Zahl scheint in den nächsten zwei Jahrzehnten nicht zurückzugehen. Auf jeden Fall, Es wird nicht einfach sein, die Verbrennung zu ersetzen in Branchen wie der Luftfahrt oder in speziellen Anwendungen, von Notstromaggregaten in Krankenhäusern bis hin zu Pumpen in Feuerwehrfahrzeugen.

Aus diesem Grund führt Porsche Initiativen zur Weiterentwicklung des durch Herstellung von synthetischen Kraftstoffen oder E-Fuels. Anfang 2022 investierte Porsche 75 Millionen US-Dollar in HIF Global LLC, eine Unternehmensgruppe, die internationale Projekte zur Installation von Produktionsanlagen für synthetische Kraftstoffe entwickelt. Zu diesen Projekten gehört die Pilotanlage Haru Oni in Punta Arenas (Chile), die von Porsche initiiert und mit Partnern wie Siemens Energy und ExxonMobil umgesetzt wurde.

synthetische Kraftstoffe

Und eines der beiden Hauptelemente, die in Haru Oni verwendet werden, ist Luft. Die Anlage macht sich die außergewöhnlichen Eigenschaften ihres Standorts zunutze Windkraft nutzen. Der Wind in der Provinz Magallanes im Süden Chiles ist stark und weht immer aus der gleichen Richtung. Für die Demonstrationsanlage steht eine SG 3.4-132 Turbine von Siemens Gamesa mit 3,4 MW zur Verfügung. In der nächsten Phase wird der Windpark auf rund 280 MW ausgebaut und im industriellen Maßstab diese Leistung verzehnfachen.

Das andere wesentliche Element ist Wasser. Mit dem so gewonnenen Strom werden der Wasserstoff und der darin enthaltene Sauerstoff getrennt. Es ist ein umgekehrtes Verfahren zu dem einer Brennstoffzelle, bei der die Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff Strom und Wasser erzeugt. Es wird mit der gleichen Technologie durchgeführt: Eine Protonenaustauschmembran (PEM) ist durchlässig für diese Partikel (H+), aber hermetisch für Gase und Elektronen. Das heißt, die Membran wirkt als elektrischer Isolator zwischen Anode und Kathode und trennt gleichzeitig Wasserstoff und Sauerstoff, so dass sie nicht rekombinieren. Es ist ein relativ einfaches und effizientes Verfahren, wartungsarm und erfordert keine Zugabe anderer Substanzen.

Im nächsten Schritt greift wieder Luft ein: Ihr muss CO2 entzogen werden. Einige Direktabscheidungsgeräte von Global Thermostats haben keramische Monolithe, die durch chemische Absorptionsmittel als CO2-Schwämme wirken. Anschließend wird dieses Gas mit Dampf bei niedriger Temperatur aufgefangen.

Mit Wasserstoff einerseits und Kohlendioxid andererseits ist es bereits möglich, einen Kohlenwasserstoff herzustellen. Sie werden zunächst zum sogenannten Synthesegas oder Synthgas zusammengeführt und nach Passieren eines Katalysators in Methanol umgewandelt. Genauer gesagt E-Methanol, da es aus einer Quelle erneuerbarer Energie und nicht fossiler Rohstoffe stammt: Wasser und Luft. Sobald Sie diesen Kohlenwasserstoff haben, kann er in andere umgewandelt werden, z. B. in synthetisches Benzin. Im Fall der Anlage Haru Oni wird ein ExxonMobil-Umwandlungsverfahren (Wirbelbett) verwendet.

Durch die Verbrennung dieses Brennstoffs wird der Atmosphäre kein CO₂ hinzugefügt, gerade weil das zuvor darin enthaltene verwendet wird. Da es von Natur aus nicht fossil ist, fehlen ihm außerdem andere unerwünschte Elemente, wie z. B. Schwefel, der aus Benzin oder Diesel entfernt werden muss, ein Prozess, der Energie kostet.