Robert Klatt
Ein synthetischer Kraftstoff mit einem hohen Alkoholanteil reduziert die CO₂- und Feinstaubemissionen stark. Der synthetische Diesel könnte Lkw im Fernverkehr umweltfreundlicher machen. Wenn der sogenannte HyFiT-Diesel aus Biomasse produziert wird, ist sein CO₂-Fußabdruck auf dem Niveau eines Elektroantriebs.
Aachen (Deutschland). Lkw erzeugen große Mengen an Feinstaub und CO₂-Emissionen. Bisher können Lkw im Fernverkehr jedoch nur eingeschränkt elektrisch betrieben werden, weil die Kapazität der Batterien nicht ausreicht und an den Autobahnen zu wenig Ladestationen vorhanden sind. Die Forschung arbeitet deshalb an alternativen Kraftstoffen, die als Brückentechnologie dienen sollen, um die Emissionen des Güterverkehrs senken zu können. Neben Biokraftstoffen als nachwachsenden Rohstoffen umfasst dies auch synthetische Kraftstoffe, die unter anderem aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Methanol hergestellt werden.
In der Chemie werden synthetische Kraftstoffe häufig mit der sogenannten Fischer-Tropsch-Synthese hergestellt. Im industriellen Maßstab kann dieses über einhundert Jahre alte Verfahren bisher aber nicht genutzt werden, weil es nicht energieeffizient ist.
Forscher der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) um Simon Voelker haben deshalb untersucht, ob die chemische Zusammensetzung von Diesel aus der Fischer-Tropsch-Synthese optimiert werden. Die klassische Fischer-Tropsch-Synthese produziert eine Flüssigkeit, die dem natürlichen fossilen Erdöl stark ähnlich ist und unterschiedliche Kohlenwasserstoffen, darunter Alkane und Olefine, enthält. Um die Flüssigkeit als Treibstoff nutzen zu können, muss der Diesel, der hauptsächlich aus Alkanen besteht, erst herausdestilliert werden.
Die ebenfalls in der synthetischen Flüssigkeit enthaltenen Olefine können durch die Hydroformylierung in Alkane und Alkohole umgewandelt werden. Wie Voelker erklärt, lässt sich der Anteil an Alkoholen im Kraftstoff über den Anteil der Olefine im synthetischen Rohöl steuern. Eine Optimierung der Zusammensetzung kann deshalb die chemische Zusammensetzung des synthetischen Diesels beeinflussen.
„Unser Konzept für die Kraftstoffproduktion zielt darauf ab, eine optimale Alkane-Alkohol-Mischung mit minimalem Energieeinsatz und maximaler Kohlenstoffausbeute zu produzieren.“
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature haben die Forscher zunächst untersucht, wie der Alkoholanteil die Dichte und das Volumen des HyFiT-Diesels ändert und ob die neuen chemischen Zusammensetzungen mit herkömmlichen Dieselmotoren funktionieren. Im nächsten Schritt haben sie einen Lkw mit unterschiedlichen Zusammensetzungen des synthetischen Diesels getankt und bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Fahrsituationen die CO₂-, Stickoxid- und Feinstaubemissionen gemessen.
Die Messungen zeigen, dass der Diesel mit einem Alkoholanteil von 20 bis 40 Prozent eine hohe Alltagstauglichkeit besitzt. Ist der Alkoholanteil geringer, wird der Diesel zu schmierfähig und ist der Alkoholanteil höher, wird der Diesel zu dicht. Die CO₂-Emissionen der Lkw sanken mit dem 20- bis 40-prozentigen Diesel um drei bis fünf Prozent. Der Rückgang der Feinstaubemissionen war mit 55 Prozent beim 20-prozentigen Diesel und 70 Prozent beim 40-prozentigen Diesel deutlich höher.
Um die Umweltauswirkungen des synthetischen Diesels zu untersuchen, haben die Forscher einen damit betriebenen Lkw mit einem Lkw mit fossilem Diesel und einem Elektro-Lkw verglichen. Es wurden dabei nicht nur die Emissionen im Betrieb betrachtet, sondern eine Lebenszyklusanalyse.
„Die zentrale Motivation für synthetische Kraftstoffe ist die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks durch den Transport von der Quelle bis zum Rad bei gleichzeitiger Vermeidung anderer schwerwiegender negativer Umweltauswirkungen.“
Laut der Lebenszyklusanalyse ist der CO₂-Fußabdruck des mit dem synthetischen Diesel betriebenen Lkw deutlich geringer als bei einem Lkw mit fossilem Diesel. Wenn der synthetische Diesel aus Biomasse produziert wird, sind die Umweltauswirkungen bei Fahrten von über 550 Kilometer sogar geringer als bei dem Elektro-Lkw.
„Das verdeutlicht das Potenzial der Kraftstoffe als ergänzenden, statt konkurrierenden Ansatz zur Bewältigung der CO2-Reduktion in der Mobilität.“
Nature, doi: 10.1038/s41560-024-01581-z
