Definition des Technologiefeldes

Das Technologiefeld „Power-to-liquids (PTL)/-chemicals (PTC)“ umfasst verschiedene Möglichkeiten, (erneuerbaren) Strom in flüssige synthetische Kraftstoffe (liquids) oder chemische Rohstoffe (chemicals) umzuwandeln. Dies geschieht durch unterschiedliche Kombinationen der beiden Grundstoffe H2 (erzeugt aus Strom mittels Elektrolyse) sowie CO2 bzw. CO aus verschiedenen Quellen zu Kohlenwasserstoffen. Die innerhalb des PTL-Pfades betrachteten Technologien Fischer-Tropsch-Synthese und Methanolsynthese (beide jeweils TRL 5-8) beruhen beide zunächst auf dem Einsatz von Wasserstoff und Strom sowie von CO und/oder CO2. Der Output aus der Fischer-Tropsch-Synthese sind flüssige Kohlenwasserstoffe, die abhängig von der Prozessführung in unterschiedlicher Zusammensetzung vorliegen. Diese werden per Hydrocracking, Isomerisierung und Destillation zu einem Produkt-Mix aufbereitet, welcher je nach Prozessführung variieren bzw. eingestellt werden kann; dabei können 50-60 % Anteile an Flugzeug-Kraftstoff erreicht werden. Anschließende Oligomerisierung kann diesen Anteil noch weiter erhöhen. Weitere Bestandteile sind z. B. Flüssiggase und Paraffine. Methanol wird über die DME (Dimetylether)- Synthese, Olefin-Synthese, Oligomerisierung und Hydrotreating ebenfalls zu einem Gemisch aus hauptsächlich Benzin, Diesel und Kerosin aufbereitet. Im Gesamtfeld von Power-to-Chemicals (PTC) werden exemplarisch der indirekte „Methanol-to- Olefin“-Pfad (MTO) und der direkte Pfad mittels oxidativer Methankopplung (Oxidative Coupling of Methane, OCM) betrachtet (beide jeweils TRL 4-9). OCM stellt insofern einen direkten Pfad dar, als dass hier direkt Methan als Anfangsprodukt verwendet wird, während bei MTO als Zwischenschritte Ethan oder Synthesegas auftreten – die allerdings demensprechend auch wiederum als Feedstock zugeführt werden können.

Aktueller Stand der Technologie

Das Forschungsfeld PTL ist, zumindest im Gegensatz zu anderen Kraftstoffen (etwa Biokraftstoffen mit einer sehr aktiven und weit verbreiteten Forschung) und auch im Vergleich zu Power-to-Gas, das ebenfalls stärker z. B. in Publikationen vertreten ist, noch vergleichsweise wenig bearbeitet. So gibt es bereits eine „Strategieplattform Power-to-Gas“ der Deutschen Energie-Agentur (dena), während „Power-to-Liquids“ noch eine eher weniger bekannte Variante darstellt. In der Praxis zählt eine sächsische Firma zu den europäisch führenden Unternehmen im Bereich der synthetischen Kraftstoff-Erzeugung; sie ist zudem bei der oben genannten „Strategieplattform Power-to-Gas“ als einziges PTL-Pilotprojekt gelistet. Von Bedeutung ist außerdem eine Firma mit Sitz in Island, die über die weltweit größte Methanol-Produktion auf Basis von erneuerbarem Wasserstoff und CO2 verfügt. Für die Methanolsynthese mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff und unter Einsatz von CO2 lassen sich derzeit zwei relevante und technisch ähnliche Anlagen identifizieren, die allerdings auf unterschiedliche CO2-Quellen zugreifen:

• Die kommerzielle Anlage George Olah in Island mit CO2 aus geothermischen Quellen und einer Jahreskapazität von 50.000 l.
• Die im Rahmen eines Forschungsprojektes betriebene Anlage beim Steinkohlekraftwerk Lünen unter Einsatz von CO2 aus Rauchgasen.

Auch PTC ist ein noch relativ kleines Forschungsfeld, vor allem in Regionen, in denen Erdöl für die chemische Industrie die wesentliche Kohlenwasserstoffquelle darstellt – dies trifft u. a. auf Deutschland zu. Einige wesentliche Prozessschritte sind in jenen Ländern stärker beforscht und entwickelt, die mehr Kohle und Erdgas fördern und verarbeiten und auf diesem Wege entweder Methan oder Synthesegas als Ausgangsstoffe nutzen, wie etwa China oder Südafrika mit stark Kohle-basierter Chemie. Bislang findet in Deutschland keine kommerzielle Nutzung von PTC-Verfahren statt; die aktuellen Rahmenbedingungen (günstiges Erdöl und billige THG Emissionszertifikate und im Vergleich dazu hohe Stromkosten) lassen dies derzeit noch als wenig attraktiv für die Chemieindustrie erscheinen. Ein Beispiel dafür ist die oxidative Methankopplung (OCM): In den 80er- und 90er Jahren haben in diesem Bereich einige Forschungsaktivitäten stattgefunden, um gerade die Abhängigkeit von Erdöl als Feedstock für die chemische Industrie zu vermindern. Das Interesse hat wieder nachgelassen, als die Verfügbarkeit von Öl wieder eher als gegeben angesehen worden ist und die technischen Hürden des demgegenüber „neuen“ OCMPfads nicht so schnell überwunden werden konnten.

Quellen