Alte Prozesse neu gedacht

Bei der Fischer-Tropsch-Synthese wird aus den Vorprodukten CO2 und Wasserstoff in einem mehrschrittigen Verfahren E-Fuels wie Rohbenzin, E-Kerosin oder E-Diesel produziert. Diese bestehen aus einem Gemisch verschiedener ketten- und ringförmiger Kohlenwasserstoffe. Um diese Verbindungen aus CO2 herzustellen, müssen die Gasmoleküle über Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen miteinander verknüpft werden.

Fischer-Tropsch-Synthese

Für die Fischer-Tropsch-Synthese von E-Fuels benötigt man zuerst das Vorprodukt Kohlenstoffmonoxid. Um das Gas herzustellen, lässt man Wasserstoff und CO2 bei hohen Temperaturen und hohem Druck reagieren. Es entsteht ein Gasgemisch aus Wasser(dampf) und Kohlenstoffmonoxid – sogenanntes Syngas. Dann führt man das Kohlenmonoxid in einem Reaktor abermals mit Wasserstoff zusammen.

Dort spalten Cobalt- oder Eisen-Katalysatoren die Gase auf – so können neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen entstehen. Eine komplexe Abfolge von Reaktionen führt dabei zur schrittweisen Verlängerung der Kohlenwasserstoffketten. Die zugrundeliegenden Reaktionen sind zwar schon seit knapp 100 Jahren bekannt, dennoch haben Chemiker erst kürzlich neue Details aufgedeckt, mit deren Hilfe die Ausbeute noch weiter erhöht werden könnte.

Vom synthetischen Rohöl zum E-Fuel

Je nach Wahl der Katalysatoren, der Reaktionsbedingungen und des Verhältnisses der Anfangsgase entsteht bei der Fischer-Tropsch-Synthese ein Gemisch aus einfachen Kohlenwasserstoffketten verschiedener Länge (Alkane), Ketten mit Doppelbindungen (Alkene), Alkohole, Aldehyden und weiteren Kohlenwasserstoffverbindungen. Sie ähneln darin dem fossilen Erdöl.

Dieses synthetische Rohöl muss anschließend weiter aufbereitet werden, um die spezifische Kohlenwasserstoffmischung von E-Diesel, E-Benzin oder E-Kerosin zu erhalten. Wie beim Raffinieren des fossilen Rohöls sind dafür verschiedene Auftrennschritte mittels Destillation und Kondensation nötig.

Vom Alkohol zum Kraftstoff

Ein anderes, seit langem in der Chemie bekanntes Verfahren zur E-Fuel Produktion ist die Synthese von Methanol (CH₃OH).

Der giftige Alkohol ist ein gängiger Grundstoff der chemischen Industrie. Es werden bis zu 110 Millionen Tonnen Methanol jährlich produziert – die Methanol-Produktion ist also ein bekanntes und durch moderne Technik optimiertes Verfahren. Doch während konventionelle Produktionsanlagen für Methanol üblicherweise Erdgas oder Kohle als Ausgangsstoff verwenden, gibt es auch alternative, nachhaltige Wege, den einfachsten aller Alkohole zu produzieren.

Denn Methanol kann ebenfalls aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt werden: In einem Synthesereaktor wird das Gasgemisch dafür mit einem Katalysator aus verschiedenen Kupfer-, Eisen- oder Zinkoxiden unter hohem Druck und bei Temperaturen von etwa 250 Grad in Kontakt gebracht. Durch die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen entsteht eine Mischung aus etwa drei Vierteln Methanol und einem Viertel Wasser. Um die Flüssigkeiten zu trennen und den kurzkettigen Alkohol zu reinigen, wird das Wasser-Methanol-Gemisch destilliert. Das Methanol kann dann in Reinform weiterverwendet oder in E-Diesel oder E-Kerosin weiterverarbeitet werden.