E-Fuels – der Name der synthetischen Kraftstoffe ist fast selbsterklärend: E steht für Elektro, Fuel für Kraftstoff. Für die Herstellung der nachhaltigen Treibstoffe benötigt man Strom, Wasserstoff und CO2. Damit die Herstellung der Kraftstoffe klimaneutral ist, wird das CO2 beispielsweise aus Abgasen oder der Atmosphäre gewonnen, während der Strom für die Produktion meist aus Wind- oder Solarkraft stammt.
Ein Superheld namens Wasserstoff
Den benötigten Wasserstoff gewinnt man in den allermeisten Fällen durch Elektrolyse – dabei wird Wasser durch Einsatz von Strom elektrochemisch in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Für die Produktion von nachhaltigen Kraftstoffen muss auch der Wasserstoff nachhaltig produziert sein, der Strom für die Produktion also aus erneuerbaren Quellen wie Sonne oder Wind kommen.
Doch es gibt auch Methoden, die das Wasser nicht elektrochemisch spalten, sondern nach dem Vorbild der pflanzlichen Photosynthese. Dabei absorbieren spezielle Moleküle die Energie des Sonnenlichts. Molekulare Katalysatoren fördern die chemische Reaktion von Wassermolekülen und CO2, es entsteht Wasserstoff sowie kohlenstoffhaltige Verbindungen oder Kohlenmonoxid. Forschende der University of Cambridge haben nach diesem Prinzip sogar bereits schwimmende Photosynthese-Module entwickelt. Diese folienartigen Solarfabriken eröffnen Einsatzmöglichkeiten auf Seen, in Häfen oder sogar auf dem Meer.
CO2 macht sich nützlich
Das zur E-Fuel-Produktion benötigte CO2 lässt sich durch verschiedene Verfahren gewinnen: Es kann beispielsweise aus den Abgasen von Industrieprozessen abgeschieden werden. Dies hat den doppelten Vorteil, dass die CO2-Emissionen des Kraftwerks oder der Fabrik sinken, während man Kohlendioxid für die E-Fuel-Produktion gewinnt. Auch aus den Abgasen der Biomasseverbrennung oder von Biogasanlagen lässt sich CO2 abscheiden.
Außerdem kann man CO2 im sogenannten Direct-Air-Capture-Verfahren direkt aus der Atmosphäre filtern. Eine erste kommerzielle Pilotanlage dafür wird seit 2017 in der Schweiz betrieben.
In den bisher gängigen Varianten der CO2-Abscheidung wird das Kohlendioxid selektiv durch spezielle Sorptionsmittel gebunden. Ist das Sorptionsmaterial gesättigt, kann das gebundene CO2 durch verschiedene Verfahren von ihm abgetrennt und weitergenutzt werden. Allerdings ist das CO2-Capture bisher nur wenig effizient und die Abtrennung aus dem Sorptionsmittel meist energieaufwendig.
Forschende versuchen deswegen, die Methoden der Wasserstoffgewinnung und CO2-Capture effizienter zu machen und in einen einheitlichen Prozess zu integrieren. Ein Team der ETH Zürich hat kürzlich die beiden Schritte zusammen mit einem weiteren zu einer Solarraffinerie kombiniert, die aus Luft, Licht und Wasser E-Fuels erzeugen kann. Im dritten Schritt produziert die „Sun-to-Liquid“-Anlage auf dem Dach der ETH Zürich die fertigen E-Fuels in einem bereits seit etwa 100 Jahren bekannten Verfahren – der Fischer-Tropsch-Synthese.
