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Fahren mit Synfuels
Aus erneuerbar erzeugtem Wasserstoff und CO2 aus Quellen wie beispielsweise Biogasanlagen oder der Atmosphäre lassen sich synthetische Treibstoffe – sogenannte Synfuels – herstellen. 2020 startete an der Empa ein Projekt zur Herstellung von synthetischem Methan, das in Gasfahrzeugen genutzt werden kann. Die Verbindung von Wasserstoff und CO2 erfolgt nach einem an der Empa entwickelten Verfahren.
Synfuels lassen sich in herkömmlichen Benzin-, Diesel- oder Gasfahrzeugen nutzen. Diese Treibstoffe sind klimaschonend, weil das CO2, das aus dem Auspuff entweicht, für die Herstellung aus der Atmosphäre entnommen wird. CO2 wird also im Kreislauf geführt.
Synfuels und Syngas können mit Benzin, Diesel oder Erdgas/Biogas gemischt werden. Der Umstieg auf erneuerbare Treibstoffe kann daher stufenlos und ohne technologische Brüche erfolgen.
Verluste bei der Produktion
Der Nachteil bei der Herstellung von Synfuels sind die hohen energetischen Verluste. Bei der Herstellung von Synfuels aus erneuerbarem Strom geht heute 50% der Primärenergie verloren. Diese Verluste können in Zukunft voraussichtlich auf 40 - 45% gesenkt werden. Ökonomische Betrachtungen zeigen, dass Synfuels nur dort eine Marktchance haben, wo eine Elektrifizierung von Transportmitteln nicht möglich ist - zum Beispiel beim Langstreckenverkehr, Frachtschiffen und Flugzeugen.
Vorteile bei der Transportierbarkeit und der Speicherung
Betrachtet man jedoch das gesamte Energiesystem, dann haben Synfuels einen entscheidenden Vorteil: Diese Energieträger lassen sich einfach über weite Strecken transportieren, weshalb auch weit entfernte erneuerbare Energieressourcen erschlossen werden können. Zudem können sie über längere Zeiträume gespeichert werden. Sie erlauben damit die erforderliche Flexibilisierung des einheimischen, regenerativen Energiesystems.
Technik der Methanisierung im move
Der grundlegende katalytische Prozess der Methanisierung ist seit über 100 Jahren als Sabatier-Reaktion bekannt und funktioniert folgendermassen: Aus Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) wird mittels katalytischer Umwandlung Methan (CH4) und Wasser (H2O) erzeugt. Letzteres weist bei herkömmlichen Verfahren ein Problem auf: Aufgrund der hohen Temperaturen wird ein Teil des entstandenen Wassers durch die Wassergas-Shift-Reaktion wieder in Wasserstoff zurückgewandelt. Das Produktgas der Methanisierungsreaktion enthält deshalb einige Prozente Wasserstoff, was eine direkte Einspeisung ins lokale Gasnetz verhindert. Der Wasserstoff muss dazu zuerst wieder abgetrennt werden.
Im move wird dieses Problem mit einem an der Empa weiterentwickelten Verfahren umgangen: Die sogenannte sorptionsverstärkte Methanisierung. Die Idee dahinter: Das Reaktionswasser wird während des Methanisierungsprozesses auf einem porösen Katalysatorträger laufend adsorbiert. Dieser kontinuierliche Wasserentzug führt dazu, dass auf der Produktseite lediglich Methan verbleibt. Damit entfällt die Abtrennung von Wasserstoff mit Rückführung auf die Eduktseite.
Das CO2 für die Methanisierung wie auch das Wasser für die Herstellung des Wasserstoffs wird ab 2021 mit einem CO2-Kollektor des ETH-Spin-offs Climeworks direkt vor Ort der Atmosphäre entnommen.