Synthetischer Kraftstoff

Als synthetische Kraftstoffe (synthetic fuel, Synfuel) werden bestimmte Kraftstoffe bezeichnet, die sich von konventionellen Kraftstoffen (Diesel, Benzin, Kerosin, etc.) durch ein aufwendigeres Herstellungsverfahren (Veränderung der chemischen Struktur) unterscheiden. Kennzeichnend ist bei einigen das Ersetzen von Erdöl als Rohstoffquelle. Die XtL-Kraftstoffe beispielsweise können ähnliche Eigenschaften wie konventionelle Kraftstoffe haben, verwenden aber als Rohstoff Erdgas (GtL), Kohle (CtL) oder Biomasse (BtL). Andere Typen synthetischer Kraftstoffe erlauben eine Leistungssteigerung im Verbrennungsmotor (Methanol, Ethanol, etc.) oder werden für spezielle Aufgaben, wie beispielsweise als Raketentreibstoff, eingesetzt (Hydrazin, Syntin, etc.). Es werden sehr unterschiedliche Definitionen verwendet. Teilweise werden auch gasförmige Kraftstoffe (Wasserstoff, Methan), Ölprodukte aus unkonventionellen Rohstoffquellen (Ölsand, Ölschiefer) und anderes zu den synthetischen Kraftstoffen gezählt.

Definition des Begriffs „Synthetischer Kraftstoff“

Verschiedene Definitionen für „synthetischer Kraftstoff“ sind gebräuchlich. Mit „synthetisch“ kann zum einen bezeichnet werden, dass der Kraftstoff künstlich hergestellt wird. Konventionelle Kraftstoffe werden hingegen meist durch Trennung des komplex zusammengesetzten Rohöls in einzelne Fraktionen (Destillation, Rektifikation) hergestellt, ohne dass die Bestandteile chemisch verändert werden. Bei der Herstellung künstlicher Kraftstoffe können verschiedene chemische Verfahren eingesetzt werden. Mit „synthetisch“ kann zum anderen hervorgehoben werden, dass der Kraftstoff durch chemische Verfahren hergestellt wurden, die als Synthese bezeichnet werden, also der Herstellung einer höheren Verbindung aus mehreren niederen Verbindungen. Diese Definition trifft insbesondere auf die XtL-Kraftstoffe zu, bei denen der Rohstoff zunächst in ein Synthesegas aus niederen Verbindungen (H₂, CO, etc.) zerlegt wird, um daraus wiederum höhere Kohlenwasserstoffe herzustellen (Fischer-Tropsch-Synthese).^[1] Allerdings finden nicht nur bei den XtL-Kraftstoffen Synthesen statt. Auch bei den konventionellen Kraftstoffen können chemische Verfahren Teil des Herstellungsprozesses sein. Beispielsweise können sehr langkettige Kohlenwasserstoffe durch sogenanntes Cracken in kürzerkettige Produkte, wie sie in Benzin oder Diesel vorkommen, zerlegt werden. Somit ist auch hier, je nach Definition, unter Umständen keine deutliche Abgrenzung zu synthetischen Kraftstoffen möglich. Ein weiteres Beispiel ist Biodiesel, bei dessen Herstellung aus Methanol und Triacylglyceriden zwar eine chemische Veränderung stattfindet, das Produkt aber trotzdem in der Regel nicht zu den synthetischen Kraftstoffen gezählt wird.

Eine genau Definition existiert somit nicht. Meist wird der Begriff „synthetischer Kraftstoff“ jedoch auf die XtL-Kraftstoffe beschränkt.

Typen von synthetischen Kraftstoffen

Die verschiedenen synthetischen Kraftstoffe weisen Unterschiede gegenüber den konventionellen, meist aus Erdöl hergestellten Kraftstoffen auf. Je nach Art des synthetischen Kraftstoffs sind diese Eigenschaften durch den verwendeten Rohstoff, den Herstellungsprozess, Energiegehalt, Verbrennungsverhalten etc. bedingt.

XtL-Kraftstoffe

→ Hauptartikel: XtL-Kraftstoff

XtL-Kraftstoffe („X-to-liquid“) sind Kraftstoffe mit ähnlichen Eigenschaften und ähnlicher Zusammensetzung wie konventionelle, erdölbasierte Kraftstoffe. Andere Rohstoffquellen (Gas, Kohle, Biomasse) können erschlossen werden. Da das Produkt in gängigen Verbrennungsmotoren verwendet und über die vorhandene Infrastruktur (Tankstellennetz) vertrieben werden kann, ist die Markteinführung einfacher möglich, als beispielsweise bei Elektrofahrzeugen. Der Herstellungsverfahren beginnt mit der Produktion eines Synthesegases und anschließender Synthese von verschiedenen Kohlenwasserstoffen per Fischer-Tropsch-Synthese. Eine weitere Methode ist das Bergius-Pier-Verfahren. Das Produkt wird, ähnlich wie Rohöl in einer Erdölraffinerie, durch Destillation und Rektifikation in Fraktionen getrennt. Es können unter anderem Ottokraftstoffe, Dieselkraftstoffe und Flugzeugtreibstoffe erzeugt werden. Deren Eigenschaften sind ähnlich oder besser als die von erdölbasierten Kraftstoffen. Das Fehlen von Stickstoffverbindungen und aromatischen Kohlenwasserstoffen trägt beispielsweise zu einem geringeren Schadstoffausstoß bei. Da der Herstellungsprozess energieaufwändig ist, können aber auch ökologische Nachteile bestehen, beispielsweise durch höhere CO₂-Emissionen.

GtL-Kraftstoffe

GtL-Kraftstoffe („gas-to-liquid“) werden aus Erdgas hergestellt. Meist wird dazu Erdgas verwendet, das marktfern gefördert wird, häufig als Nebenprodukt der Erdölförderung. Eine Nutzung des Erdgases ist wegen der hohen Transportkosten häufig unwirtschaftlich, so dass das Gas häufig abgefackelt wird. Durch eine Umwandlung in GtL wird die Energiedichte um ein vielfaches erhöht, so dass der Transport nun wirtschaftlich sein kann. Auf dem deutschen Markt werden Kraftstoffe mit geringen Anteilen an GtL angeboten.

CtL-Kraftstoffe

CtL-Kraftstoffe („coal-to-liquid“) werden aus Kohle hergestellt. Die aufwendige Produktion wird zunehmend wirtschaftlich, da der Erdölpreis eine steigende Tendenz zeigt und die Kohle preiswert gefördert werden kann. Die Produktionskapazitäten werden daher derzeit stark ausgeweitet. Wegen des hohen CO₂-Ausstoßes stehen die CtL-Kraftstoffe jedoch stark in der Kritik.

BtL-Kraftstoffe

BtL-Kraftstoffe („biomass-to-liquid“), auch als synthetischer Biokraftstoff bezeichnet) werden aus Biomasse hergestellt. Da als Rohstoff pflanzliche Rückstände (Stroh, Holzabfälle) und Nachwachsende Rohstoffe (Nawaros) eingesetzt werden können, ist der CO₂-Ausstoß deutlich geringer als bei konventionellem Kraftstoff. Kritisiert wird jedoch das begrenzte Potential durch den hohen Flächenbedarf und die Flächenkonkurrenz, sowie die hohen Produktionskosten. Eine erste Anlage der Choren Industries (Freiberg), die mit 15.000 t/a rund 0,3 % des deutschen Kraftstoffbedarfs decken kann, befindet sich in der Anfahrphase (2009).

Beispiele weiter synthetischer Kraftstoffe

Zahlreiche weitere Treibstofftypen werden als synthetische Kraftstoffe bezeichnet:

Produkte aus Synthesegas

Neben den XtL-Kraftstoffen können auch andere Kraftstoffe aus Synthesegas hergestellt werden^[2]:

• Methanol wird überwiegend aus Synthesegas hergestellt.
• Dimethylether (DME) wird über den Zwischenschritt Methanol hergestellt.
• SNG (Synthetic Natural Gas) kann auf Synthesegas basieren.
• Wasserstoff (H₂) kann unter anderem aus Synthesegas gewonnen werden. Da dafür kein Syntheseschritt notwendig ist, wird es nicht unbedingt als synthetischer Kraftstoff bezeichnet.

Andere

Zahlreiche Treibstofftypen für spezielle Aufgaben werden in chemischen Verfahren hergestellt. Dabei werden sie in reiner Form verwendet oder dienen der Beimischung zu konventionellem Treibstoff oder zu anderen synthetischen Anteilen:

• Aceton kann als Beimischung für Verbrennungmotorentreibstoff verwendet werden.
• Hydrazin wird unter anderem als Raketentreibstoff verwendet.
• Benzol wird aus Kohle oder Erdöl hergestellt. Da es giftig ist, hat die Bedeutung als reiner Kraftstoff oder Kraftstoffzusatz stark abgenommen.
• MTBE (tert-Buthylmethylether) ist ein synthetischer Zusatz zu Ottokraftstoffen, der die Klopffestigkeit erhöht.
• ETBE (tert-Butylethylether) hat die gleiche Funktion wie MTBE, wird jedoch nicht aus fossilen Rohstoffen erzeugt.
• Nitrobenzol
• viele weitere

Siehe auch

• Entwicklung der Ottokraftstoffe
• Deutsches synthetisches Benzin

Einzelnachweise

1. ↑ Definition von Synfuel im IEA-Bericht Tracking Industrial Energy Efficiency and CO₂ Emissions. (PDF) Paris 2007
2. ↑ Synthetische Kraftstoffe aus Synthesegas, Analyse der VDL (2005)