Kraftstoffe bilden die Basis unserer Mobilität. Ob wir uns mit dem Auto, Bus oder Flugzeug fortbewegen - Kraftstoffe liefern die Energie. Auch im Hintergrund spielen sie in unserem alltäglichen Leben eine wichtige Rolle, denn sie ermöglichen den globalen Transport von Rohstoffen und Waren per Lkw, Schiff oder Flugzeug.
Dabei sind Kraftstoffe nichts anderes als Energiespeicher. Energie ist in ihnen in Form chemischer Bindungen gespeichert und kann beliebig lange vorgehalten, transportiert und bei Bedarf abgerufen werden. Im Laufe der letzten einhundert Jahre haben sich Kraftstoffe auf Kohlenstoffbasis aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften durchgesetzt, insbesondere flüssige Kraftstoffe wie Benzin und Kerosin. Sie haben im Vergleich zu anderen Energieträgern eine hohe Energiedichte und lassen sich leicht lagern und transportieren. So ermöglichen sie es uns lange Strecken zurückzulegen, ob auf der Straße, zu Wasser oder in der Luft.
Kohlenstoffbasierte Kraftstoffe werden seit ihrem Aufkommen aus fossilen Rohstoffen hergestellt, meist aus Erdöl oder Erdgas. Dies ist in zweierlei Hinsicht nicht nachhaltig: Die Erdöl- und Gasreserven sind begrenzt und bei ihrer Verbrennung entsteht Kohlenstoffdioxid. Die dadurch steigende CO2-Konzentration in der Atmosphäre ist einer der Haupttreiber und Verursacher des Klimawandels.
Alternative Wasserstoff?
In den letzten Jahren hat daher in vielen Bereichen eine Umstellung auf Elektrizität begonnen, die sich auch weiter fortsetzen wird, zum Bespiel im Bereich der Personenmobilität. Kohlenstoffbasierte Kraftstoffe werden dennoch weiterhin für eine gewisse Zeit eine tragende Rolle in der Mobilität spielen, insbesondere für den Langstreckentransport von Personen und Gütern. Alternativen wie Wasserstoff werden mit Hochdruck erforscht und neue oder verbesserte Technologien für seine Herstellung und Nutzung entwickelt, erprobt und umgesetzt. Eine vollständige Umstellung der Infrastruktur und der Mobilität auf Wasserstoff wird jedoch noch einige Jahrzehnte in Anspruch nehmen.
Wie können wir also diese Zeit überbrücken, ohne dass wir Einbußen bei unserem Lebensstandard hinnehmen müssen?
Kohlenstoffbasierte Kraftstoffe lassen sich nicht nur aus fossilen Rohstoffen, sondern auch aus anderen Kohlenstoffquellen herstellen. Kern hierbei ist der Kohlenstoffkreislauf. Dabei wird Kohlenstoffdioxid aus der Luft oder aus Abgasen herausgefiltert, umgewandelt und wiederverwendet, zum Beispiel in Form von Kerosin. Es entsteht ein sogenannter CO2-neutraler Kraftstoff.
Grundlage Synthesegas
Für seine Herstellung sind mehrere Prozesseschritte notwendig, von denen einige schon bekannt, andere allerdings auch noch vollkommen neu sind. Der erste Schritt ist die Abtrennung von CO2 aus der Luft oder Abgasen und dessen Umwandlung in Kohlenmonoxid (CO). Des Weiteren benötigt man Wasserstoff (H2), der als Zwischenprodukt zum Beispiel mittels Solarenergie aus Wasser gewonnen wird. Zusammen bilden CO und H2 das Synthesegas, den Grundstoff, aus dem sich unterschiedliche kohlenstoffbasierte Kraftstoffe herstellen lassen, etwa Methanol, Benzin oder Kerosin.
Die gesamte Prozesskette, von der Abtrennung des CO2, der Herstellung von CO und H2, über ihre Umwandlung in einen Kraftstoff bis zur letztendlichen Nutzung, bildet ein komplexes und herausforderndes Forschungsfeld mit einer Vielzahl von Forschungsfragen.
Das Institut für Future Fuels arbeitet mit Partnern aus Industrie und Forschung an der Erprobung und Umsetzung der Verfahren zur Herstellung CO2-neutraler Kraftstoffe. In unseren Projekten untersuchen wir grundlegende physikalische und chemische Fragen, erproben Technologien vom Labor bis hin zum industriellen Maßstab und vergleichen und bewerten unterschiedliche Prozesse.
Die Solartürme des DLR in Jülich
Das Institut für Future Fuels erforscht an den Solartürmen des DLR solare Verfahren zur Herstellung von chemischen Energieträgern, wie zum Beispiel Wasserstoff. Forschende aus dem DLR und aus Industrieunternehmen testen hier zudem neue Komponenten und Verfahren, um Solarkraftwerke weiterzuentwickeln sowie den Einsatz von Hochtemperatur-Solarwärme für Industrieprozesse. Die Solartürme werden vom Institut für Solarforschung betrieben.
Projekt Hydrosol: Spaltung von Wasser in einem geschlossenen thermochemischen Kreisprozess mittels Solarenergie in Wasserstoff und Sauerstoff - ohne Kohlendioxid-Emissionen bei Temperaturen von unter 1.200 Grad Celsius, ohne Verlust der eingesetzten Chemikalien.
