Archiv der Kategorie: Erde, Klima, Umweltschutz

solierte Goldatome in einem Katalysator verwandeln CO2 in Erdgas (Methan)

(pte022/12:30) – Forscher unter der Leitung von Hefeng Cheng von der Shandong University http://en.sdu.edu.cn haben einen wirtschaftlichen Weg zur Umwandlung von CO2 in Methan mittels Katalysator gefunden. Gold galt immer schon als Top-Favorit, doch die Atome haben die Angewohnheit zu verklumpen, sodass sich die katalytisch aktive Oberfläche massiv reduziert. Genau dieses Verklumpen konnte nun verhindert werden.

Einzelatome effektiver als Klumpen

Beim neuen Katalysator treten die Atome solo auf. Aufgrund ihrer einzigartigen elektronischen Strukturen verhalten sich Einzelatomkatalysatoren anders als herkömmliche Metall-Nanopartikel. Auch wenn sie an einem geeigneten Träger befestigt sind, stehen fast alle einzelnen Atome als aktive katalytische Zentren zur Verfügung. In diesem neuen Katalysator sind die singulären Goldatome in einer ultradünnen Zink-Indiumsulfid-Nanoschicht verankert.

Das Team bezieht die Energie, die es für die Umwandlung von CO2 in Methan benötigt, aus der Sonne, genauer gesagt aus einem Rutheniumkomplex, der unter dem Einfluss von Sonnenlicht zur Elektronenkanone wird. Die elektrisch negativen Teilchen landen mithilfe der Goldatome in den CO2-Molekülen. Diese werden angeregt, sodass sie, anders als im Rohzustand, bereit sind, Wasserstoffatome aufzunehmen, da die hinderliche Energiebarriere abgesenkt wird. Es entsteht Methan, das sich nicht nur als Ersatz für Erdgas, wie etwa in Heizungssystemen eignet, sondern auch in Fahrzeugmotoren verbrennen lässt. Die Nutzung ist, anders als bei Erdgas, klimaneutral, weil nur so viel CO2 frei wird, wie zuvor eingefangen wurde.

Auf dem Weg zum CO2-neutralen Fliegen

(KIT) – Mit dem Flugzeug reisen – und trotzdem kein zusätzliches CO2 ausstoßen. Möglich wäre das mit synthetischen Treibstoffen, die mittels erneuerbarer Energien aus Wasser und Umgebungsluft gewonnen werden. Allerdings müssten enorme Mengen produziert werden. Ein neues Herstellungsverfahren aus dem Forschungsprojekt KEROGREEN nutzt eine innovative Plasmatechnologie, mit der dies gelingen könnte. Eine erste Anlage haben die Forschungspartner am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) errichtet.

Den Luftverkehr CO2-neutral zu organisieren ist eine große Herausforderung: „Batterien, Wasserstoff und Hybridlösungen sind aufgrund ihrer geringen Energiedichte ungeeignet“, sagt Professor Peter Pfeifer vom Institut für Mikroverfahrenstechnik des KIT und einer der Sprecher des Forschungsprojekts KEROGREEN. „Biokraftstoffe wiederum stehen aufgrund der benötigten Anbauflächen in Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion und dem Naturraum.“ Um das CO2-neutrale Fliegen trotzdem zu ermöglichen, haben Pfeifer und die beteiligten Partner von KEROGREEN einen weiteren Weg erforscht: Kerosin aus Luft und Wasser. „Mit erneuerbarer Energie und CO2 direkt aus der Atmosphäre, entsteht dabei ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf. Wir können sogar die bestehende Infrastruktur für die Lagerung, den Transport, die Betankung der Flugzeuge und vor allem die Triebwerkstechnik weiternutzen.“ Darüber hinaus würde synthetisches grünes Kerosin keinen Schwefel sowie weniger Ruß und Stickstoffoxide (NOx) emittieren.

Um den Treibstoff in ausreichendem Maß herstellen zu können, haben die Partner im EU-Projekt KEROGREEN in viereinhalb Jahren ein skalierbares Verfahren entwickelt, das auf einer neuen Plasmatechnologie basiert und in ein Containermodul passt. Die Arbeiten hat das Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) in Eindhoven koordiniert, eine Forschungsanlage wurde am KIT aufgebaut. Die Technologie befindet sich damit in der letzten Phase der Systemintegration, in der die einzelnen Elemente bereits zu einer geschlossenen Einheit verbunden sind, sich aber noch auf einem unterschiedlichen Entwicklungsstand befinden. „Das neue Herstellungsverfahren ist besonders ressourcenschonend, weil keine seltenen Rohstoffe verwendet werden“, so Pfeifer.

Innovative Plasmatechnologie zur CO2-Spaltung

Der Prozess basiert im Wesentlichen auf drei Schritten: Das CO2 aus der Umgebungsluft wird zunächst in einen Reaktor geführt, in dem es durch ein mit Mikrowellenstrahlung erzeugtem Plasma in Kohlenmonoxid (CO) und Sauerstoff zerlegt wird. Anschließend wird der Sauerstoff entfernt, während das CO in einem zweiten Reaktor zu Teilen mittels Wassergas-Shift-Reaktion in Wasserstoff umgewandelt wird. Dieser Wasserstoff und das verbleibende CO (in der Kombination als Synthesegas bezeichnet) wird in einem dritten Reaktor mittels Fischer-Tropsch-Synthese in Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, die nicht für die Produktion von Kerosin verwendet werden können, werden in der Anlage prozessintern gespalten. Das finale Produkt ist der Grundbestandteil der im Flugverkehr üblichen Kraftstoffe. Dieses Rohmaterial kann anschließen zum erwünschten Kerosin veredelt oder auch direkt als Energiespeicher gelagert werden.

Ideal für den dezentralen Einsatz mit erneuerbaren Energien

Mit der Plasmatechnologie wären nach Erkenntnissen der Forschenden Anlagen bis in den Megawattbereich möglich. Sie eigne sich aber auch für den Einsatz in kleinen, dezentralen Produktionsanlagen im Containerformat: „Zukünftige Anlagen werden modular und skalierbar sein und könnten deshalb einfach in einen Offshore-Windpark oder in einen Solarpark in der Wüste integriert werden“, sagt Pfeifer. „Wenn dann Wind oder Sonne mal nicht vorhanden sind, würde sich der Plasmareaktor vorrübergehend ausschalten und mit verfügbarer Energie einfach wieder hochfahren.“ Die Ergebnisse aus dem Projekt werden nun sorgsam analysiert und insbesondere von den industriellen Partnern bereits für die Umsetzung von einzelnen Prozessschritten genutzt. (mhe)

CO2 aus der Luft-Atmosphäre gewinnen

(pte) – Im US-Bundesstaat Wyoming wird die weltweit größte Anlage zur Entfernung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft gebaut. Das „Project Bison“ soll im nächsten Jahr in Betrieb genommen werden und bis zum Ende des Jahrzehnts erweitert werden, sodass sie jedes Jahr fünf Millionen Tonnen CO2 einfangen kann. Anfangs soll die Jahreskapazität bei 10.000 Tonnen liegen. Das Klimagas wird unterirdisch eingelagert. Die CarbonCapture-Anlagen befinden sich in Standardcontainern.

Festkörper fangen CO2 ein

Die Abscheidetechnologie steuert CarbonCapture http://carboncapture.com bei. Das in Los Angeles ansässige Unternehmen hat sich für dieses Unterfangen mit Frontier Carbon Solutions http://frontierccus.com aus dem texanischen Irving zusammengetan, das sich auf die Endlagerung von CO2 spezialisiert hat.

CarbonCaptures fängt das CO2 mit Hilfe von Festkörpern ein, durch die Luft gepumpt wird. Diese halten gezielt CO2 zurück und lassen es nicht mehr entkommen. Das Klimagas wird schließlich abgetrennt, indem die Adsorbentien erhitzt werden. Damit dies der Umwelt nicht schadet, sollen dazu solare Wärme und Windenergie genutzt werden. Eingelagert wird das Klimagas in unterirdische salzhaltige Formationen, später möglicherweise auch in ehemaligen Gas-und Erdöllagern, die dort zunehmend ausgebeutet werden. Es kann auch als Rohstoff für die Herstellung von umweltneutralen Kraftstoffen genutzt werden, vorausgesetzt, es finden sich Interessenten.

In Island wird CO2 zu Stein

CarbonCaptures überholt mit seinem Project Bison möglicherweise den Pionier auf diesem Gebiet, das Zürcher Unternehmen Climeworks. Dessen größte Anlage auf dem Gelände des Geothermiekraftwerks Hellisheidi in Island schafft jährlich 4000 Tonnen. Zur Trennung der Adsorbentien von CO2 wird dort Strom aus dem emissionsfreien Kraftwerk genutzt. Derzeit ist mit Mammoth eine 36.000-Tonnen-Anlage am gleichen Standort im Bau. Das CO2 wird dort mit Wasser vermischt in den Untergrund gepresst. Dort versteinert es innerhalb von weniger als zwei Jahren, sodass keine Gefahr mehr besteht, dass es jemals wieder in die Atmosphäre gelangt. Mit einem gänzlich anderen Ansatz haben chinesische Forscher kürzlich mit einem Katalysator einen Weg zur Umwandlung von CO2 in Methan gefunden (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20220919023 ).

Elektrische Heizungen im Vormarsch

(pte) – 30 Prozent aller Haushalte in Deutschland erwägen angesichts der sich abzeichnenden Gaslieferkrise den Kauf von elektrischen Heizungen wie Heizlüftern, Radiatoren oder Heizstrahlern. Laut einer neuen Befragung des Vergleichsportals Verivox http://verivox.de haben sich bereits zehn Prozent der Befragten bereits ein solches Gerät angeschafft.

Lieber nachdenken

Einen realistischen Blick auf die Stromkosten haben viele deutschen Verbraucher dabei aber offenbar nicht. Denn nur gut ein Drittel (35 Prozent) der Befragten geht davon aus, dass der Betrieb der elektrischen Geräte teurer ist als der einer herkömmlichen Gas- oder Ölheizung.

Rund zehn Prozent der Befragten haben sich in den vergangenen sechs Monaten eine elektrische Heizung wie einen Heizlüfter oder einen Radiator angeschafft. Weitere elf Prozent planen den Kauf einer Elektroheizung, 19 Prozent haben über die Anschaffung eines solchen Gerätes nachgedacht.

Teure Panik-Käufe

„Elektrische Direktheizgeräte verursachen deutlich höhere Kosten als eine Gasheizung. Das liegt daran, dass der Preis für eine Kilowattstunde (kWh) Strom deutlich höher ist als für eine kWh Gas. Im August 2022 kostet eine Kilowattstunde Strom im bundesweiten Durchschnitt rund 42 Cent, der durchschnittliche Gaspreis liegt bei rund 18 Cent/kWh“, so Verivox-Energieexperte Thorsten Storck.

Unterstellt man eine vollständige Umwandlung der Heizenergie in Raumwärme, also einen Wirkungsgrad von 100 Prozent, so der Fachmann, müsste sich der Gaspreis also noch mehr als verdoppeln, damit die gleichen Kosten wie bei einer Elektroheizung anfallen. Die Anschaffung von E-Heizungen sollte also angesichts der Kosten überdacht werden.

Gaspreise für Haushalte beinahe verdreifacht

(pte) – Das Gaspreisniveau für deutsche Haushalte hat im August einen neuen Rekord erreicht. Im Jahresvergleich sind die durchschnittlichen Preise um rund 184 Prozent angestiegen. Die Gaskosten für private Kunden haben sich damit fast verdreifacht. Das ist das Ergebnis einer Analyse des Vergleichsportals Verivox http://verivox.de .

Preisrally geht weiter

Die Preisrally dürfte weitergehen, denn viele regionale Grundversorger haben weitere Erhöhungen angekündigt. Im Herbst wird noch eine zusätzliche Gas-Umlage für höhere Kosten sorgen, so Verivox. Zahlte eine Familie mit einem Gasverbrauch von 20.000 Kilowattstunden (kWh) im August 2021 noch 1.258 Euro im Jahr, sind es aktuell durchschnittlich 3.568 Euro.

„Einen Gaspreis von fast 18 Cent pro kWh für Haushalte gab es in Deutschland noch nie. Der Preis wird jedoch noch deutlich höher steigen, denn die Großhandelspreise für Gas liegen derzeit deutlich über diesem Niveau. Daher müssen sich Verbraucher auch in den kommenden Monaten auf weiter steigende Preise einstellen“, so Verivox-Energieexperte Thorsten Storck.

Preistreiber Gas-Umlage

Der Trend flächendeckender Gaspreiserhöhungen setzt sich fort: Für August, September und Oktober haben örtliche Gasgrundversorger 136 Preiserhöhungen um durchschnittlich 50 Prozent angekündigt. Das entspricht Mehrkosten von rund 946 Euro im Jahr. Die ab Oktober kommende Gas-Umlage soll zwischen 1,5 Cent/kWh und fünf Cent/kWh liegen. Für eine Familie mit einem Jahresverbrauch von 20.000 kWh bedeutet das unter Berücksichtigung der Mehrwertsteuer Mehrkosten zwischen 357 und 1.190 Euro.

Regenerativer Treibstoff für Schiffahrt

(pte) – Alternative Treibstoffe sind der Schlüssel für Klimaschutz auf den Weltmeeren. Davon sind der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) http://vdma.org und der Verband für Schiffbau und Meerestechnik (VSM) http://vsm.de überzeugt und haben dazu am heutigen Freitag eine Power-to-X-Roadmap für die Maritime Energiewende vorgelegt. Diese soll als Wegweiser dienen, um die globalen Klimaziele zu erreichen.

Mehr PtX-Kraftstoffe

Erreicht werden die Klimaschutzziele für die Schifffahrt laut VDMA und VSM nur mit alternativen Treibstoffen. Auf dem Weg zur klimaneutralen Schifffahrt arbeiten die beiden Industrieverbände gemeinsam am zügigen Ausbau der Produktion und Nutzung von Power-to-X-(PtX)-Kraftstoffen. Diese werden auf Basis erneuerbarer Energien erzeugt. Realistisch sei, dass bis zum Jahr 2045 zumindest der innereuropäische Seeverkehr klimaneutral sein kann. Das Ziel und die nötigen Schritte zur Zielerreichung aus technologischer wie politischer Sicht sind in der Roadmap skizziert.

„Die internationale Schifffahrt ist enorm effizient und erbringt rund 90 Prozent der internationalen Transportleistung. Es muss gelingen, dass dies künftig CO2-neutral erfolgt. Die Schiffstechnik ist reif dafür“, erklärt Dr. Uwe Lauber, CEO von MAN Energy Solutions http://man-es.com , Vorsitzender der VDMA Power-to-X for Applications und VSM-Präsidiumsmitglied. Die Reeder äußern sich ebenfalls positiv zu klimaneutralen Treibstoffen. „Wir unterstützen die Vorlage der Roadmap seitens der Technologieanbieter. Die ambitionierten Ansätze sind aus unserer Sicht völlig richtig. Sie sind zudem enorm wichtig, um den Fuel-Switch in der Branche rasch in Gang zu setzen“, sagt Richard von Berlepsch, Managing Director Hapag-Lloyd Fleet Management.

Regeln mit Lenkungswirkung

Für VDMA und VSM ist entscheidend, dass die maritime Energiewende durch dafür notwendige politischen Entscheidungen auf Kurs gebracht wird. „Wir wollen gezielt dazu beitragen, dass der Emissionshandel und die Regeln für maritime Kraftstoffe so formuliert werden, dass sie die nötige Lenkungswirkung auch wirklich entfalten. Wir wollen die maritimen Klimaziele in Europa schneller erreichen“, betonen Dr. Reinhard Lüken, Hauptgeschäftsführer des VSM und Peter Müller-Baum, Geschäftsführer der VDMA Power-to-X for Applications, übereinstimmend. Der schnelle Einsatz von eFuels sei dafür unerlässlich. Im Bereich der Freizeitboote gibt es mit dem emissionfreien E-Boot „Foilcart“ bereits ein vielversprechendes Modell (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20220620002 ).

Für Maersk http://maersk.com , die größte Containerrederei der Welt, enthält das Fit for 55-Paket der EU die nötigen Instrumente, um die Dekarbonisierung der Schifffahrt in Europa zu schaffen. „Um erfolgreich zu sein, müssen die ehrgeizigen Ziele beibehalten und die Vorschläge mit den wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen in Einklang gebracht werden – zum Beispiel, wenn es darum geht, eine ‚Well-to-Wake‘-Bilanzierung zu gewährleisten, die für die Ausrichtung der Branche auf die richtigen Treibstoffentscheidungen für die Zukunft entscheidend sein wird. Die neue Roadmap von VDMA und VSM ist in diesem Zusammenhang sehr hilfreich“, so Simon C. Bergulf, Senior Director ESG Public & Regulatory Affairs bei Maersk.

Wenn Stickstoff zum Problem wird: Tierhaltung und Gülle

Massentierhaltung für die Fleischproduktion schadet der Umwelt. Zusätzlich zum direkt emittierten Methan werden durch das Ausbringen von Gülle klimaschädliche Stickstoffverbindungen wie Ammoniak und Lachgas in die Atmosphäre freigesetzt. Zudem wird das Grundwasser über die Flüssigphase mit Nitrat verunreinigt. Wie sich die Gülle, die bei der Viehhaltung entsteht und häufig als Düngemittel eingesetzt wird, auf den Stickstoff-Fußabdruck auswirkt, haben nun Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersucht. Sie haben gezeigt, dass die Stickstoffbelastung durch Gülle aus der Rindfleischproduktion drei beziehungsweise acht Mal höher ist als bei Gülle aus der Schweine- und Geflügelfleischproduktion.

In der Landwirtschaft kommen große Mengen stickstoffhaltige Dünge- und Futtermittel zum Einsatz. Ein erheblicher Teil des eingesetzten Stickstoffs gelangt dabei ungenutzt in die Umwelt, etwa durch das Auswaschen von Nitrat aus Ackerböden oder durch Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung. „Dass die Fleischproduktion sich sehr nachteilig für die globale Stickstoffbilanz auswirkt, ist bekannt. Der Stickstoff-Fußabdruck-Rechner zeigt bislang aber nicht, welch hohen Anteil die dabei entstehende Menge an Gülle daran hat“, sagt Prantik Samanta vom Engler-Bunte-Institut – Wasserchemie und Wassertechnologie des KIT. „Zugleich bedeuten diese Stickstoffmengen einen enormen Ressourcenverlust. Denn Stickstoff rückzugewinnen, ist energetisch sehr aufwendig.“ Wie viel Stickstoff über Gülle bei der Rind-, Schweine- und Geflügelfleischproduktion jeweils die Umwelt verschmutzt und als Rohstoff verloren geht, hat der Doktorand und Erstautor der Studie nun gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen untersucht. Zusätzlich haben sie berechnet, wie viel Energie benötigt würde, um die Gülle aufzubereiten und Stickstoff zurückzugewinnen. Dieser könnte wiederrum etwa gezielt als Düngemittel bereitgestellt werden.

Größte Stickstoffverlust bei der Rindfleischproduktion

„Wir haben festgestellt, dass sich der Stickstoffverlust pro Kilo Fleisch direkt mit einem virtuellen Stickstofffaktor, kurzVNF, berechnen lässt“, so Samanta. „Die Beziehung zwischen der Gesamtstickstoffzufuhr und dem entsprechenden Stickstoffverlust pro Kilogramm Fleischproduktion ist linear.“ Der VNF setzt den Stickstoffverlust mit dem Stickstoffgehalt im Fleisch ins Verhältnis. Dabei schlägt sich der größte Verlust in der zu entsorgenden beziehungsweise zu behandelnden Gülle nieder. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Rindfleischproduktion in den meisten Teilen der Welt am stärksten auf den Stickstoff-Fußabdruck auswirkt. Der Stickstoffverlust ist drei beziehungsweise acht Mal höher als bei Gülle aus der Schweine- und Geflügelfleischproduktion. Die Forschenden führen dies auf den hohen Futtermittelbedarf und den hohen Grundumsatz von Rindern zurück. Die Stickstoffverluste bei der Schweine- und Geflügelfleischerzeugung begründen sie eher mit schlechten Stallbedingungen als mit Futter und der Verdauung der Tiere.

Bei ihren Untersuchungen haben die Forschenden zudem mehrere Länder miteinander verglichen: „Japan setzt die größte Menge an Stickstoff in Bezug auf das konsumierte Fleisch frei, gefolgt von Australien. Das liegt auch daran, dass es zur Verschiebung der Werte kommt, wenn die Länder Futter und Fleisch in größerem Umfang ex- beziehungsweise importieren“, so Samanta. „Als Resultat ist in Japan auch die zu behandelnde Menge an Gülle pro Kilogramm Fleisch am höchsten.“ Der Stickstoffverlust durch die Fleischerzeugung sei in den USA und Europa niedriger.

Preissteigerungen von Fleisch durch hohen Energiebedarf

Die Forschenden haben außerdem berechnet, wie viel Energie nötig wäre, um den Eintrag von Stickstoff in die Umwelt weitestgehend zu minimieren. „Bei der Produktion von einem Kilogramm Rindfleisch verbleiben 140 Gramm Ammoniumstickstoff in der Rindergülle. Um diesen zurückzugewinnen, benötigen wir sieben Kilowattstunden an Energie. Zum Vergleich: Die Deutschen verbrauchen pro Kopf im Durchschnitt etwa 29 Kilowattstunden Strom pro Woche“, zeigt der Wissenschaftler auf. Bei der Behandlung von einem Kilogramm Schweine- und Geflügelmist sinke der Energiebedarf deutlich auf unter drei beziehungsweise 0,8 Kilowattstunden.

„Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, wie hoch der Energieverbrauch für die Güllebehandlung wäre, um den gesamten Stickstoff-Fußabdruck in der Tierhaltung zu verringern“, sagt Samanta. Zurzeit werde dieser Energiebedarf bei der Preisbildung nicht berücksichtigt: „Bezöge man ihn ein, müsste der Fleischpreis, je nach Fleischsorte, um 0,20 bis 1,50 Euro pro Kilo steigen.“ (swi)

Von der EU gebremstes Verbrenner-Verbot macht Hoffnung

Mein persönlicher Kommentar:

es scheint sich noch nicht herumgesprochen zu haben, dass ein E-Auto  ohne Hunderte Kilogramm-Batterie möglich ist, , welches gleichzeitig ein Minimum an Energie benötigt, um von A nach B zu kommen (der kleine Lademotor mit grünem Methanol betrieben), mit nur maximal 20 kWh-Batterie, 250 kg leichter als E-Auto Typ Tesla, doch sonst rein elektrisch angetrieben. Hierbei handelt es sich um ein serielles Hybrid-Auto. Die Firma Obrist, die zwei Prototypen konstruiert und gebaut hat, nennt es ‚Hyper-Hybrid-Auto. Ein mit Benzin betriebener Prototyp benötigt nur 1,5 Liter Treibstoff auf 100 Kilometer mit dem 30 Liter fassenden Tank erzielt es ohne mögliches Zwischenladen eine Reichweite von 1,500 Kilometer. Weil es so leicht ist, beschleunigen es die zweimal 60 kW Elektro-Motoren in 4 Sekunden auf 100 km pro Stunde.. Die Energie dazu wird der Batterie entzogen. Diese genetische Energie kann aber zu fast 100% zurück geladen werden. Nur die Reifenreibung und der Windwiderstand benötigen verlorene CO2-produzierende Energie. Dieses bedeutet erheblich weniger Feinstaub durch den Reifenabrieb inkl. Mikroplastik.

Der größte Vorteil, ein solches Hyper-Hybrid-Elektro-Auto ist nicht teurer als heutige Verbrenner. In der Stadt oder auf Kurzstrecken reicht die kleine, mit regenerativem Strom vollgeladene Batterie aus, um mindestens 80 km rein elektrisch zu fahren. Es benötigt infolgedessen keinerlei Subventionen und Privilegien, um auch für kleine Leute erschwinglich zu sein.

Bisher verhindern nur mindestens 20.000 Euro staatlicher Zuschuss inkl. 9.000 Euro Verkaufsprämie pro Batterie-schwerem herkömmlichen Elektroauto und die schwachsinnige Null-Liter-Anrechnung im Flottenverbrauch der Automobilfirmen die Hinwendung zum Hybrid-Elektro-Auto.

Jean Pütz

(Manager-Magazin) – Die Einigung der EU-Länder ist ein De-Facto-Zulassungsverbot für Verbrenner ab 2035. Welche Konzerne das nervös macht und welche Absatzmärkte nach 2035 noch für Verbrenner bleiben – ein Überblick.

Das Ende der Ära des Verbrennungsmotors ist eingeläutet. In der Nacht zum Mittwoch haben sich die nationalen Umweltminister der Europäischen Union darauf geeinigt, ab 2035 nur noch Neuwagen ohne CO2-Emissionen zuzulassen. Allerdings verständigten sie sich auf Ausnahmen: Mit synthetischen Kraftstoffen betriebene Verbrenner dürfen weiter auf den Markt gebracht werden.

Zwar bleibt der maßgeblich von Deutschland initiierte Beschluss hinter den radikaleren Forderungen des EU-Parlaments zurück. Das hatte zuvor ein vollständiges Verbrennerverbot beschlossen. Doch auch so ist es ein Einschnitt. „Ich habe volles Vertrauen, dass die europäische Automobilindustrie es schaffen kann“, sagte Frans Timmermans (61), der Vizepräsident der Kommission, zu den Ministern, als sich die hitzigen Gespräche in Brüssel dem Ende zuneigten. „Unsere Automobilhersteller gehören zu den führenden Unternehmen in Europa und können dies auch weiterhin bleiben, wenn sie sich auf diesen globalen Wandel einlassen.“

Noch dominieren klar Benzin- und Dieselmotoren. Weltweit wurden laut der Beratungsfirma Berylls 2021 rund 80,3 Millionen Verbrenner verkauft. Die angekündigte Verbote verkleinern den potenziellen Markt gewaltig. „Würden bereits heute die weltweit angekündigten Verkaufs- oder Zulassungsverbote für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor gelten, wären 36,6 Millionen Einheiten oder 45,6 Prozent vom aktuellen globalen Absatzvolumen betroffen“, sagt Andreas Radics, geschäftsführender Partner bei der Berylls Group. Wobei China in diese Gleichung mit allein 18,5 Millionen verkauften Verbrennern 2021 eingeht.

Was also bedeutet das faktische Verbrenner-Aus in Europa für die Autoindustrie? Die wichtigsten Fragen und Antworten im Überblick.

Was haben die EU-Länder genau beschlossen?

Die EU-Staaten einigten sich darauf, dass die sogenannten Flottengrenzwerte für Autos bis 2035 auf null sinken sollen. Diese geben Autoherstellern vor, wie viel CO2 ihre produzierten Fahrzeuge im Betrieb ausstoßen dürfen. In der Folge werden neu verkaufte Benzin- und Diesel-Fahrzeuge wahrscheinlich immer mehr durch Elektrofahrzeuge ersetzt werden, um die Ziele zu erreichen.

Auf Drängen Deutschlands lässt der Beschluss eine Hintertür für Verbrennungsmotoren offen. Die EU-Kommission soll prüfen, ob es Ausnahmen für Verbrenner geben könnte, wenn diese mit synthetischen Kraftstoffen betrieben werden. Solche E-Fuels werden unter Einsatz von Strom hergestellt; stammt der aus erneuerbaren Energien, können auch sie klimaneutral sein. Ob sie allerdings jemals marktfähig werden, ist unklar.

Wer gerät durch den Vorschlag unter Druck?

Alle. 2035 ist in der EU Schluss mit Benzin und Diesel. Und noch ist – außer Elektromarken wie Tesla und Polestar – niemand auch nur annähernd so weit, die Verbrenner abzuschalten. Die Aktien von Mercedes-Benz, Volkswagen und BMW verloren am Mittwoch entsprechend überdurchschnittlich.

Am stärksten auf Alternativen zur reinen Elektromobilität gesetzt oder öffentlich gewarnt haben zuletzt Autohersteller wie BMW und Porsche. BMW-Vorstandschef Oliver Zipse (58) etwa glaubt noch an den Verbrenner und hält ein Verbot ab 2035 für falsch. „In der heutigen Zeit alles auf eine Karte zu setzen, ist ein industriepolitischer Fehler“, sagte er vor der Einigung am Dienstag. Der Weg zur Klimaneutralität sei auch technologieoffen zu schaffen. Für offen hält Zipse, ob die notwendige Ladeinfrastruktur für E-Autos bis 2035 aufgebaut werden kann. Auch wie Europa den Zugang zu den entscheidenden Rohstoffen für all die Elektroautos sicherstellen wolle, sei unklar. Hier drohten neue Abhängigkeiten.

Auch Porsche-Chef Oliver Blume (53) setzt zumindest beim für die Marke wahrscheinlich wichtigsten Modell weiterhin auf den Verbrenner: dem 911er. Porsche verkauft den E-Sportwagen Taycan, will bei 2030 auf 85 bis 90 Prozent Elektroanteil kommen. Aber Blume investiert auch in die Entwicklung synthetischer Kraftstoffe und hat damit innerhalb des VW-Konzerns einen Sonderweg eingeschlagen. In Chile investierte der Sportwagenbauer rund eine halbe Milliarde Euro in den Bau einer Anlage zur Produktion von E-Fuels. Allerdings sollen die Stoffe nach bisherigen Plänen nur herkömmlichem Benzin beigemischt werden. Alles andere sei „Science-Fiction“, sagte ein Sprecher am Mittwoch dem SPIEGEL.

Skeptisch zeigt sich auch der Verband der Automobilindustrie (VDA). „Eine flächendeckende europaweite zuverlässige Ladeinfrastruktur ist zwingende Voraussetzung für die Verbraucherinnen und Verbraucher“, sagte ein VDA-Sprecher. In Deutschland sei man davon weit entfernt.

Grünes Methanol als Wasserstoffspeicher zum Antrieb von Monster-Schiffen

(Fraunhofer) – Der Schiffsverkehr gehört zu den am schnellsten wachsenden Quellen für Treibhausgase. Schiffsbauer und Betreiber suchen nach umweltfreundlichen, alternativen Antrieben. Fraunhofer-Forschende haben gemeinsam mit Partnern das Antriebskonzept »HyMethShip« entwickelt, bei dem Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird. Die Technik benötigt keine großen Wasserstofftanks an Bord und ist daher deutlich sicherer. In Zukunft könnte sie auch für Kreuzfahrtschiffe interessant sein.

Nach Angaben der europäischen Umweltagentur sind maritime Transporte für gut drei Prozent der gesamten CO2-Emissionen der Europäischen Union verantwortlich. Allein 2019 waren es mehr als 144 Millionen Tonnen CO2. Das klingt nicht nach besonders viel. Doch durch den starken Anstieg des Handelsvolumens gehört der Schiffsverkehr seit vielen Jahren zu den am schnellsten wachsenden Quellen von Treibhausgasemissionen. Schiffsbauer und -betreiber weltweit sind daher auf der Suche nach umweltfreundlichen Alternativen zu den klassischen Schiffsmotoren, die mit Schweröl oder Diesel arbeiten. Dabei gerät auch grüner Wasserstoff als saubere Energiequelle immer mehr in den Fokus. Allerdings bringt das Mitführen großer, schwerer Spezialbehälter auf hoher See, die den Wasserstoff unter Druck speichern, immer auch ein gewisses Risiko mit sich.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben nun gemeinsam mit Partnern eine Technologie entwickelt, die Wasserstoff als emissionsfreies Antriebskonzept nutzt und gleichzeitig sehr sicher ist. Das von der EU geförderte Projekt »HyMethShip« verwendet Methanol als flüssigen Wasserstoffträger. Das Konzept sieht vor, am Hafen Methanol zu tanken. An Bord wird aus dem Methanol durch Dampfreformierung Wasserstoff für den Schiffsantrieb gewonnen. »Damit schlagen wir zwei Fliegen mit einer Klappe: Der Schiffsantrieb ist nahezu vollkommen emissionsfrei, zugleich benötigt man keine großen und potenziell gefährlichen Wasserstofftanks«, erklärt Dr. Benjamin Jäger von der Abteilung Katalyse und Materialsynthese am Fraunhofer IKTS.

Methanol tanken, Wasserstoff verbrennen

Technisches Herzstück des Systems ist der Reaktor. Dabei wird das Methanol zunächst mit Wasser gemischt, durch Wärme verdampft und in den vorgeheizten Reaktor eingespeist. Dort wird die Methanol-Wasser-Mischung zu Wasserstoff und CO2 umgesetzt. Bei der Abtrennung des Wasserstoffs und dem Reaktorengineering kann das Fraunhofer IKTS seine langjährige Erfahrung in der Membranverfahrenstechnik einsetzen. Die Fraunhofer-Forschenden haben eine mit Kohlenstoff beschichtete Keramikmembran entwickelt. Durch die extrem feinen Poren der Membran entweichen die Wasserstoffmoleküle, während die größeren Kohlenstoffdioxid-Gas-Moleküle zurückgehalten werden. Der Wasserstoff erreicht dabei eine Reinheit von mehr als 90 Prozent. Er wird nun in den Motor geleitet, wo er wie im klassischen Verbrennungsmotor verbrennt und den Motor antreibt. Klimaschädliche Abgase entstehen dabei nicht.

Das im Projekt genutzte Prozesskonzept setzt noch zwei weitere konstruktive Kniffe ein, um das System zu optimieren. Zum einen wird die Abwärme des Motors genutzt, um den Reaktor zu heizen, womit sich die Effizienz des Systems deutlich erhöht. Zum anderen wird das zurückbleibende Kohlenstoffdioxid im Nachgang zum Reaktor wieder verflüssigt und in die leeren Methanoltanks geleitet. Ist das Schiff am Hafen angekommen, wird das CO2 in Tanks geleitet und kann für die neuerliche Methanol-Synthese verwendet werden.

»Methanol ist ein idealer Wasserstoffträger für die Schifffahrt. Die Energiedichte ist doppelt so hoch wie bei verflüssigtem Wasserstoff, deshalb sind die Methanoltanks an Bord auch nur halb so groß. Außerdem ist es gefahrlos zu transportieren. Selbst wenn ein Tank leckt, besteht keine akute Umweltgefahr«, sagt Fraunhofer-IKTS-Experte Jäger.

Eine technische Herausforderung bei der Entwicklung bestand darin, die Keramikmembranen so zu vergrößern, dass sie auch für die nötige Antriebsleistung von Schiffsmotoren infrage kommen. Den Forschenden ist es dabei gelungen, die ursprünglich nur 105 Millimeter lange Membran auf eine Länge von 500 Millimeter zu skalieren. Damit ist bereits eine Motorleistung von bis zu 1 MW erreichbar. Angestrebt werden mittelfristig Antriebe mit 20 MW Leistung und mehr.

Ideal wäre die emissionsfreie Antriebstechnologie beispielsweise für Fähren, die fest zwischen zwei Häfen verkehren und dort jeweils eine Tankstation für Methanol zur Verfügung haben. Die Technologie wäre in Zukunft aber auch für Containerschiffe und Kreuzfahrtschiffe interessant. Eine grüne Kreuzfahrt ohne Treibhausgasemissionen und ohne große Schornsteine, die den Ruß aus der Schwerölverbrennung in die Luft blasen, würde Kreuzfahrten auch für umweltbewusste Passagiere attraktiv machen.

Bei dem von der EU geförderten-Projekt »HyMethShip« arbeitete das Fraunhofer IKTS mit mehreren Partnern zusammen. Die Gesamtkoordination des Projekts übernahm das Large Engines Competence Center (LEC) im österreichischen Graz. Das Startup SES-HyDepot e.U. in Innsbruck betrieb die Small-Scale-Testanlage zur Validierung des verfahrenstechnischen Grundprozesses. Christian Mair, CEO von SES-HyDepot, ist optimistisch: »Der Testbetrieb hat gezeigt, dass die Wasserstoffbereitstellung auf Methanol-Basis realisierbar ist und auch für Schiffe und ihre hohen Leistungsanforderungen mittelfristig eine Perspektive darstellt.«

Die Politik hat im Rahmen der Energiewende und des europäischen Green Deal begonnen, den Druck auf die Branche zu erhöhen. So forderte das EU-Parlament 2020, die Schifffahrtsunternehmen auf, ihre Emissionen deutlich zu reduzieren. Das Projekt »HyMethShip« mit seinem emissionsfreien Wasserstoffantrieb könnte hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.

Zudem sind Anwendungen in anderen Branchen möglich. Das Prinzip der Wasserstofferzeugung aus Methanol lässt sich auch für verschiedenste Szenarien in der chemischen Industrie verwenden.

Grenzen des Wachstums von Wind- und Photovoltaikanlagen

Meine persönliche Bemerkung:

Der Autor Professor Dr. Sigismund Kobe ist emeritierter Professor für Theoretische Physik der TU Dresden und gleichzeitig großer Fachmann in der Berechnung elektrischer Netze und Netzsicherheit. Er beschreibt die Probleme, die entstehen können auf dem Weg zu einer reinen regenerativen Versorgung Deutschlands mit elektrischer Energie. Die Arbeit kann meines Erachtens dazu dienen, das Wunschdenken bestimmter Politiker zu relativieren. Die Physik setzt so manchen politischen Wolken Kuckucksheimen objektive Grenzen. Aber Utopie ist erlaubt

Jean Pütz

Photovoltaik Power Plat Technology