Der Begriff „synthetischer Kraftstoff“ ist nicht einheitlich und abgegrenzt definiert, weshalb es mehrere Herangehensweisen für Definitionen gibt. Grundsätzlich wird der Begriff oftmals zur Abgrenzung gegenüber konventionellen Kraftstoffen, wie etwa Benzin, Diesel oder Kerosin verwendet, welche auf eine Verwendung von Erdöl als Rohstoffquelle basieren. Sogenannte E-Fuels sind eine Form von synthetischen Kraftstoffen und somit kein Synonym für den Begriff.
Wie wird synthetischer Kraftstoff definiert und wodurch unterscheidet er sich von konventionellem Kraftstoff?
Für die Definition gibt es einige Herangehensweisen, da das Wort „synthetisch“ mehrere Bedeutungen hat. Einerseits lässt sich damit beschreiben, dass der synthetische Kraftstoff künstlich hergestellt wird, während es bei der Herstellung von konventionellen Kraftstoffen (vereinfacht ausgedrückt) in der Regel lediglich zu einer Trennung der einzelnen Bestandteile des ursprünglichen Rohstoffes kommt, ohne diese chemisch zu verändern. Andererseits beschreibt das Wort „Synthese“ in seiner griechischen Wortherkunft aber auch die Zusammensetzung bzw. Zusammenfassung, womit das chemische Verfahren durch das Zusammenführen mehrerer Stoffe zu der Herstellung eines neuen Stoffes führt.
Die uneinheitliche Definition verstärkt sich dadurch, dass beispielsweise Biodiesel nicht zu den synthetischen Kraftstoffen gezählt wird, obwohl bei dessen Herstellung eine chemische Veränderung stattfindet. Auch bei der Herstellung konventioneller Kraftstoffe kann unter Umständen ein Verfahren angewendete werden, welche den Rohstoff in der Herstellung chemisch verändert. Beispielsweise werden beim sogenannten „cracken“ im Rahmen der Diesel- & Benzinproduktion langkettige Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe gespalten. Trotz der chemischen Veränderung spricht man im Endprodukt dennoch von einem konventionellem und nicht von einem synthetischen Kraftstoff.
Arten von synthetischen Kraftstoffen: GtL, BtL, CtL, PtL
Der Großteil der synthetischen Kraftstoffe lässt sich in deren Benennung dahingehend kategorisieren, dass der Name den Aggregatzustand des Ausgangsstoffes und Endstoffes beschreibt. Verallgemeinert wird daher beispielsweise von XtL-Kraftstoffen („X-to-liquid“) gesprochen, wobei das „X“ eine Variable über den Ausgangszustand darstellt. Durch ihren flüssigen Endzustand können sie relativ einfach über die bestehende Infrastruktur für konventionelle Kraftstoff transportiert und gelagert werden und eignen sich (sofern auch andere Gesichtspunkte erfüllt sind) aufgrund ihres Zustands für die Nutzung in Verbrennungsmotoren.
Was bedeutet GtL-Kraftstoff?
Bei GtL-Kraftstoffen („gas-to-liquid“) wird Erdgas dahingehend chemisch umgewandelt, dass es einen flüssigen Zielzustand erreicht. Anwendung findet diese Synthese vor allem bei jenen Erdgasvorkommen, welche als Nebenprodukt der Erdölförderung anfallen. Das dabei anfallende Erdgas ist häufig in der Weiterverwendung als solches aufgrund der Transportkosten nicht rentabel, weshalb es oftmals einfach verbrannt wird. Durch Verarbeitung in einen GtL-Kraftstoff rentiert sich potenziell jedoch der Transport und Verkauf durch die erhöhte Energiedichte.
Was bedeutet BtL-Kraftstoff?
Für BtL-Kraftstoffe („biomass-to-liquid“) wird Biomasse verflüssigt, sodass diese für den Betrieb in konventionellen Verbrennungsmotoren geeignet ist. Im ersten Schritt wird die verwendete Biomasse (z. B. Holz oder Pflanzen) in einen gasförmigen Zustand gebracht und anschließend durch Synthese verflüssigt. Da bei der anschließenden Verbrennung nur so viel CO2 freigesetzt wird, wie der verwendete Rohstoff ursprünglich gebunden hat, hat dieser Kraftstoff eine bessere Energiebilanz als andere. Jedoch wird für den Anbau der Rohstoffe eine sehr große Fläche benötigt.
Was bedeutet CtL-Kraftstoff?
Als CtL-Kraftstoffe („coal-to-liquid“) werden jene Kraftstoffe bezeichnet, welche aus Kohle hergestellt werden. CtL-Kraftstoffe sind dahingehend verbreitet, da die globalen Kohlevorkommen wesentlich größer sind als jene für Erdöl. Andererseits hat die Herstellung eine schlechtere Energiebilanz als andere synthetische bzw. auch konventionelle Kraftstoffe, da Kohle relativ wenig Wasserstoff für die benötigte Synthese enthält und dieser separat hergestellt werden muss. Abhilfe könnte jedoch ein Verfahren schaffen, welche bei PtL-Kraftstoffen („power-to-liquid“) Anwendung findet. Bei dieser Form des synthetischen Kraftstoffs wird dieser mithilfe der Verwendung von elektrischem Strom hergestellt. Ein Synonym dafür ist E-Fuel, womit ersichtlich wird, dass der Begriff E-Fuel eine Art bzw. Unterkategorie von synthetischen Kraftstoffen ist und kein Synonym dafür.
Was bedeutet PtL-Kraftstoff?
Bei den PtL-Kraftstoffen wird Wasser mithilfe von Strom durch die sogenannte Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Im nächsten Schritt wird das benötigte CO2, welches aus verschiedenen Quellen stammen kann, bereitgestellt und die benötigten Stoffe zu einem Synthesegas zusammengeführt, welches dann durch Synthese verflüssigt wird. Sofern der Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Quellen stammt und das verwendete CO2 nicht separat extrahiert wird, sondern aus der Atmosphäre stammt, kann dieser Kraftstoff Verbrennungsmotoren klimaneutral betreiben.
Weitere synthetische Kraftstoffe stellen jene dar, welche einem Verbrennungsmotor zu dessen Betrieb beigemengt werden, jedoch den konventionellen Kraftstoff nicht ersetzen. Ein Beispiel hierfür ist etwa Aceton.
Welche Kritikpunkte gibt es bei synthetischen Kraftstoffen?
Durch die großteils aufwendige Herstellung der synthetischen Kraftstoffe sind diese teurer als etwa Diesel oder Benzin. Da GtL-Kraftstoffe das bei der Erdölförderung anfallende Erdgas nutzen, ist diese Herstellung nicht beliebig skalierbar, da der verwendete Rohstoff begrenzt und endlich ist.
BtL-Kraftstoffe benötigen für den Anbau der Biomasse sehr viel Fläche, welche auch begrenzt ist, bzw. mit anderen Industrien wie beispielsweise der Nahrungs- oder Futtermittelindustrie konkurriert. Bei der Herstellung von E-Fuels ist vor allem relevant, wie der für die Elektrolyse verwendete Strom erzeugt wird und woher das benötigte CO2 stammt. Auch die Effizienz bei der Herstellung ist nach wie vor relativ gering. Bei der Herstellung von E-Fuels fallen neben dem gewünschten Endprodukt (ähnlich wie bei der Herstellung von konventionellem Kraftstoff) auch weitere Nebenprodukte an, welche zur Verbesserung des Nutzungsgrads weiterverarbeitet werden sollten.
Welche Chancen und Vorteile schaffen synthetische Kraftstoffe?
Ein großer Vorteil von synthetischen Kraftstoffen ist, dass sie für den Betrieb von konventionellen Verbrennungsmotoren geeignet sind und somit keine Umrüstung dieser nötig ist. Auch die bestehende Infrastruktur an Tankstellen kann aufrechterhalten und weiterhin betrieben werden.
Chancen werden vor allem der Verwendung von PtL-Kraftstoffen bzw.
E-Fuels zugeschrieben. Wird bei der Herstellung von E-Fuels das CO2 aus der Atmosphäre gewonnen und der Strom aus regenerativen Quellen erzeugt, lässt sich somit ein klimaneutraler Kraftstoff herstellen, welcher somit wesentlich klimafreundlicher als konventioneller Kraftstoff ist.
E-Fuels lassen sich durch ihre flüssige Form und ihre Beschaffenheit wesentlich leichter transportieren und lagern als beispielsweise Wasserstoff. E-Fuels können oftmals auch dort eingesetzt werden, wo eine Elektrifizierung aufgrund der Gegebenheiten nicht möglich ist. Eine weitere Chance besteht darin, dass sich synthetische Kraftstoffe mit konventionellen Kraftstoffen mischen lassen und somit zu einer besseren Energiebilanz beitragen können als die alleinige Nutzung konventioneller Kraftstoffe. Vorausgesetzt natürlich, dass die synthetischen Kraftstoffe eine bessere Energiebilanz besitzen als ihr konventionelles Äquivalent.