Mit Solar-Treibstoff zum Klimaziel

Nachhaltig produziert, tragen auch synthetische Treibstoffe dazu bei, die Mobilität auf erneuerbare Energie umzustellen. So werden Klimaziele erreichbar.

Auch LKW mit CNG- oder LNG-Antrieb, die dank Biogas im Tank nahezu CO₂-neutral unterwegs sind, gehören zu den Abnehmern der synthetischen Treibstoffe des Empa-Mobilitätsdemonstrator «Move». Quelle: Empa

Empa-Forschende untersuchen im Mobilitätsdemonstrator «Move» die Herstellung von synthetischem Methan aus energetischer, technischer und wirtschaftlicher Perspektive – ein Projekt mit globalem Potenzial. Denn Mobilitätsanalysen zeigen: Nur ein kleiner Anteil aller Fahrzeuge ist für den Grossteil der gefahrenen Kilometer verantwortlich. Die Rede ist vor allem vom Schwerverkehr, von Viel- und Langstreckenfahrern, die ihre Güter quer durch ganz Europa transportieren. Werden diese vielen Kilometer weiterhin mit fossiler Energie zurückgelegt, wird es kaum möglich sein, die CO₂-Emissionen im Strassenverkehr genügend zu senken. Genauso wie die Nutzung von Biogas leisten hier auch synthetische Treibstoffe einen wesentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung.

Mit der Elektromobilität, der Wasserstoffmobilität und synthetischen Treibstoffen werden im Mobilitätsdemonstrator «Move» der Empa drei technologische Pfade zur CO₂-Reduktion im Strassenverkehr vor dem Hintergrund eines sich stark verändernden Energiesystems untersucht. «Alle diese Konzepte haben energetische, betriebliche und wirtschaftliche Vor- und Nachteile. Um sie richtig einzusetzen, braucht es ein vertieftes Verständnis des Gesamtsystems», erklärt Christian Bach, Leiter der Empa-Abteilung Fahrzeugantriebssysteme. «Gemeinsam mit den ‹Move›-Partnern erarbeiten wir dazu umsetzbares Wissen.»

Christian Bach erläutert die Funktionsweise des Mobilitätsdemonstrators «Move». Quelle: Empa

Das neueste Projekt dreht sich um die Herstellung von synthetischem Methan aus Wasserstoff und CO₂ – die sogenannte Methanisierung. Solche mit erneuerbarer Energie künstlich produzierten Treibstoffe – Synfuel oder Syngas genannt – können über die herkömmlichen Wege transportiert und durch die vorhandene Infrastruktur zur Verfügung gestellt werden, was für die Schweiz wie auch global interessant ist, weil sich damit ein enormes Potenzial für erneuerbare Energie erschliesst.

Der grundlegende chemische Prozess der Methanisierung ist seit über 100 Jahren als Sabatier-Reaktion bekannt. Im «Move» soll ein an der Empa weiterentwickeltes Verfahren zum Einsatz kommen: die sogenannte sorptionsverstärkte Methanisierung. Davon versprechen sich die Empa-Forschenden eine einfachere Prozessführung, einen höheren Wirkungsgrad und eine bessere Eignung für den dynamischen Betrieb. Das einstufige Methanisierungsverfahren im «Move» kommt ohne Wasserstoffabtrennung im Produktgas aus. Die Idee dahinter: Das Reaktionswasser wird während des Methanisierungsprozesses auf einem porösen Katalysatorträger adsorbiert. Dieser kontinuierliche Wasserentzug verschiebt das Reaktionsgleichgewicht hin zu einer nahezu 100-prozentigen Methanausbeute. «Das gasförmige Produkt kann also ohne zusätzliche Reinigung direkt ins Gasnetz eingespeist und zum Beispiel für das Betanken von CNG-Fahrzeugen genutzt werden», erklärt Bach.

Mit der Elektromobilität, der Wasserstoffmobilität und synthetischen Treibstoffen werden im Mobilitätsdemonstrator drei technologische Pfade zur CO₂-Reduktion untersuche. Quelle: Empa

Das CO₂ für die Methanisierung wie auch das Wasser für die Herstellung des Wasserstoffs wird mit einem CO₂-Kollektor des ETH-Spin-offs Climeworks direkt vor Ort der Atmosphäre entnommen. Beim Wärmebedarf für die CO₂-Desorption sehen die Empa-Forschenden weiteres Optimierungspotenzial. «Die Wasserstofferzeugung wie auch die Methanisierung generieren kontinuierlich Abwärme», so Bach. «Über ein geschicktes Wärmemanagement wollen wir den Wärmebedarf des CO₂-Kollektors zu einem möglichst grossen Teil mit dieser Abwärme decken».

Neben neuen Erkenntnissen über technische und energetische Aspekte sind auch Aussagen zur Wirtschaftlichkeit von synthetischem Methan ein Ziel des Projekts. «Um diese gesamtheitliche Perspektive sicherzustellen, besteht das Projektkonsortium aus Partnern, die die ganze Wertschöpfungskette abdecken – von Forschenden der Empa über Energieversorger, Tankstellen- und Fuhrparkbetreibern bis hin zu Industriepartnern im Technologie- und Anlagenbereich», erläutert Brigitte Buchmann, Direktionsmitglied der Empa und strategische Leiterin von «Move». Das Projekt wird daher auch durch den Kanton Zürich, den ETH-Rat, Avenergy Suisse, Migros, Lidl Schweiz, Glattwerk, Armasuisse und Swisspower unterstützt. (pd/jas, 11. Juni 2021)