Technologierouten
Klimaverträgliche Flugkraftstoffe (SAF) – Die Zukunft der Luftfahrt
Klimaverträgliche Flugkraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAF) sind ein entscheidender Schritt in Richtung klimaverträgliche Luftfahrt. Sie reduzieren CO₂-Emissionen erheblich und sind mit der bestehenden Infrastruktur und den heutigen Flugzeugtriebwerken kompatibel. Es gibt verschiedene Produktionswege, die sich in den eingesetzten Rohstoffen, der Nachhaltigkeit und der Skalierbarkeit unterscheiden. Aufgrund des hohen Bedarfs an klimaverträglichen Flugkraftstoffen und den jeweils limitierten Rohstoffen zur Produktion benötigt man alle realisierbaren Verfahren. Das bislang einzige kommerziell etablierte Verfahren ist die sogenannte HEFA-Route (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids). Diese ist in ihrem Potenzial jedoch stark von der Verfügbarkeit von gebrauchten Speiseölen limitiert und ein Umstieg auf direkte Pflanzenöle, wie zum Beispiel Palmöl, bringt sogar Nchteile beim Klimaschutz mit sich. Weitere zukunftsträchtige und nachhaltige Verfahren sind Alcohol-to-Jet (AtJ), Biomass-to-Liquid (BtL), Power-and-Biogas-to-Liquid (PBtL) und Power-to-Liquid (PtL). Wir bei Solarbelt unterstützen die Markteinführung von Verfahren mit dem höchsten CO₂-Einsparpotenzial, die für Länder des Globalen Südens geeignet sind und auf die europäischen Ziele zur Senkung der Treibhausgasemissionen im Verkehr anrechenbar sind. Dazu zählen insbesondere BtL und PtL-Verfahren.
HEFA
AtJ
PBtL
(Reformierung)
PBtL
(Plasmalyse)
BtL
PtL
CO₂-Einsparpotential
60-80%
70-80%
70-90%
70-90%
Bis zu 90%
Bis zu 100%
Optimale Ausgangsbiomasse
Gebrauchte Speiseöle, tierische Fette, Pflanzenöle
Zucker- und stärkehaltige Pflanzen
Biogene Abfälle, Klärschlamm
Biogene Abfälle, Klärschlamm
Holzreste, holzartige Restbiomassen, Agrarreststoffe
Kein direkter Biomassebedarf (CO₂ aus Abgasen oder der Luft)
Verfügbarkeit nachhaltiger Biomasse
Gering
Gering - Mittel
Mittel
Mittel
Mittel - Hoch
Biogenes CO₂ derzeit noch begrenzt verfügbar
Technologische Reife
TRL 9
TRL 7-8
TRL 6-7
TRL 4-6
TRL 6-7
TRL 6-7
Strombedarf
Niedrig (>5%)
Mittel
(10-20%)
Mittel
(10-25%)
Hoch
(40-60%)
Niedrig
(5-10%)
Nicht relevant
Produktionskosten
Niedrig
Mittel
Mittel
Mittel
Mittel
Hoch
Fazit
Hohes Risiko, dass Energiepflanzen eingesetzt werden (Teller-Tank-Problematik)
Wenn Bioagas nicht besser für lokale Bevölkerung einsetzbar ist, gute Route für Globalen Süden, da Strombedarf nur mittel
Ideal für Globalen Süden, da Restbiomassen in Wert gesetzt werden und Strombedarf gering
Einsatz dann im Globalen Süden sinnvoll, wenn ausreichend Grünstrom für Bevölkerung verfügbar und Technologie reifer ist
Fokus Solarbelt
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Die Biomass-to-Liquid (BtL)-Technologie wandelt pflanzliche Reststoffe, Holzabfälle und landwirtschaftliche Biomasse in klimaverträglichen Flugkraftstoff (SAF) um. Dabei wird die Biomasse zunächst durch Vergasung in ein Synthesegas umgewandelt, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Anschließend wird dieses Gas durch das Fischer-Tropsch-Verfahren oder Methanolsynthese in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt, die nach einer Veredelung als hochwertiger Flugkraftstoff genutzt werden können. BtL-SAF hilft, die CO₂-Emissionen um bis zu 90 % im Vergleich zu fossilem Kerosin zu reduzieren.
Ein großer Vorteil dieser Technologie ist, dass sie nicht essbare Biomasse wie Stroh oder Holzreste verwendet und damit keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion darstellt. Allerdings ist die Biomasseverfügbarkeit begrenzt und die Aufbereitung und Bereitstellung von Biomasse kann komplex sein. In einer Studie hat Solarbelt zusammen mit dem ifeu-Institut untersucht, welche Biomassen unter Einhaltung strenger sozialer und ökologischer Standards als Ausgangsstoffe für grünes Kerosin infrage kommen, und wieviel davon in Ländern des Globalen Südens verfügbar ist.
Power-to-Liquid (PtL) – Synthetischer Kraftstoff aus erneuerbarer Energie
PtL-Kraftstoffe werden durch die Kombination von grünem Wasserstoff (H₂) aus Elektrolyse und abgeschiedenem CO₂ hergestellt. Dieses Synthesegas wird in einem chemischen Verfahren in flüssige Kraftstoffe umgewandelt. PtL ist nahezu CO₂-neutral, wenn das CO₂ aus der Luft oder Restbiomasse stammt, und ist mit erneuerbarer Energie skalierbar. Allerdings hat es einen hohen Energiebedarf, ist derzeit noch teuer und erfordert den Aufbau neuer Infrastrukturen für CO₂-Abscheidung und Wasserstoffproduktion.
Power-and-Biogas-to-Liquid (PBtL) – Flüssiger Treibstoff aus Biogas
PBtL wandelt Biogas, das aus organischen Abfällen oder Reststoffen durch Fermentation gewonnen wird, in flüssige Kraftstoffe wie synthetisches Kerosin um. Auch PBtL kann Abfälle energetisch nutzbar machen und reduziert dabei Methanemissionen, die sonst in die Atmosphäre gelangt wären; Die Technologie zur Erzeugung von Synthesegas über Methanreformierung ist bereits relativ reif - eine Kopplung mit einem Syntheseverfahren steht noch aus. Allerdings ist die Skalierbarkeit häufig durch die Biogasverfügbarkeit begrenzt und Biogas könnte anderweitig oft sinnvoller eingesetzt werden, z. B. als direkter Ersatz von fossilem Erdgas.
Klimaerträglicher Flugkraftstoff aus Pflanzenölen & Abfällen –
Die HEFA-SAF-Technologie
Die HEFA-SAF-Technologie (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids) verwandelt pflanzliche Öle, tierische Fette und gebrauchte Speiseöle in klimaverträglichen Flugkraftstoff (SAF). Dabei werden diese Rohstoffe durch Hydrierung und Weiterverarbeitung in hochwertige, saubere Flugkraftstoffe umgewandelt. Wenn ausschließlich Abfallöle und nachhaltige Rohstoffe genutzt werden, steht HEFA-SAF auch nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Diese
Technologie ist bereits kommerziell erprobt und wenn heute die Rede davon ist, dass ein Flugzeug mit klimaverträglichem Kraftstoff fliegt, findet sich mit allergrößter Sicherheit im Tank HEFA-SAF. Die Menge an nachhaltigen Reststoffen, die für die HEFA-Route zur Verfügung stehen, ist allerdings stark limitiert und die Biomasselogistik kann herausfordernd sein.
Alcohol-to-Jet (AtJ) -
Klimaverträglicher Flugkraftstoff aus zucker- und stärkehaltiger Biomasse
Die Alcohol-to-Jet (AtJ)-Technologie wandelt Ethanol oder andere Alkohole in klimaverträglichen Flugkraftstoff (SAF) um. Der Prozess beginnt mit der Gewinnung von Ethanol, das primär aus zucker- und stärkehaltiger Restbiomasse wie Zuckerrohrmelasse oder Fruchtabfällen hergestellt wird. In einem mehrstufigen chemischen Umwandlungsprozess wird der Alkohol zunächst zu Zwischenmolekülen wie Olefinen aufgespalten. Diese Moleküle werden anschließend durch Oligomerisierung, Hydrierung und Isomerisierung in hochwertige Flugkraftstoffe umgewandelt, die herkömmlichem Kerosin in ihrer Qualität und Leistung entsprechen. Ein großer Vorteil dieser
Technologie ist, dass Ethanol bereits weltweit in großen Mengen produziert wird, was eine schnelle Skalierung ermöglicht. Werden Nahrungs- oder Futterpflanzen direkt zur Ethanolproduktion verwendet, handelt es sich um sogenannte Biokraftstoffe der 1. Generation. Diese werden in der europäischen Regulatorik zur Zielerfüllung der Senkung der Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor vollständig ausgeschlossen oder stark begrenzt.
Wenn Rest- und nicht Anbaubiomasse eingesetzt wird, steht AtJ-SAF nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und ist auf die EU-Ziele anrechenbar. Auch hier ist die Menge an nachhaltigen Reststoffen, die für die AtJ-Route zur Verfügung steht, limitiert und das Risiko der indirekten Landnutzungsänderung (ILUC – indirect land usage change) steht im Raum, wenn etwa Zuckerrohr als Ausgangsstoff verwendet wird, weil dadurch potenziell mehr Anbaufläche für Zuckerrohr erschlossen werden muss, was zur Verdrängung anderer Landnutzungen und zur Zerstörung von Ökosystemen führen kann.
Finale Bewertung der Routen für Solarbelt
In Europa herrschen gemäß der Erneuerbare-Energien-Richtlinie RED strenge Regeln für die Herstellung von klimaverträglichem Flugkraftstoffen (SAF), um negative Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft zu minimieren. Bei Biomasse besteht zum Beispiel die Gefahr, dass es zu einem Konflikt zwischen Versorgung der Bevölkerung mit Nahrungsmitteln und der Energieversorgung des Verkehrssektors kommt, wenn die „falsche“ Biomasse ausgewählt wird. Und beim Strom zur Produktion von SAF ist darauf zu achten, dass er erneuerbar und zusätzlich zur bestehenden Strominfrastruktur bereitgestellt wird, damit die SAF-Produktion nicht Grünstrom der lokalen Bevölkerung wegnimmt. Die Einhaltung dieser Regeln gilt für Flugkraftstoff, der in Europa in Verkehr gebracht wird. Für SAF, das irgendwo in der Welt hergestellt und vertankt wird, gelten diese Regeln nicht mehr zwangsläufig. Daher achten wir umso mehr darauf, dass wir nur Technologien in entsprechenden Ländern fördern, bei denen diese Risiken von vorneherein minimal sind. Gemäß unserer Studie zu Biomassen gibt es ausreichend nachhaltige Restbiomasse in Ländern des Globalen Südens für den Aufbau einer BtL-Produktion ohne in die Teller-Tank-Problematik zu kommen. Auch ist der Strombedarf bei dieser Technologie entsprechend gering. Bei der Power- and Biogas-to-Liquid-Route gibt es zwar ebenfalls ausreichend Restbiomasse, sie benötigt aber bereits mehr elektrische Energie; und nur in Ausnahmefällen ist erneuerbare Stromversorgung im Globalen Süden für die Bevölkerung bereits gesichert, wie etwa in Kenia. Problematischer wird es bei den HEFA- und Alcohol-to-Jet-Routen, für die zwar nachhaltige Biomassen zur Verfügung stehen – allerdings nur in sehr begrenzter Menge. Laxe lokale Regulatorik und Kontrollen können leicht dazu führen, dass Biomassen wie Palmöl, deren Anbau direkt oder indirekt Regenwaldbestand oder ausreichende Nahrungsmittelproduktion gefährdet, in diesen Routen landen - insbesondere, wenn der Flugkraftstoff nicht für den strengen europäischen Markt erzeugt wird. Power-to-Liquid-Kraftstoffe schließlich sind nur dann empfehlenswert, wenn die Transformation des Energiesektors schon sehr weit fortgeschritten ist.