EU-Vorschriften könnten fossilfreie Flugtreibstoffe unnötig teuer und energieintensiv machen

Im vergangenen Jahr wurden Vorschriften eingeführt, die eine Mindestbeimischung von 2 Prozent nachhaltigem Flugbenzin auf EU-Flughäfen vorschreiben. Diese Beimischungsverpflichtung wird schrittweise erhöht und soll bis 2050 mindestens 70 Prozent erreichen. Bis dahin muss die Hälfte des nachhaltigen Flugkraftstoffs aus einer Kategorie bestehen, die als RFNBO bekannt ist: Erneuerbare Kraftstoffe nicht-biologischen Ursprungs. Dabei handelt es sich um synthetische Kraftstoffe, die auch als Elektrokraftstoffe bezeichnet werden und aus erneuerbarem Wasserstoff und abgeschiedenem Kohlendioxid hergestellt werden.

Forscher der Chalmers University of Technology zeigen nun, dass die RFNBO-Vorschriften einen "Umweg" bei der Herstellung synthetischer Kraftstoffe begünstigen, wodurch sowohl die Kosten als auch der Energieverbrauch steigen könnten.

"Vorschriften beeinflussen nicht nur die Investitionen der Industrie in Technologien, sondern auch die Prioritäten in Forschung und Entwicklung. Anstatt die Innovation in Richtung der effizientesten Lösungen voranzutreiben, laufen wir Gefahr, uns auf weniger ressourceneffiziente Produktionsmethoden festzulegen", sagt Henrik Thunman, Professor für Energietechnologie an der Chalmers University und Mitautor des wissenschaftlichen Artikels.

Um die wachsende Nachfrage nach nachhaltigen Flugkraftstoffen in den kommenden Jahrzehnten zu befriedigen, werden weltweit Tausende von neuen Anlagen benötigt. Dies wird sehr große Investitionen in Anlagen mit langer Betriebsdauer erfordern.

Große Unterschiede zwischen alternativen Wegen für dasselbe Produkt unter Verwendung desselben Rohstoffs

Das Chalmers-Forschungsteam hat die Herstellung von synthetischem Methanol untersucht, das ein Beispiel für ein Kraftstoffmolekül ist, das in nachhaltigen Flugkraftstoff umgewandelt werden kann. Es ist ein repräsentativer Fall, um zu analysieren, wie sich verschiedene Produktionswege auf den Ressourcenverbrauch bei der Herstellung solcher Kraftstoffmoleküle auswirken.

Diese energiereichen Moleküle können durch die Kombination von Kohlenstoffatomen und Wasserstoff in chemischen Prozessen hergestellt werden. In der Studie verglichen die Forscher drei verschiedene Produktionswege für Methanol, bei denen die Kohlenstoffatome aus Biomasse stammen - sogenannter biogener Kohlenstoff. Zwei der Verfahren basieren auf der Verbrennung von Biomasse, bei der Kohlendioxid aus den Rauchgasen abgetrennt und dann mit Wasserstoff gemischt wird, der separat mit Hilfe von Strom erzeugt wird. Das dritte Verfahren basiert auf der Vergasung, bei der erhitzte Biomasse direkt in Synthesegas umgewandelt wird, das sowohl Kohlenstoff als auch Wasserstoff enthält.

Alle drei Produktionswege sind technisch machbar, und sowohl der Rohstoff als auch das Endprodukt können identisch sein. Sie unterscheiden sich jedoch deutlich in Bezug auf Energieverbrauch, Kosten und Strombedarf.

Der direkte Produktionsweg wird durch EU-Vorschriften benachteiligt

"Der Vergasungspfad erwies sich in unserer Analyse als die ressourceneffizienteste Option, mit bis zu 46 Prozent geringeren Produktionskosten und einem um 30 Prozent geringeren Strombedarf als die beiden verbrennungsbasierten Alternativen. Der Unterschied zeigt, wie groß die Energieverluste sein können, wenn Biomasse zunächst zu Kohlendioxid verbrannt wird, das dann unter Einsatz großer Mengen an Strom und Wasserstoff wieder in Kraftstoffmoleküle umgewandelt wird", sagt Johanna Beiron, Forscherin im Bereich Physikalische Ressourcentheorie bei Chalmers und Erstautorin des Artikels.

Trotzdem wird die Verbrennung durch den EU-Rechtsrahmen viel stärker begünstigt als die Vergasung. Die RFNBO-Kategorie - von der erwartet wird, dass sie bis 2050 von heute nahezu Null auf 35 Prozent des gesamten Flugkraftstoffs in der EU ansteigt - umfasst alle Kraftstoffe aus verbrennungsbasierten Alternativen, schließt aber etwa die Hälfte der durch Vergasung hergestellten Kraftstoffe aus.

Der Grund dafür ist, dass RFNBO-Kraftstoffe nicht mit Energie und Kohlenstoffatomen hergestellt werden dürfen, die direkt aus Biomasse stammen, wie es bei der Vergasung der Fall ist. Im Gegensatz dazu ist es erlaubt, Kohlenstoffatome aus Biomasse in verbrennungsbasierten Verfahren zu verwenden, sofern dies durch Abtrennung des Kohlendioxids geschieht, das bei der Nutzung von Biomasse für andere energetische Zwecke entsteht. Ein Beispiel ist die Verbrennung von Reststoffen aus der Forstwirtschaft in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen.

Solche Reststoffe können jedoch durch Vergasung ressourceneffizienter genutzt werden.

"Eine der von uns untersuchten verbrennungsbasierten Alternativen war das Verfahren in Blockheizkraftwerken", sagt Johanna Beiron. "Es ist kostengünstiger und energieeffizienter als die Vergasung, selbst wenn wir den zusätzlichen Strom einrechnen, der benötigt wird, um zum Beispiel die Fernwärme zu ersetzen, die der Verbrennungsprozess beisteuern kann."

Die Verordnung läuft Gefahr, ihren eigenen Zielen zuwiderzulaufen

Ein Ziel der RFNBO-Klassifizierung ist es, die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen für die Herstellung von grünem Wasserstoff zu fördern und die Abhängigkeit von Biomasse, die eine begrenzte Ressource ist, zu verringern.

Doch die Kohlenstoffatome für synthetischen Flugkraftstoff müssen irgendwoher kommen. Biomasse dürfte die kostengünstigste fossilfreie Kohlenstoffquelle für die RFNBO-Produktion sein, und die Forscher gehen davon aus, dass der heutige Rechtsrahmen zu einer sehr hohen Nachfrage nach Kohlendioxid aus der Biomasseverbrennung führen wird. Anstatt den Bedarf an Biomasse zu senken, besteht die Gefahr, dass die EU-Vorschriften zu einer weniger energieeffizienten Nutzung der begrenzten Biomasseressourcen führen.

"Der rechtliche Rahmen berücksichtigt nicht ausreichend, wie effizient die verschiedenen Systeme Energie und Ressourcen nutzen", sagt Henrik Thunman. "Die Studie weist daher auf ein strukturelles Problem in der EU-Energie- und Industriepolitik hin: Die Regulierung läuft Gefahr, ihren eigenen Zielen zuwiderzulaufen, wenn die Definitionen nachhaltiger Brennstoffe nicht mit den grundlegenden Energieprinzipien oder den umfassenderen Zielen der Union im Bereich der Ressourceneffizienz in Einklang gebracht werden.

Angepasste Regulierung könnte notwendig sein, um einen effektiven Übergang zu ermöglichen

Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse zu einem größeren Wissen über die verfügbaren Technologien und Systeme beitragen werden.

"Es ist überraschend, dass die EU-Vorschriften keine klareren Anreize für die effizientesten Alternativen bieten", sagt Johanna Beiron. "Der derzeitige Rechtsrahmen birgt die Gefahr, dass man sich auf verbrennungsbasierte Energiesysteme festlegt, obwohl es bereits technisch ausgereifte Verfahren gibt, die sowohl einen geringeren Energieverbrauch als auch niedrigere Kosten ermöglichen würden - wie etwa die Vergasung und die Elektrifizierung der Fernwärme."

"Unsere Studie zeigt, dass einige Teile des Rechtsrahmens wahrscheinlich angepasst werden müssen, wenn die EU ihre langfristigen Ziele erreichen will", sagt Henrik Thunman. "Es bedarf einer besseren Koordinierung zwischen Klimazielen, Ressourceneffizienz und industrieller Machbarkeit, um die derzeit bestehende Unsicherheit zu beseitigen. Diese Ungewissheit macht es schwierig, rationale Investitionsentscheidungen für den groß angelegten Ausbau nachhaltiger Flugkraftstoffe in den kommenden Jahren zu treffen."