Energieformel der Zukunft: Power and Biomass to Liquid

Eine Kombination aus Brennstoffen, hergestellt aus Wasserstoff und Kohlendioxid mit Strom aus erneuerbarer Energie (Power-to-Liquid, PtL), und Brennstoffen aus Biomasse (Biomass-to-Liquid, BtL haben eine höhere Effizienz als Biomass-to-Liquid und Power-to-Liquid alleine. Voraussetzung: niedrige Strompreise.

Um die politischen Emissionsminderungs- und Entkarbonisierungsziele zu erreichen, braucht auch die zukünftige Luftfahrt alternative nachhaltige Kraftstoffe. Synthetisches paraffinisches Kerosin, das durch die Fischer-Tropsch-Synthese erzeugt wird, ist als Drop-in-Jet-Treibstoff bis zu 50% zugelassen.

Weitere potenzielle Produktionsrouten für Kerosin-Ersatzstoffe sind die Umwandlung von

• Biomasse (Biomasse-to-Liquid, BtL),
• Kohlendioxid plus Wasserstoff aus erneuerbarer Energie (Power-to-Liquid, PtL)
• Kombination aus erneuerbarer Energie und Biomasse (Power-and-Biomass-to-Liquid, PBtL)

Die anschließende Fischer-Tropsch-Synthese ist dann der Prozess, in dem die kurzkettigen Gase (Methan, Ethan) aus BtF und PtF zusammen mit CO2 und Wasserdampf zu den langkettigen Brennstoffen (Diesel, Benzin, Kerosin) verlängert werden.

Um die drei verschiedenen Produktionswege zu vergleichen, wurde von Forschern aus Stuttgart in einer aktuellen Studie die Prozess-Optimierungs-Software Aspen Plus eingesetzt und jeder Produktionsweg techno-ökonomisch für eine angenommene Kapazität von 11 Mg/h Kraftstoffproduktion (entspricht 90 Gg/a Anlagenkapazität) bewertet.

Auch wenn die BtL-Route die niedrigsten Nettoproduktionskosten ermöglicht, hat es im Vergleich zu PBtL und PtL einige Nachteile. Besonders das niedrige H-C-Verhältnis von Biomasse führt zu begrenzten Brennstofferträgen im BtL-Verfahren

Diese Ausbeuten können bei der Durchführung des PBtL-Prozesses mit dem gleichen Biomasse-Eingang um einen Faktor von etwa 3 erhöht werden.

Die höchste X-to-Liquid-Effizienz auf der Basis des Energieeinsatzes und der Energieausbeute aus dem Einsatzmaterial findet sich für PBtL (51,4%), gefolgt von PtL (50,6%) und BtL (36,3%).

Bei BtL gehen 73% des eingeführten Kohlenstoffs als CO2 verloren.

Die Gesamtinvestitionskosten sind für BtL am höchsten, gefolgt von PBtL und PtL.

Die Netto-Herstellungskosten liegen in umgekehrter Reihenfolge.

Die Kostenanalyse ergibt Gesamt-PBtL-Investitionskosten von 742 Mio. € und die Nettoproduktionskosten von rund 3 €/kg bei einem Strompreis von 105 €/MWh.

Die Kosten für Elektrolyse-Einheit und Vergaser stellen die größten Anteile der gesamten Kapitalkosten dar.

Da die Netto-Produktionskosten von den Stromkosten dominiert werden, sind niedrige Strompreise und hohe Kapazitäten für PBtL vorteilhaft, während hohe Strom- und niedrige Biomasse-Kosten das BtL-Konzept bevorzugen.

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