Was treibt die Flugzeuge der Zukunft an? Power-to-Liquid als Option für einen erneuerbaren Flugverkehr

Kurzfassung

Die Internationale Air Transport Association (IATA) erwartet einen gemittelten jährlichen Anstieg des weltweiten Flugverkehres zwischen 4 und 5 %. Trotz laufender Effizienzsteigerungen und Optimierungen im Luftverkehr führt der wachsende Flugverkehr zu einem erhöhten Ausstoß von Treibhausgasen. Die politische Zielsetzung einer langfristigen Dekarbonisierung des Verkehrssektors sowie die Begrenztheit fossiler Energieträger stehen im Kontrast zur erwarteten Entwicklung im Luftverkehr. Bedingt durch diese Rahmenbedingungen hat sich die IATA auf ein CO2 neutrales Wachstum ab 2020 verpflichtet und strebt eine Reduktion der vom Luftverkehr verursachten CO2-Emmisionen von 50% (Referenzjahr: 2010) bis zum Jahre 2050 an. Die Einführung radikal neuer Technologien in den Luftfahrtsektor ist in naher Zukunft nicht zu erwarten. Zum einen erfordern die heutigen Ansprüche an Reichweite, Geschwindigkeit und Nutzlast einen Energieträger mit hoher Energiedichte, was den Einsatz von z. B. Alkoholen und Gases (LPG, Wasserstoff) unrealistisch macht und die Bedeutung des elektrischen Fliegens für die nächsten Jahrzehnte in Frage stellt. Darüber hinaus ist eine sichere Speicherung des Kraftstoffes im Flugzeug gefordert, welche die Verwendung von verflüssigten Gasen ausschließt. Es ist deshalb nicht zu erwarten, dass Kerosin als Kraftstoff in den kommenden Jahrzehnten abgelöst wird. Daraus ergibt sich, dass alternative Kraftstoffe mit großem Treinhausminderungspotential eingesetzt werden müssen um die geforderten IATA Kohlendioxideinsparrungen zu erreichen. Neben Fragen zur technischen Einsetzbarkeit der verschiedenen Kraftstoffe sind das technische Potential sowie die Herstellungskosten der einzelnen alternativen Kraftstoffe von besonderem Interesse. Die Kraftstoffproduktion basierend auf der existierenden Fischer-Tropsch Technologiebei im sogenannten Power-to-Liquid (PtL) Verfahren ermöglicht dagegen die Nutzung von Windenergie und anderen erneuerbaren Stromquellen. In wie fern die vorhandenen Energie und Kohlenstoffpotentiale in Deutschland ausreichen um den Kerosinverbrauch in Deutschland mit dem PtL-Verfahren zu decken, wurde im Rahmen einer detaillierten techno-ökonomischen Bewertung untersucht. Die mehrstufigen, verlustbehafteten Teilprozesse, die für diese Erzeugungsrouten erforderlich sind, und ihre Integration in mögliche Gesamtprozessketten wurden im Detail analysiert. Ein besonderer Fokus lag auf der Identifikation effizienter Prozessverschaltungen und der Bestimmung ihrer Investitions- und Betriebskosten. Die Untersuchung ergab einen Herstellungspreis von 3,01 €/l für eine PtL-Referenzanlage von 500 kt/a Fischer-Tropsch-Produkt. zeigt abschließend die Kostenstruktur im PtL-Konzept Unter der Annahme eines Strompreises von 105 €/MWh liegt der Anteil der Stromkosten an den Herstellungskosten bei knapp 70 %.