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Drop-in Fuel

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Definition: ein Kraftstoff, der konventionelle Kraftstoffe direkt ersetzen kann

Englisch: drop-in fuel

Kategorien: Energieträger, Fahrzeuge

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 08.03.2013; letzte Änderung: 18.10.2015

Die meisten Biokraftstoffe, die heute erzeugt werden, unterscheiden sich chemisch deutlich von konventionellen, aus Erdöl hergestellten Kraftstoffen. Ihre Verwendung in reiner Form erfordert deswegen teils erhebliche technische Anpassungen bei den Verbrennungsmotoren. Um dies zu vermeiden, werden Biokraftstoffe meist als Beimischung zu konventionellen Kraftstoffen in geringer Menge verwendet. Beispielsweise wird dem Benzin bis zu 5 % (bei Super E10 auch 10 %) Bioethanol beigemischt und dem Dieselkraftstoff bis zu 7 % Biodiesel.

Wenn zukünftig größere Mengen von Biokraftstoffen erzeugt würden, wäre es vorteilhaft, wenn diese sogenannte Drop-in Fuels wären, die direkt in den üblichen Motoren verwendet und mit der bereits vorhandenen Infrastruktur verteilt werden könnten. Solche Kraftstoffe können entweder durch Veredelung von anderen Biokraftstoffen hergestellt werden oder direkt aus Biomasse. Sie müssen im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen bestehen.

Drop-in Fuels wären insbesondere auch für den Flugverkehr interessant. Hier müssten sie direkt Kerosin ersetzen, für welches strenge Qualitätsstandards gelten.

Im Prinzip könnten auch konventionelle Kraftstoffe mit geringen Beimischungen von Biokraftstoffen als Drop-in Fuels bezeichnet werden. Allerdings wird hierdurch der Großteil des Erdöls nicht ersetzt.

Zum Teil können Drop-in Fuels sogar höhere Qualitäten als Erdölprodukte erreichen. Beispielsweise können sie praktisch schwefelfrei sein, was entsprechende Schwefeldioxidemissionen bei der Verbrennung vermeidet. Auch sonst sind niedrigere Schadstoffemissionen möglich. Andererseits ist die Herstellung (siehe unten) meist aufwendiger, und Schadstoffe können bei der Herstellung vermehrt entstehen. Ebenfalls kann ein wesentlicher Teil der Energie von Biomasse dabei verloren gehen.

Herstellungsverfahren für Drop-in Fuels

Fischer-Tropsch-Verfahren

Die wohl wichtigste Möglichkeit hierfür bieten gewisse Biomass-to-liquid-Verfahren (BtL-Verfahren), die eine Kombination der Biomassevergasung mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren nutzen. Letzteres wurde ursprünglich für die Kohleverflüssigung entwickelt. Die Fischer-Tropsch-Synthese erlaubt die Herstellung von Benzin, Dieselkraftstoff und Kerosin in Qualitäten, die sogar höher sein können als diejenige von Erdölprodukten. Die Effizienz des Verfahrens ist allerdings nicht ideal. Zukünftige Verbesserungen sind denkbar, z. B. durch Kombination mit chemical looping zur Weiternutzung von nicht umgesetztem Synthesegas.

Hydrierung von Pflanzenölen

Pflanzenöle lassen sich zwar direkt in speziell dafür eingerichteten Dieselmotoren nutzen, jedoch können durch Hydrierung auch Drop-in Fuels daraus hergestellt werden. Das Öl wird hierzu mit Wasserstoff (z. B. Biowasserstoff aus Biomassevergasung) an einem Katalysator zur Reaktion gebracht. Der Bedarf für Wasserstoff trägt erheblich zu den Kosten bei.

Öle aus Mikroalgen können auch auf diese Weise veredelt werden.

Umsetzung von Zuckern und Lignocellulose zu Kohlenwasserstoffen

Anstatt Zucker zu Alkoholen zu vergären, könnten auch direkt Kohlenwasserstoffe daraus herstellt werden. Hierfür werden relativ komplexe Verfahren entwickelt, die unter anderem eine Hydrierung und Dampfreformierung beinhalten. Eine andere Möglichkeit sind biotechnische Methoden auf Basis einer Fermentierung. Auch Lignocellulose könnte genutzt werden. Aufgrund des früheren Entwicklungsstadiums sind die Chancen einer großtechnischen Realisierung noch schwer abzuschätzen.

Kohleverflüssigung

Natürlich gibt es Drop-in Fuels auch aus der Kohleverflüssigung. Diese können bei einer Verknappung von Erdöl ebenfalls konventionelle Kraftstoffe ersetzen, jedoch mit einer deutlich erhöhten Umweltbelastung und insbesondere Klimabelastung.

Modifizierte Verbrennungsmotoren als Alternative?

Eine Alternative zu Drop-in Fuels ist natürlich, die Verbrennungsmotoren entsprechend anzupassen. Dieser Weg bereitet jedoch große Schwierigkeiten, selbst wenn die eigentliche technische Änderung problemlos durchgeführt werden kann. Man müsste dann nämlich eine umfassende Infrastruktur für die Verteilung der neuen Kraftstoffe aufbauen. Da dies abgesehen von den hohen Kosten auch viel Zeit braucht, müssten die Motoren dann zumindest in einer längeren Übergangszeit auch mit konventionellen Kraftstoffen betrieben werden können. Dies wiederum führt nicht nur zu einem höheren technischen Aufwand für solche Flex-Fuel-Fahrzeuge, sondern oft auch zu einer ineffizienteren Nutzung der Kraftstoffe. Beispielsweise kann Erdgas zwar in geringfügig geänderten Benzinmotoren verwendet werden, aber wenn diese auch für Benzin geeignet bleiben sollen, muss ihr Verdichtungsverhältnis deutlich niedriger sein, als für eine effiziente Nutzung des Erdgases nötig wäre. Ähnliches gilt für Bioethanol und Biomethanol.

Siehe auch: Biokraftstoff, Biomassevergasung, Kohleverflüssigung, Substitution
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieträger, Fahrzeuge

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