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Power to Liquid

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Akronym: PtL, P2L

Definition: die Erzeugung flüssiger Energieträger mit Hilfe von elektrischer Energie

Englisch: power to liquid

Kategorien: elektrische Energie, erneuerbare Energie, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Erstellung: 21.05.2016

Mit Power to Liquid bezeichnet man Technologien für die Erzeugung flüssiger Energieträger (also von Brennstoffen oder Kraftstoffen) mithilfe von elektrischer Energie. Dies geschieht in aller Regel, indem man zunächst ein brennbares EE-Gas erzeugt (→ Power to Gas) und daraus dann flüssige Stoffe. Beispielsweise könnte man mithilfe von Elektrolyse zunächst Wasserstoff-Gas erzeugen, daraus durch Methanisierung das gasförmige Methan, welches wiederum als Ausgangsstoff für die Erzeugung von Synthesekraftstoffen in der Form von Kohlenwasserstoffen dienen würde – etwa mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren mit Synthesegas. Ein anderes Verfahren wäre die Umsetzung von Wasserstoff mit Kohlendioxid (CO2) zu Methanol, woraus in weiteren Schritten andere flüssige Substanzen hergestellt werden könnten. Welches Verfahren sich für eine großtechnische Nutzung am besten eignen wird, ist heute noch schwer absehbar.

Es müssen nicht unbedingt Stoffe erzeugt werden, die in reiner Form direkt als strombasierte Kraftstoffe einsetzbar sind. Beispielsweise kann Methanol auch dem Benzin beigemischt werden, wobei bei genügend niedrigem Methanol-Anteil keinerlei Anpassung der Motoren notwendig ist.

Woher kommt der Kohlenstoff, und wohin geht er?

Die erzeugten Flüssigkeiten enthalten praktisch immer Kohlenstoff, der letztendlich aus Kohlendioxid (CO2) gewonnen wird. Dieselbe Menge von Kohlendioxid wird bei der Verbrennung (oder ggf. bei der Nutzung in einer Brennstoffzelle) wieder frei; insgesamt kann die Nutzung solcher Brennstoffe also klimaneutral sein, wenn die verwendete Energie klimaneutral erzeugt wird.

Langfristig müsste vielleicht CO2 aus der Atmosphäre zurückgewonnen werden.

Bislang wird für Versuche mit Power to Liquid immer konzentriertes CO2 verwendet, welches meist aus Abgasen gewonnen wird. Für eine großtechnische Nutzung in ferner Zukunft könnte es nötig sein, die benötigten riesigen Mengen von CO2 der Atmosphäre zu entziehen. Dies ist allerdings ein aufwendiger Prozess, der wesentliche Mengen zusätzlicher Energie benötigt.

Im Prinzip könnte EE-Gas (insbesondere Methan) auch einfach durch starke Abkühlung verflüssigt werden (→ Flüssigerdgas); jedoch meint man mit Power to Liquid in der Regel eher die Herstellung von Stoffen, die bei Zimmertemperatur flüssig sind.

Zukünftige Möglichkeiten für Power to Liquid

Langfristig könnte Power to Liquid Kraftstoffe, Brennstoffe und Chemierohstoffe ersetzen, die bislang aus Erdöl gewonnen werden.

Bis heute wurde Power to Liquid nur in sehr kleinem Maßstab versuchsweise praktiziert. In einer ferneren Zukunft könnte das Verfahren jedoch eine große Bedeutung gewinnen. Zukünftig wird es nämlich hauptsächlich aus Gründen des Klimaschutzes nicht mehr möglich sein, flüssige Brennstoffe und Kraftstoffe aus fossilen Quellen wie Erdöl herzustellen. Trotzdem wird aber voraussichtlich langfristig ein großer Bedarf für solche Stoffe bestehen – insbesondere für den Flugverkehr. Darüber hinaus braucht die Chemie diverse Kohlenwasserstoffe nicht nur als Energieträger, sondern auch als Ausgangsmaterialien für die Herstellung vieler anderer Stoffe, beispielsweise Kunststoffe.

Elektrische Energie – besonders auch in Form von zeitweise anfallenden Überschüssen – wird zukünftig eher reichlich zur Verfügung stehen als beispielsweise Agrarrohstoffe.

Eine Voraussetzung für einen sinnvollen Einsatz von Power to Liquid ist natürlich, dass elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen dafür zur Verfügung steht. Da insbesondere Windenergie und Sonnenenergie (v. a. aus Photovoltaik) in schnell steigendem Ausmaß anfallen, ist es vorstellbar, dass langfristig genügend solche Energie für Power to Liquid zur Verfügung stehen wird. Interessant ist vor allem auch der Aspekt, dass der Energieeinsatz für diesen Zweck zeitlich dem jeweiligen Angebot angepasst werden könnte. Wenn beispielsweise durch einen hohen Anteil der Photovoltaik im Sommer eine höhere Stromproduktion erfolgen würde als im Winter, könnten vor allem sommerliche Überschüsse für die Erzeugung flüssiger Energieträger genutzt werden. Diese lassen sich weitaus besser speichern (auch für viele Monate oder sogar Jahre) als elektrische Energie (→ Speicher für elektrische Energie). Somit könnte Power to Liquid auch zur Lösung der Speicherproblematik bei fluktuierend anfallender erneuerbarer Energie beitragen.

Power to Liquid ist leider bisher nicht kostengünstig durchführbar.

Bisher ist die Anwendung von Power to Liquid leider noch sehr teuer – und zwar selbst dann, wenn die benötigte elektrische Energie kostenlos wäre. Der Großteil dieser Kosten entsteht durch den Bau der benötigten Anlagen; allein schon die Elektrolyse ist relativ kostspielig. Wenn solche Anlagen gezielt für die Nutzung von Überschüssen eingesetzt werden sollten (siehe oben), würde dies leider eine geringe Zahl von Jahresbetriebsstunden (also eine schlechte Auslastung) bedingen und somit eine weitere Erhöhung der Kosten. (Dies betrifft zumindest die Elektrolyse; im Prinzip lässt sich der erzeugte Wasserstoff speichern, um die folgenden Prozessschritte weitgehend kontinuierlich durchführen zu können.) Massive Kostensenkungen der Technologie wären also für einen breiten Einsatz notwendig. Allerdings dürften großtechnische Entwicklungen wesentliche Potenziale dieser Art haben. Ebenfalls ist zu bedenken, dass die Energiemärkte auch wesentlich höhere Kosten akzeptieren werden, sobald fossile Energieträger nicht mehr unbegrenzt und billig verfügbar sind.

Für den Betrieb von Fahrzeugen ist die Elektromobilität viel energieeffizienter als ein System basierend auf Power to Liquid.

Andererseits besteht auch langfristig eine Konkurrenz mit anderen Ansätzen, im Verkehrsbereich beispielsweise mit der technisch einfacheren und viel energieeffizienteren Elektromobilität. Gegenüber dieser hätte der Einsatz von Power to Liquid lediglich den Vorteil wesentlich größerer Reichweiten der Fahrzeuge. Die Nutzung vorhandener Betankungs-Infrastrukturen (im Gegensatz zu einem noch aufzubauenden System von Elektro-Tankstellen) ist nicht wirklich ein Vorteil, da genügend viele Elektro-Tankstellen sicherlich längst geschaffen sein werden, wenn Power to Liquid einmal wesentliche Mengen von Kraftstoffen produzieren kann. Auf der anderen Seite weist der Ansatz mit Power to Liquid eine viel schlechtere Energieeffizienz auf. Man beachte, dass selbst ein relativ hoher Wirkungsgrad von z. B. 70 % bei Power to Liquid noch keine hohe Energieeffizienz des Gesamtsystems bedeuten würde. Es ist nämlich zu beachten, dass die Nutzung des erzeugten Kraftstoffs in einem Verbrennungsmotor weitere erhebliche Energieverluste mit sich bringt; der Gesamtwirkungsgrad für den Antrieb eines Fahrzeugs, bezogen auf die eingesetzte elektrische Energie, würde also auf jeden Fall weit unter 50 % liegen – im Vergleich zu 80 bis 90 % bei Verwendung heutiger Batterien.

Solche Überlegungen zur Effizienz sind freilich nicht direkt relevant, wo es um den Ersatz so oder so benötigter Chemierohstoffe z. B. für die Herstellung von Kunststoffen geht. Auch für den Flugverkehr dürfte der elektrische Antrieb auf absehbare Zeit nur sehr beschränkte Möglichkeiten bieten.

Vergleich mit Biokraftstoffen

Biokraftstoffe sind vermutlich kostengünstiger herstellbar, haben aber ökologische Nachteile und ein deutlich beschränkteres Potenzial als Power to Liquid.

Im Prinzip können flüssige Brennstoffe und Kraftstoffe auch aus Pflanzen und pflanzlichen Abfällen hergestellt werden; hier spricht man von Biokraftstoffen. Solche Technologien sind heute zumindest wesentlich billiger als diejenigen für Power to Liquid. Andererseits haben sie auch wesentliche Nachteile; insbesondere sind die Mengen von Pflanzen oder Abfällen, die für Biokraftstoffe geeignet sind, deutlich zu begrenzt, um die heute verbrauchten fossilen Energieträger zu einem großen Teil ersetzen zu können. Dagegen ist zu erwarten, dass langfristig große Mengen an elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung stehen könnten. Außerdem würden mit Power to Liquid auch diverse ökologische Nachteile der Gewinnung von Agrarrohstoffen (z. B. der Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden) entfallen. Auch die Nutzung von strombasierten Synthesekraftstoffen könnte umweltfreundlicher sein, da diese im Vergleich zu Biokraftstoffen (zumindest den heute verfügbaren) besser für eine saubere und effiziente Verbrennung optimiert werden können.

Siehe auch: Power to Gas, Synthesekraftstoff, Kohlenwasserstoffe
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, erneuerbare Energie, Grundbegriffe

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