Biokraftstoffe vs. synthetische Kraftstoffe: Die fünf Punkte, die Abfallbiomasse gegenüber Kraftstoffen bevorzugen

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Kürzlich meldete sich ein Postdoktorand an der Universität Gent in Belgien mit Bedenken hinsichtlich meiner Haltung zu Biokraftstoffen im Vergleich zu synthetischen Kraftstoffen. Sie standen Biokraftstoffen skeptisch gegenüber und hielten synthetische Kraftstoffe für einen vielversprechenderen Weg.

Hier ist eine kurze Paraphrase ihrer nachdenklichen Punkte:

Biokraftstoffe stehen vor mehreren Herausforderungen, die Zweifel an ihrer Machbarkeit als nachhaltige Energiequelle aufkommen lassen. Eines der Hauptprobleme ist die inhärente Ineffizienz der Photosynthese, deren Wirkungsgrad lediglich bei 1 % liegt. Diese Einschränkung wird durch die saisonale Natur des Pflanzenwachstums noch verstärkt, was bedeutet, dass Biomasse in vielen Regionen nicht das ganze Jahr über verfügbar ist. Darüber hinaus sind die Prozesse der Ernte und des Transports von Pflanzenbiomasse arbeitsintensiv, was zur allgemeinen Ineffizienz beiträgt. Die Verwendung von Lebensmittelabfällen als alternativer Rohstoff bringt eigene Herausforderungen mit sich, darunter die geringe Energiedichte, der hohe Wassergehalt und die logistischen Hürden beim Sammeln und Lagern einer solch verderblichen Ressource.

Synthetische Kraftstoffe, allgemein als Synfuels bezeichnet, bieten mehrere Vorteile, die sie zu einer vielversprechenden Alternative zu herkömmlichen Kraftstoffen machen. Ein wesentlicher Vorteil ist ihre Fähigkeit, Kohlendioxid (CO2) aus großen Punktquellen wie Müllverbrennungsanlagen, Biogasproduktionsanlagen und Chemiefabriken zu beziehen. Ergänzt wird dies durch die ausgereifte Technologie zur CO2-Abscheidung an diesen Standorten. Darüber hinaus bietet die Möglichkeit, Abfall in Synthesegas zu vergasen, eine Möglichkeit, den resultierenden Synthesekraftstoff als Biokraftstoff zu klassifizieren, wenn er aus organischen Abfällen gewonnen wird. Für die effiziente Umwandlung von CO2 und Wasserstoff (H2) in flüssige Kraftstoffe stehen etablierte Verfahren wie Water-Gas Shift (WGS) und Fischer-Tropsch zur Verfügung. Die Herausforderung besteht jedoch weiterhin darin, bezahlbaren Wasserstoff zu beschaffen, obwohl Biogas eine potenzielle Quelle darstellt, wenn auch in erheblichem Umfang.

Mein Standpunkt zu Biokraftstoffen basiert auf einigen Dingen, und obwohl ich den Punkten zustimme, die der Postdoktorand angesprochen hat, bin ich nach wie vor der Meinung, dass Biokraftstoffe dominieren werden. Warum?

Erste, Die benötigten Volumina sind viel geringer als die Volumina, die für aktuelle fossile Brennstoffe erforderlich sind. Die Elektrifizierung des gesamten Landtransports und eines Großteils der Luft- und Seeschifffahrt, der erneuerbaren Stromerzeugung, Wärmepumpen für Gewerbe-, Wohn- und Industriewärme sowie anderer Elektrifizierung von Industriewärme über 200 °C bedeutet, dass die Gesamttonnage an flüssigen Brennstoffen benötigt wird ein winziger Bruchteil von heute.

Könnte ich mich über den Grad der Verdrängung von flüssigem Kraftstoff irren? In einer Welt, in der wir den Klimawandel lösen, gelten die Preise für Kohlenstoff und die Grundlagen der Ökonomie nicht mehr, zumindest nicht in nennenswertem Umfang. Könnte ich mich irren, wenn ich behaupte, dass die Geschwindigkeit der Umwandlung und der lange Schwanz flüssiger Brennstoffe sehr lang und fett sind? Absolut. Meine 2100-Szenarien sind genau das: Szenarien. Wie ich allen sage, denke ich, dass sie lediglich weniger falsch liegen als die meisten, die ich rezensiere.

Diese Elektrifizierung wird zu einem großen Teil durch die höheren Kosten aller Ersatzkraftstoffe vorangetrieben, seien es Biokraftstoffe oder synthetische Kraftstoffe. Synthetische Kraftstoffe werden meiner Meinung nach noch teurer als Biokraftstoffe und daher nicht wettbewerbsfähig sein.

Billiger Wasserstoff ist ein Problem, und dieses Problem wird nicht verschwinden. Ich habe das zu oft für zu viele Anwendungen nachgerechnet, darunter synthetische Kraftstoffe, flüssiger Wasserstoff für die Seeschifffahrt, afrikanischer Export nach Europa und Offshore-Wasserstoff über Windparks, um zu glauben, dass kohlenstoffarmer Wasserstoff kostengünstig sein wird .

Könnte ich mich bei den Kosten für grünen Wasserstoff irren? Unwahrscheinlich. Klare thermodynamische Grenzen und Handhabungsprobleme bei jedem Schritt des Weges sowie offensichtliche Kompromisse zwischen Investitions- und Betriebskosten machen dies unwahrscheinlich.

Könnte ich mich bei anderen Quellen für kostengünstigen, kohlenstoffarmen Wasserstoff, zum Beispiel den geologischen, irren? Sicher. Ich bin erst gestern über einen weiteren technologischen Weg zur unterirdischen Wasserstoffgewinnung gestolpert, der das nutzt Eisen-Redox-Ansatz in unterirdischen Bereichen mit hohem Eisengehalt um die Wasserstofferzeugung zu nutzen, was bei Eisen-Redox-Batterien wie der von Form Energy ein Problem darstellt. Ich könnte mich hinsichtlich der Mengen an natürlich vorkommendem Wasserstoff, seiner geografischen Zweckmäßigkeit und der Kostengünstigkeit seiner Gewinnung, Erfassung und Verarbeitung irren. Ich könnte mich irren, wenn es um den Wahnsinn des absichtlichen Schaffens geht Massive unterirdische Ölbrände um den abperlenden Wasserstoff einzufangen und gleichzeitig das CO2 auf magische Weise in Schach zu halten, alles ohne absurde geologische Konsequenzen.

Ich halte es für unwahrscheinlich, aber ich bin auch kein Geologe oder Petrochemieingenieur, ebenso wenig wie ich ein Biokraftstoff-Chemieverfahrensingenieur bin.

Könnte ich mich irren, wenn es darum geht, dass blauer Wasserstoff in jedem Maßstab nicht ratsam ist, dass eine ausreichende Kohlenstoffabscheidung und -sequestrierung unwahrscheinlich ist, welche Kosten all das verursacht und welche problematischen Folgekosten für den gesamten erzeugten Wasserstoff einschließlich seiner Verteilung entstehen? Das ist unwahrscheinlich, da ich mir all diese Dinge schon mehrmals genauer angeschaut habe.

Ein Haufen Unwahrscheinlichkeiten ist meiner Meinung nach natürlich genau das wert, meiner Meinung nach. Viele andere Menschen arbeiten hart daran, mir das Gegenteil zu beweisen, ohne natürlich zu wissen, dass ich existiere, oder sich von meiner Meinung in irgendeiner Weise motivieren zu lassen. Zur Erinnerung: Trotz meiner Bemühungen, so viel wie möglich zu lernen und so viel Breite und Tiefe wie möglich zu erlangen, sind veröffentlichte Meinungen die unterste Stufe auf der Website Pyramide der Beweise. Ich habe nebenbei an systematischen Rezensionen, der höchsten Stufe, teilgenommen, aber das ist nicht das, was ich mache oder veröffentliche.

Zweite, Es gibt viele Wege zu Biokraftstoffen aus Abfallbiomasse. Ich bin keinem von ihnen verpflichtet und betrachte mich nicht als Experte für die chemische Verfahrenstechnik in diesem Bereich.

Ich wette einfach auf den weiteren Fortschritt all dieser verschiedenen Technologieströme und intelligenten Leute. Wenn sich herausstellt, dass Lösungen gefallen Carbonauten GmbHDie kontinuierliche Pyrolyselösung von ist am sinnvollsten und gut genug. Ob zweite oder dritte Generation Zellulosebahnen steuern Sicherlich den Sieg holen. Wenn Viehdung zu Kerosin ist derjenige, der Bleistifte rausholt, ich bin glücklich.

Könnte es sein, dass ich mich irre und die vielfältigen Abfallbiomasse- und Technologiepfade keine Lösung ergeben? Sicher. Ich halte es im Vergleich zu den oben genannten Alternativen für unwahrscheinlich.

Drittens, das schiere Volumen von Abfallbiomasse und Sammelengpässe, an denen Automatisierung angewendet werden kann ist im Vergleich zum Bedarf an flüssigen Brennstoffen gewaltig. Abfallstängel zur Erntezeit. Viehmist in Industriemasten, Milchställen und Schlachthöfen. Lebensmittelverschwendung in Produktionsstätten, Vertriebslagern und großen Lebensmittelgeschäften. Holzabfälle in Holzfabriken. Trennung von Lebensmittelresten in städtischen Kompostierungssystemen.

Ich mache mir überhaupt keine Sorgen um die Effizienz, wenn wir weltweit 2,5 Milliarden Tonnen Lebensmittelabfälle und allein in Europa 1,5 Milliarden Tonnen Viehmist haben.

Vierte, war stellt bereits Biodiesel in ausreichenden Mengen für die gesamte Seeschifffahrt her in meinen Projektionen. Laut der Zusammenfassung der erneuerbaren Energien der IEA für 2023 produzieren wir jährlich etwa 100 Millionen Tonnen Biokraftstoffe, der Großteil davon, etwa 70 Millionen Tonnen, ist Biodiesel, und diese 70 Millionen Tonnen sind zufällig und ohne Zwang, um die für den Seeverkehr erforderliche Tonnage zu erreichen Versand im Jahr 2100 in meinem Szenario. Nah genug.

Diesen Biodiesel effizienter, weniger problematisch und sogar kohlenstoffärmer zu machen, ist ein iterativer Prozess, und die CO2-Bepreisung, wie etwa der CO2-Grenzausgleichsmechanismus der EU, die Einbeziehung von Schifffahrt und Luftfahrt in ihr Emissionshandelssystem und die Abschaffung umfangreicher Gutschriften für diese Verkehrsträger Der Transport wird viele Forschungsarbeiten vorantreiben.

Bei den Flugkraftstoffen sind wir noch nicht annähernd so weit fortgeschritten, aber wir stecken bereits Millionen Tonnen SAF-Biokerosin pro Jahr in Flugzeuge, und auch die Zahl nimmt rapide zu. IATA und ICAO wachen endlich auf und die EU entzieht der Luftfahrt ETS-Gutschriften. Ein Feuer wird angezündet.

Endlich alles Die Abfallbiomasse, auf die ich mich einlasse, ist ein großes Klimaproblem. Derzeit sind die Mengen so groß, dass sich das Zeug in Müllhaufen ansammelt oder auf Mülldeponien vergraben wird. Die Stoffe, die sich nicht an der Oberfläche befinden, werden anaerob zersetzt, und es entsteht Methan.

Nach Einschätzung des Global Carbon Project handelt es sich dabei um eine größere Methanquelle als die gesamte Industrie für fossile Brennstoffe, möglicherweise trotz der jüngsten Erkenntnis, dass die Industrie für fossile Brennstoffe das Problem deutlich unterschätzt hat.

Wir müssen dieses anthropogene Biomethanproblem lösen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies zu minimieren, aber wir werden immer noch sehr viel Abfallbiomasse haben, die eine Methanbombe ist, und es ist sehr sinnvoll, diese mithilfe von Prozessen, bei denen kein Methan erzeugt wird, in Biokraftstoffe umzuwandeln. Abfallbiomasse durch CO2-erzeugende Prozesse ist völlig in Ordnung und gibt CO2 in die Atmosphäre zurück, aber Methan ist ein ganz anderer Kessel mit verrottendem Fisch.

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Minimiere ich die Herausforderungen für den Postdoktoranden und seine Kollegen? Wahrscheinlich, aber es stört mich nicht, wenn einige der Wege und Technologien nicht funktionieren, weil es so viele davon gibt.

Könnte ich mich irren? Natürlich. Ich setze natürlich auf kollektive Vernunft, rationales Verhalten der Regierungen und darauf, dass die Finanzierung in die richtigen Hände gelangt und nicht in die Hände von Leuten, die an nutzlosem Firlefanz arbeiten. Das ist aus meiner Sicht von Jahrzehnt zu Jahrzehnt eine gute Wette, aber für die nächsten zwei Jahre eine schreckliche Wette.

Ich hoffe, dass dies hinreichend kontextualisiert ist, warum ich mir weniger Sorgen über die Herausforderungen mache, die der Postdoktorand hervorgehoben hat. Und um es klarzustellen: Es fällt mir sehr leicht, hier mit meinem Laptop weit weg von einer Biokraftstoffverarbeitungsanlage oder einem Biokraftstofflabor zu sitzen und diese Wörter zu tippen. Herausforderungen sind herzlich willkommen. Wie ich in den letzten Jahren mehrmals festgestellt habe, arbeite ich an einem Expertenbewertungsprozess nach der Veröffentlichung und lebe lieber mit der gelegentlichen Demütigung, völlig falsch zu liegen und es zu korrigieren, als mit dem sehr langsamen Prozess akademischer oder anderer institutioneller Art Veröffentlichung.