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Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Langfristige Perspektiven
jenseits von Biokraftstoffen
erster und zweiter Generation
Long-term perspectives
beyond first- and secondgeneration
biofuels
Die Verwendung „klassischer“ Energiepflanzen wie Raps oder Mais
zur Kraftstoffproduktion birgt das Risiko einer Konkurrenz zwischen
der energetischen Nutzung und der Produktion von Nahrungs- und
Futtermitteln. Ein weiteres Problem von Biokraftstoffen besteht in
der geringen Effizienz entlang ihrer Produktionsketten. Hierfür ist
zum einen die photosynthetische Umwandlung von Sonnenenergie
in Biomasse mit einer Effizienz von höchstens zwei Prozent und
zum anderen die aufwändige und verlustreiche Konversion der Biomasse
in flüssige Kraftstoffe verantwortlich. Aufgrund dieser Limitierungen
sind Kraftstoffe auf Basis klassischer Biomasseformen
vermutlich nicht geeignet, um die ökologischen Herausforderungen
und Versorgungsprobleme der Luftfahrt langfristig und nachhaltig
zu lösen.
Eine mögliche Lösung besteht daher in der Entwicklung von
Pro duktionswegen, die über die Nutzung herkömmlicher Biomassetypen
hinausgehen oder gänzlich unabhängig von biogenen Rohstoffen
sind. Daher hat das Bauhaus Luftfahrt Optionen wie Mikroalgen
als unkonventionelle Biomassequelle (Seite 34) oder die solarthermisch
getriebene Kraftstoffproduktion (Seite 36) betrachtet.
Weitere interessante Ansätze basieren auf der Nutzung elektrischer
Energie. Hierbei werden, analog zum natürlichen Prozess der Photosynthese,
die anorganischen Verbrennungsprodukte Kohlendioxid
(CO 2
) und Wasser (H 2
O) unter Bildung reduzierter Kohlenstoffverbindungen
„energetisiert“, allerdings durch Zufuhr elektrischer Energie
und ohne Bildung von Biomasse als Energiezwischenspeicher.
Die elektrisch getriebene Reduktion von CO 2
kann auf verschiedene
Arten erfolgen: Auf technischem Wege wird die Elektrizität
direkt zur Elektrolyse von Wasser genutzt. Der gebildete Wasserstoff
(H 2
) wird anschließend mit CO 2
in einer sogenannten „inversen
Wassergas-Shift-Reaktion“ unter Bildung von Kohlenmonoxid (CO)
umgesetzt. Das resultierende Synthesegas, ein Gemisch aus H 2
und
CO, kann in einem Fischer-Tropsch-Prozess zu Kohlenwasserstoffverbindungen
reagieren, die mit etablierten Verfahren auch zu Kerosin
weiterverarbeitet werden können. Obwohl diese Prozesskette noch
nicht kommerziell eingesetzt wird, sind alle Teilschritte für eine mittelfristige
industrielle Implementierung bereits ausreichend entwickelt.
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Utilisation of “classic” energy plants like rapeseed or maize for fuel
production involves the risk of negative competition between the
energetic use on the one hand and the production of food and fodder
on the other. Another problem associated with biofuels lies in
the low overall efficiency of their production chains. This problem
is primarily caused by the photosynthetic conversion of solar energy
to biomass with its generally low efficiency of two per cent at
most and secondarily by the subsequent complex and loss-making
procedure of converting the biomass into fuels. Due to these limitations,
fuels based on “conventional” biomass are probably not
suit ed for sustainably meeting the long­term challenges of commercial
aviation, namely securing fuel supply and reducing the
ecological footprint.
The development of production pathways that go beyond utilising
conventional biomass or are even independent of biogenic
feedstock represents a conceivable solution. Therefore, Bauhaus
Luft fahrt analyses options like microalgae as an unconventional
bio mass source (page 34) or solar-thermally driven fuel production
(page 36). Other interesting approaches make use of electric energy
to energise the inorganic combustion products carbon dioxide (CO 2
)
and water (H 2
O), converting them, analogous to the natural process
of photosynthesis, into reduced carbon compounds. In contrast to
photosynthesis, electricity is used instead of solar energy and the
formation of biomass as temporary storage is avoided.
There are different ways for the electricity-driven reduc tion of
CO 2
. In a technical approach electricity is used to electrolyse water.
A part of the formed hydrogen (H 2
) is subsequently reacted with CO 2
in a so-called water-gas shift reaction, yielding reactive car bon monoxide
(CO). The resulting mixture of H 2
and CO, often re ferred to as
synthesis gas, is then converted into a complex blend of hydrocarbon
compounds in a Fischer-Tropsch process. These hydrocarbon
compounds can be processed into kerosene and other fuels through
conventional refining techniques. Despite the fact that this process
chain has not been realised at commercial scale yet, the technical
maturity of all individual process steps is suf ficiently far advanced
for a mid-term industrial implementation.
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Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.