Forscher verwandeln Kohle in Flüssigtreibstoff

Der Ölpreis schnellt in die Höhe und die Verflüssigung der Kohle wird wieder interessant. Was momentan erst im Labor funktioniert, soll in einigen Jahren industriell genutzt werden. Forscher arbeiten derzeit an einer Verbesserung herkömmlicher Verfahren, damit das schwarze Gold bald unsere Tanks füllt.
Die Spritpreise erklimmen immer neue Rekordmarken. Für die Fahrt in die Ferien vertankt so mancher Autofahrer jetzt jede Menge „Kohle“. In einem anderen, nämlich dem wörtlichen Sinne kommt Kohle im Ausland in den Tank: in Form eines synthetischen Treibstoffes, der aus dem schwarzen Gold hergestellt wird.
Das Zauberwort heißt Kohleverflüssigung. Südafrika deckt rund ein Drittel seines Kraftstoffbedarfs mit Hilfe dieser Methode. In drei Fabriken erzeugt der südafrikanische Mineralölkonzern Sasol rund 25,5 Millionen Liter Diesel, Benzin und weitere Ölprodukte pro Tag; das sind 160.000 Barrel. Sogar Flugzeuge fliegen inzwischen mit dem Treibstoff aus der Kohle. Vor Kurzem erhielt das Unternehmen weltweit erstmalig die Zulassung für die Nutzung von synthetischem Flugbenzin für Verkehrsflugzeuge mit Düsenantrieb vom Internationalen Luftverkehrsverband Iata.
Das Geschäft mit dem Kraftstoff aus der Kohle floriert, und es lohnt sich angesichts drastisch gestiegener Rohölpreise immer mehr. Auch das energiehungrige China, das 70 Prozent seines Energieverbrauchs mit Kohle deckt, hat großes Interesse an dieser Technologie. Im Vorjahr bestellte es zwei Anlagen im Wert von immerhin 3,2 Milliarden Euro bei dem südafrikanischen Unternehmen Sasol (früher: South African Synthetic Oil Ltd.).
Der Kohleverflüssiger macht sich ein Verfahren zunutze, welches die deutschen Chemiker Franz Fischer und Hans Tropsch bereits 1925 entwickelt haben. Während des Zweiten Weltkrieges wurde es in Deutschland weiterentwickelt und genutzt. Das Ziel damals war es, von Mineralöleinfuhren unabhängig zu werden – und genau das wird auch heute wieder interessant. Bei der sogenannten Fischer-Tropsch-Synthese wird Kohlestaub mit Wasserdampf und Sauerstoff auf mehr als 900Grad Celsius erhitzt. Aus dem Gemisch bildet sich ein Synthesegas, das in einem zweiten Schritt mit Hilfe von Eisenkatalysatoren verflüssigt wird. So entsteht ein kohlenwasserstoffhaltiger, synthetischer Treibstoff.
Hierzulande wurde auf diese Weise bis in die fünfziger Jahre hinein Treibstoff hergestellt. Dann machte der seinerzeit niedrige Rohölpreis das Verfahren allerdings erst einmal unwirtschaftlich. Unter dem Eindruck der Ölkrise erlebte die Idee von der Kohleverflüssigung in den siebziger Jahren dann allerdings eine Renaissance. Damals beschloss die Bundesregierung ein Energieforschungsprogramm. Sieben Pilotanlagen zur Kohleumwandlung gingen daraufhin in Betrieb – und wurden wenige Jahre später abgeschaltet, weil der Ölpreis wieder gesunken war. Die letzte Hydrierungsanlage in Essen wurde 2004 demontiert und nach China verkauft.

Braun- und Steinkohlevorräte reichen noch 150 bis 350 Jahre

Dort erfreut sich die Technologie wie in Südafrika, der Mongolei und Australien zunehmender Beliebtheit. Das ist kein Zufall, denn diese Länder verfügen über langfristig gesicherte, leicht zugängliche Kohlevorkommen. Sie können den Energieträger zu kostengünstigen Preisen abbauen. In China rechnet sich die Verflüssigung selbst dann noch, wenn Rohöl nur ein Siebtel des aktuellen Preises kosten würde. Weltweit reichen die Vorräte an Braun- und Steinkohle noch 150 bis 350 Jahre, schätzen Experten. Das ist deutlich länger als die 50 bis 80 Jahre, die dem Erdöl eingeräumt werden.
Für immer mehr Länder ökonomisch lukrativ, ist die Kohleverflüssigung aus ökologischer Sicht allerdings kein Gewinn. Als hierzulande zu Beginn der achtziger Jahre die Kohleveredelung gefördert werden sollte, berechnete das Umweltbundesamt, dass etwa sechzig Prozent der eingesetzten Kohle für den Umwandlungsprozess eingesetzt werden muss. Vor allem an dem bescheidenen Wirkungsgrad liegt es, dass Benzin aus Kohle mehr als doppelt so klimaschädlich ist wie konventionell hergestellten Kraftstoff. Dennoch hat diese alte Technologie nun wieder eine Zukunft.
In den USA verfolgt das Energieministerium Pläne für den Bau einer kommerziellen Anlage, die energiearme Kohle aus dem Illinois-Becken nach der Fischer-Tropisch-Methode verflüssigen soll. Durch den Einbau moderner Filtertechnik soll verhindert werden, dass insbesondere Schwefel, Stickoxide, Feinstaub und Quecksilber in die Umwelt gelangen. Auch das bei der Verflüssigung entstehende Kohlendioxid wird aufgefangen, verflüssigt und per Pipeline in den Untergrund gepumpt, wo es im Laufe langer Zeiträume eine feste Verbindung mit dem Gestein eingehen soll.
Pro Tag könnten in der Anlage aus rund 24500 Tonnen Kohle knapp 4,5 Millionen Liter Dieseltreibstoff gewonnen werden. Zudem könnten nebenbei weitere in der Petrochemie benötigte Grundstoffe hergestellt werden. Umgerechnet mehr als eine Milliarde Euro würde die hochmoderne Fabrik kosten. Ein stolzer Preis. Doch der würde sich rentieren, wenn der Rohölpreis dauerhaft bei mindestens 60 Dollar pro Barrel (159 Liter) liegt, so die Studie im Auftrag des Energieministeriums. Selbst wenn man die Kosten von weiteren 30 Dollar pro Barrel für die Deponierung von Kohlendioxid unter Tage hinzurechnet, würde sich eine solche Anlage bei einem Ölpreis von aktuell um die 140 Dollar pro Barrel in wenigen Jahren bezahlt machen, so die Kalkulation der Experten.

Auch Erdgas und sBiomasse lassen sich in flüssige Treibstoffe umwandeln

Außer Kohle lassen sich auch andere biogene Energieträger wie Erdgas und sogar Biomasse mit dem ursprünglich in Deutschland entwickelten Verfahren in flüssige Treibstoffe umwandeln. Die weltweit erste kommerzielle Anlage zur Erdgasverflüssigung hat 2003 im arabischen Qatar die Produktion aufgenommen. Gebaut wurde die Fabrik von der südafrikanischen Sasol und dem amerikanischen Mineralölkonzern Chevron. In dem Wüstenstaat entsteht nun im Auftrag von Shell und Qatar Petroleum eine weitere Anlage, die voraussichtlich im kommenden Jahr in Betrieb gehen wird. Auch in Nigeria wollen Ölkonzerne eine Erdgasverflüssigungsanlage bauen. In Australien plant die Shell-Tochter Monash Energy ein langfristig angelegtes Großprojekt. Es umfasst einen neu zu erschließenden Kohleabbau, die Verflüssigung des Energieträgers und die Speicherung von Kohlendioxid unter Tage. Das Land will so ein Viertel seines gesamten Kraftstoffbedarfs decken.
Hierzulande erlebt die Technologie bei der Verflüssigung von Biomasse eine Wiedergeburt. Mitte April hat das Unternehmen Choren an ihrem Standort im sächsischen Freiberg die weltweit erste großtechnische Anlage zur Herstellung von synthetischem Biokraftstoff in Betrieb genommen. In einem eigens entwickelten, auf dem deutschen Fischer-Tropsch-Verfahren basierenden dreistufigen Prozess wird aus Holzabfällen Dieselkraftstoff erzeugt. Bereits in fünf Jahren könnten so rund eine Million Tonnen Holz zu Flüssigtreibstoff verarbeitet werden.
Ob angesichts des für 2018 politisch beschlossenen Ausstiegs aus dem Steinkohlebergbau die Kohleverflüssigung hierzulande noch einmal interessant werden könnte, erscheint jedoch fraglich. Die hiesige Montanindustrie als einstiger Technologieträger ist längst in anderen Feldern des Energiesektors aktiv.
Dennoch könnte eine technologische Innovation ihren Ausgangspunkt im alten Zentrum des Steinkohlebergbaus nehmen: Am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr haben Wissenschaftler ein neues Verfahren entwickelt, das erstmals auch „Magerkohle“, also Kohle, die nur einen ganz geringen Anteil flüchtiger Bestandteile hat und deshalb sehr schwer aufzuschließen ist, für eine Verflüssigung zugänglich macht. Bislang konnte dieser Steinkohletyp ausschließlich in Verbrennungs- und Vergasungsprozessen genutzt werden, nicht jedoch als Rohstoff für Treibstoffe.
Die Mülheimer Wissenschaftler setzen auf den zweiten Weg zur Verflüssigung von Kohle, der schon 1913 von dem deutschen Chemiker Friedrich Bergius gefunden wurde. Beim Bergius-Verfahren wird fein zermahlene Kohle mit Wasserstoff in einem Reaktor unter 200fachem Atmosphärendruck bei 450 Grad Celsius zu einem Kohleöl umgesetzt. Dieses kann anschließend ähnlich wie Erdöl in Raffinerien zu Benzin weiterverarbeitet werden. Allerdings lässt sich so nur Braunkohle direkt verflüssigen; Steinkohle ist zu kompakt, als dass sie sich mit dem Bergius-Verfahren aufschließen ließe. Denn trotz der rigorosen Behandlung gelingt das Aufbrechen der molekularen Verbindungen in der Kohle nur, wenn pulverförmiges Eisenoxid als Katalysator zugesetzt wird. Die fest gepresste Steinkohle kann jedoch auch dieser Stoff nicht klein kriegen.
Die Mülheimer Wissenschaftler setzen daher zunächst einen löslichen Katalysator ein, der aus einer Bor-Jod-Verbindung besteht. Diese verträgt zwar nicht die Hitze, wie sie beim Bergius-Verfahren nötig ist, doch vor der Verflüssigung zugesetzt, kann die Kohle damit vorgelockert werden. Nach dieser Vorbehandlung können auch feste Kohlen wie Steinkohle im Bergius-Verfahren verflüssigt werden.

Noch funktioniert das Verfahren erst im Labormaßstab. In einigen Jahren wollen die Wissenschaftler das neue Verfahren allerdings so weit entwickelt haben, dass es auch im industriellen Maßstab genutzt werden kann. Dann könnte aus der Technologie vielleicht sogar ein Exportschlager werden.

Welt Online (Auszug)