Power-to-Liquid-Kraftstoffe (PtL) gelten als skalierbare Schlüsseltechnologie für einen CO2-neutralen Luftverkehr. Deren immenses Potenzial in technischer, ökonomischer sowie ökologischer Hinsicht haben das Bauhaus Luftfahrt und die Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST) in einem Hintergrundpapier „Power-to-Liquids – A scalable and sustainable fuel supply perspective for aviation“ zusammengefasst. Das Dokument kann auf der Website des Umweltbundesamts heruntergeladen werden 1 .
Bereits 2016 hatten Bauhaus Luftfahrt und LBST im Auftrag des Umweltbundesamts ein Hintergrundpapier zu strombasierten Kraftstoffen verfasst 2 und damit dazu beigetragen, PtL-Kraftstoffe in der Diskussion um eine erneuerbare Kraftstoffversorgung des Luftverkehrs zu verankern. Mittlerweile werden PtLKraftstoffe als wichtige Option anerkannt, um die Luftfahrt bis Mitte des Jahrhunderts CO2-neutral zu gestalten. Weiterhin ist mit einer wachsenden Zahl an Projektentwicklungen der Produktionshochlauf von PtL-Flugkraftstoffen in greifbare Nähe gerückt.
Das aktualisierte Hintergrundpapier diskutiert unter anderem PtL-Herstellungsrouten, Ressourcenbedarfe und Produktionspotenziale. So muss, um PtL-Kraftstoffe nachhaltig in großen Mengen herzustellen, überwiegend auf Sonnen- und Windenergie zurückgegriffen werden. Es zeigt sich, dass dann das technische Produktionspotenzial in Europa den europäischen Kraftstoffbedarf der Luftfahrt etwa um das Zehnfache übersteigt. Trotz erheblicher Kostensenkungspotenziale bleiben PtLKraftstoffe auch längerfristig mit 1170 – 1740 €/t vergleichsweise teuer, allerdings fällt der Ressourcenverbrauch in Bezug auf Wasser- und Landbedarf deutlich geringer aus als bei Kraftstoffen aus Anbaubiomasse.
Vergleich der Flächenerträge von PtL- und Biokraftstoffen
PtL-Kraftstoffe aus Solar- und Windenergie erzielen deutlich höhere Flächenerträge als Anbaubiomasse. Insbesondere bei der Windenergie steht der größte Teil der benötigten Fläche einer weiteren Nutzung zur Verfügung.
Potenziale für erneuerbaren Strom und erwarteter Kerosinbedarf bedarf im Jahr 2050 in Europa
Das technische Produktionspotenzial von PtL-Kraftstoffen in Europa basiert überwiegend auf Wind- und Sonnenenergie und übersteigt den zukünftigen Kraftstoffbedarf der Luftfahrt etwa um das Zehnfache.
Gestehungskosten und Treibhausgasemissionen wichtiger Kraftstoffoptionen für die Luftfahrt
Treibhausgasemissionen und Gestehungskosten wichtiger Kraftstoffoptionen für die Luftfahrt im Vergleich zu Preisdaten für konventionelles Kerosin, ICAO-Standardwerte, welche für Treibhausgasemissionen und Mindestanforderungen aus der europäischen Erneuerbare-Energien-Richtlinie (EU-RED II). Die meisten ICAO-Standartwerte, welche für Biokraftstoffe der ersten Generation anzusetzen sind (Beispiele: AtJ aus Maisethanol, HEFA aus Sojaöl), liegen oberhalb der europäischen Mindestanforderungen für Treibhausgasreduktionen. HEFAKraftstoffe aus Reststoffen (Altöle, Fette – FOG) erfüllen in der Regel die geforderten Treibhausgaseinsparungen, aber ihr Produktionspotenzial ist aufgrund der Rohstoffverfügbarkeit limitiert. Konversionsverfahren für fortgeschrittene biogene Rohstoffe (BtL, HTL, Pyr) bieten signifikante zusätzliche Produktionspotenziale, allerdings besteht weiterhin Forschungs- und Entwicklungsbedarf, um diese fortgeschrittenen Biokraftstoffe zur Marktreife zu führen. Die zu erwartenden Kosten und Treibhausgasemissionen der synthetischen Kraftstoffe aus CO2 und H2O (PtL, StL) sowie für LH2 hängen stark von den vorhandenen Potenzialen an erneuerbaren Energien am Produktionsstandort ab. Die Bereitstellung von LH2 ist an einem gegebenen Standort (ohne Transport) mit deutlich geringeren Kosten und Emissionen verbunden als die Herstellung synthetischer Kraftstoffe, da der Umwandlungswirkungsgrad höher ist und die Kerosinsynthese zusätzlich eine Kohlenstoffquelle benötigt.
Feedstock: Corn = corn grain; EtOH = ethanol; FOG = fats, oils, and greases; LigC = lignocellulose; MSW = municipal solid waste; Soy = soybean oil; SwS = sewage sludge; Conversion: AtJ = alcohol-to-jet; BtL = biomass-to-liquid; HEFA = hydroprocessed esters and fatty acids; HTL = hydrothermal liquefaction; LH2 = renewable liquid hydrogen from electrolysis*; PtL = power-to-liquid; Pyr = pyrolysis; StL = sunlight-to-liquid; Data source: Emission data of conventional jet fuel and first-generation biofuels (AtJ/EtOH/Corn, HEFA/Soy) from ICAO document “CORSIA Default Life Cycle Emissions Values for CORSIA Eligible Fuels”, 2nd Edition, March 2021; Advanced biofuels data from Bauhaus Luftfahrt literature research compendium; Performance ranges of LH2, PtL, and StL from Bauhaus Luftfahrt research and publications. * LH2 volume in kerosene equivalent of lower heating value
PtL-Kraftstoffe können einen Großteil des zukünftigen Bedarfs an nachhaltigen Luftfahrtkraftstoffen decken.