Verbrennungsmotor - Wie eine Schweizerin Autos und Flugzeuge dekarbonisieren will

Anstatt Verbrennungsmotoren zu ersetzen soll man sie mit einem synthetischen Kraftstoff betreiben – so der Plan einer Schweizer Chemieingenieurin.

In einem Labor in der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa tüftelt Alessia Cesarini an einem Prototyp für eine E-Fuel-Anlage herum – seit nunmehr zwei Jahren. Ihr Ziel? Eine praktikable Alternative zu fossilen Brennstoffen. «Es sind noch viele Systeme mit Verbrennungsmotoren im Einsatz. Die Idee ist, eine lokal produzierte und weniger umweltschädliche Lösung anzubieten», erklärt Cesarini gegenüber Swissinfo, dem Informationsportal für die Schweizer Community im Ausland.

Die Schweizer Chemieingenieurin Alessia Cesarini entwickelt einen synthetischen Drop-in-Kraftstoff, der mit bestehenden Verbrennungsmotoren und der bestehenden Infrastruktur kompatibel sein soll.

Michele Andina / SWI

Der Verkehrssektor ist für 47 Prozent der energiebezogenen CO₂-Emissionen der Schweiz verantwortlich. Weltweit sind es 25 Prozent. Eine Schweizer Studie rechnet damit, dass bis 2040 noch rund zwei Millionen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auf unseren Strassen unterwegs sein werden. Cesarinis Ansatz ist einfach: «Ich möchte eine Lösung, die mit bestehenden Fahrzeugen und der vorhandenen Infrastruktur funktioniert – und ökologisch, aber auch ökonomisch nachhaltig ist.»

Forstsektor als Startgebiet

Cesarini begann ihre Forschung an der ETH Zürich mit Projekten zu nachhaltigen Chemikalien und Kraftstoffen für die Luftfahrt. Da die Zertifizierung dort über ein Jahrzehnt dauern kann, strebt sie einen Kurswechsel an. Zunächst soll ein Kraftstoff für den Strassenverkehr bereitgestellt werden – hier ist die Zulassung auf nationaler Ebene geregelt und kann daher schneller erfolgen. Nun will die Tessinerin aus ihrem Forschungsprojekt ein Start-up gründen.

Zuerst soll ihr Kraftstoff im Forstsektor erprobt werden. Geringe Menge und kontrollierte Nutzung sollen Markttests erleichtern. In einem nächsten Schritt sollen jährlich eine Million Liter Kraftstoff pro Jahr produziert werden, bevor die Belieferung der Industrie erfolgen soll.

Das Forschungsgebiet entwickelt sich rasant, vor allem in China, den USA und Europa. Die Entwicklung befindet sich in einem frühen Stadium, jedoch zeichnet sich ein Wandel von Konzepten zu ersten Pilotprojekten ab. Cesarinis Arbeit bedient eine Nische. Oft wird direkt an E-Fuel für Flugzeuge oder an einem Solarverfahren gearbeitet. Sie aber forscht an Drop-in-Benzin unter Verwendung energieeffizienter Katalysatoren und will die Luftfahrt erst später einbeziehen.

Kohlenwasserstoffe wie Lego

Kern ihrer Arbeit ist ein chemisches Verfahren namens Oligomerisierung, bei dem Ethylen- oder Propylenmoleküle in einen Kraftstoff umgewandelt werden, der herkömmlichem Benzin sehr ähnlich ist. Ein weiterer Vorteil ihres Verfahrens ist die Möglichkeit, die Produktion auf Kerosinverbindungen auszuweiten, die in Flugzeugen eingesetzt werden könnten.

Einfach zusammengefasst: CO₂ aus der Bio- oder Atmosphäre wird in Alkohole wie Methanol oder Ethanol umgewandelt. Dort wird Wasser entzogen, wodurch sie in Ethylen und Propylen umgewandelt werden. Diesen Gasen werden mittels Katalysators die Moleküle aufgespalten und zu längeren Kohlenwasserstoffen verbunden. So entsteht schlussendlich der synthetische Kraftstoff.

«Wir beginnen mit winzigen Molekülen, die man mit kleinen Legosteinen vergleichen kann. Beim Bauen mit Lego wollen wir mit den kleinen Steinen ein Bauwerk mit einer bestimmten Form errichten. Bei der Treibstoffherstellung ist es nicht anders. Wir haben die Moleküle, die wir zu einer gezielten Mischung längerer Moleküle kombinieren. Und diese Kombination wird vom Katalysator präzise durchgeführt», erklärt Cesarini. Was dieser Katalysator ist, verrät sie nicht.

«Das ist ein enormer Wettbewerbsvorteil», sagt sie. Unabhängige Tests haben gezeigt, dass ihr synthetischer Kraftstoff bereits eine Forschungsoktanzahl von 95 erreicht, ein wichtiger Richtwert für bleifreies Benzin. Erste Schätzungen deuten darauf hin, dass der synthetische Kraftstoff preislich mit fossilem Benzin konkurrieren könnte, sobald er im industriellen Massstab produziert wird.

Die Empa bezeichnet den Kraftstoff als klimafreundlich, genaue Emissionsdaten stehen noch aus. «Generell lassen sich die Emissionen je nach Quelle theoretisch um bis zu 100 Prozent reduzieren», so Cesarini. «Realistischerweise werden es eher 90 bis 95 Prozent sein.»