Ammoniak (NH3) ist eine chemische Verbindung aus einem Stickstoff- mit drei Wasserstoffatomen, die daher keinen Kohlenstoff enthält. Das Gas ist farblos, riecht stechend und ist giftig. NH3 ist mit weltweit rund 170 Millionen Tonnen eine der meistproduzierten Chemikalien der Welt. Die chemische Industrie nutzt Ammoniak als Ausgangsstoff (Grundchemikalie) für die Synthese vieler Verbindungen. Mit rund 80 % wird der größte Teil wird zu Dünger weiterverarbeitet, aber es dient beispielsweise auch zur Herstellung von chemischen Substanzen als Zwischenprodukten wie zum Beispiel Harnstoffharzen und Salpetersäure. Darüber hinaus wird grünem Ammoniak eine steigende Bedeutung bei einer klimaneutralen Energieversorgung als Speichermedium für Wasserstoff und als Antriebsenergie für Schiffsmotoren zugeschrieben.

Mehr als 90 Prozent des weltweit hergestellten Ammoniaks wird durch die Synthese von Wasserstoff und Stickstoff im Haber-Bosch-Verfahren produziert. Stickstoff steht als Bestandteil der Luft in großen Mengen zur Verfügung und kann durch Luftverflüssigung gewonnen werden. Wasserstoff wird heute noch überwiegend durch die Dampfreformierung fossiler Energieträger wie Erdgas oder Kohle gewonnen. Durch die Umstellung der Wasserstoffgewinnung von fossilen Energieträgern auf die Wasserelektrolyse mit regenerativ erzeugtem Strom ist im Haber-Bosch-Verfahren ein wichtiger Schritt zur Treibhausgasminderung des Verfahrens möglich.

Als eine Alternative zum Haber-Bosch-Verfahren gewinnt mit der elektro- oder photokatalytischen Reduktion von Stickstoff eine unmittelbare Methode zur Herstellung von grünem Ammoniak zunehmend an Popularität. In diesem Verfahren wird Stickstoff aus der Luft in Gegenwart von Wasser unter Umgebungsbedingungen direkt zu Ammoniak reduziert.

Biokraftstoffe, auch Biofuels genannt, sind Kraft- und Brennstoffe, die aus Biomasse hergestellt werden. Es gibt sowohl flüssige Biokraft- und -brennstoffe wie zum Beispiel Biodiesel, HVO, Bioethanol oder Bioheizöl als auch gasförmige wie Bio-Erdgas.

Biogene Kraftstoffe werden in konventionelle und fortschrittliche Biokraftstoffe unterschieden. Die Rohstoffe für konventionelle Biokraftstoffe stammen in der Regel aus den „Früchten“ bzw. Erträgen von Anbaubiomasse, die auch zur Herstellung von Nahrungs- und Futtermittelpflanzen, wie zum Beispiel Raps, Getreide, Mais, Zuckerrüben oder Palmöl, dienen kann. Sie werden auch oft als Biokraftstoffe der 1. Generation (1G) bezeichnet.

Fortschrittliche Biokraftstoffe (2. Generation, 2G) werden dagegen aus biogenen Rest- und Abfallstoffen hergestellt, wie zum Beispiel Altspeisefetten, Stroh und Holzresten (Lignin), Grünschnitt aus der Landschaftspflege oder Tallöl aus der Zellstoffproduktion. Darüber hinaus gibt es noch die Möglichkeit, fortschrittliche Biokraftstoffe aus alternativen Energiepflanzen herzustellen, wie etwa Miscanthus, Chinaschilf oder äthiopischem Senf. Diese alternativen Energiepflanzen eignen sich nicht als Nahrungs- oder Futtermittel, gedeihen auf kargen, für die Nahrungsmittelherstellung ungeeigneten Böden und brauchen keine aufwändige landwirtschaftliche Pflege.

Als biogener Rohstoff für fortschrittliche Kraftstoffe der 3. Generation gelten Algen. Ihre Aufzucht in eigens dafür angelegten Wasserbecken oder Photobioreaktoren ist noch Gegenstand der Forschung, unter anderem die Suche unter den sehr vielfältigen Algenarten nach optimal geeigneten Sorten mit möglichst schnellem Wachstum und hohem Ertrag.

Weitere Infos dazu gibt es in unserem Beitrag Biofuels & Co.

Bei Biomasse handelt es sich um Stoffe lebender Organismen, die zur Energieerzeugung genutzt werden. Beispiele sind Holzreste, Energiepflanzen, Reststoffe aus der Land- oder Fortwirtschaft, organische Abfälle aus Industrie oder Haushalten, Algen und vieles mehr.

Mehr als die Hälfte der im Jahr 2023 in Deutschland genutzten erneuerbaren Energie stammte aus Biomasse. Mit rund 255 TWh ist die Biomasse der wichtigste erneuerbare Energieträger in Deutschland und zugleich die bedeutendste Quelle für Kohlenstoff jenseits der fossilen Energieträger. Verwendet werden neben der land-­ und forstwirtschaftlich bereitgestellten Biomasse auch Reststoffe und Abfälle. Hierzu zählen, neben Alt- und Gebrauchtholz, Bioabfälle (z. B. aus der Biotonne), Gülle/Festmist und Getreidestroh. Biomasse wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom­ und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Brenn-­ und Kraftstoffen (Biofuels) genutzt. Fast zwei Drittel der Biomasse werden derzeit im Wärmesektor, vor allem in Form von Energieholz, eingesetzt. Zur Gebäudebeheizung wird u. a. schwefelarmes Heizöl mit Bioanteilen von bis zu zehn Prozent im Markt vertrieben. Neben der derzeitigen Hauptnutzung der Biomasse im Wärmesektor tragen Biokraftstoffe maßgeblich zur Emissionsminderung im Verkehr bei.

Das Thema Biomasse und ihre energetische Verwendung wird trotz der erreichten CO₂-Minderung nach wie vor kontrovers diskutiert. Denn die energetische Nutzung von Biomasse konkurriert mit anderen Verwendungsmöglichkeiten. Als problematisch wird bewertet, wenn Pflanzen statt zur Nahrungs­ und Futtermittelproduktion für den Einsatz als „Energiepflanzen“ angebaut werden. Laut den Eckpunkten für die Nationale Biomassestrategie der Bundesregierung soll die stoffliche Nutzung Vorrang erhalten. Allerdings lassen sich in der Raffinerie energetische Produkte und Produkte für die stoffliche Nutzung in der Herstellung nicht vollständig trennen. Zu berücksichtigen ist auch, dass bei der Gewinnung von Bioethanol und Biodiesel im Produktionsprozess oder durch die Verwertung der übrigen pflanzlichen Bestandteile Kuppelprodukte anfallen, etwa Futtermittel und Erzeugnisse für die Lebensmittelindustrie, organischer Dünger, Biogas sowie biogene Kohlensäure.

Zur Abgrenzung verschiedener Biorohstoffe und Herstellungsverfahren werden drei Formen von Biomasse unterschieden:

1. Anbaubiomasse Nahrungs-­/Futtermittelpflanzen wie Raps und Mais;
2. Abfallbasierte Biomasse wie Altspeiseöle und Altfette (RED II, Anhang IX, Teil B)
3. Fortschrittliche Biomasse, u. a. Stroh, Rest-­/Altholz, Bioabfall aus Haushalten und Industrie, Gülle/Klärschlamm, Algen (RED II, Anhang IX, Teil A).

Die zukünftig nutzbaren Potenziale an Biomasse zur energetischen Nutzung sind sowohl von der technischen Entwicklung als auch von den Nachhaltigkeitskriterien abhängig. Die Potenzialbestimmung unter Beachtung aller Nutzungskonflikte ist nach derzeitigem Wissensstand nicht abgeschlossen.

Carbon Capture and Utilization (CCU) ist die Abscheidung und Nutzung von CO₂. Neben Biomasse und chemischem Abfallrecycling ist die CO₂-Abscheidung die dritte wichtige Kohlenstoffquelle für die Produktion von in der Gesamtbilanz CO₂-neutralen Energieträgern und Einsatzstoffen in der Raffinerie. CO₂ kann direkt aus der Luft – im Direct-­Air­-Capture­-Verfahren (DAC) – oder aus Industrieprozessen abgeschieden werden. Wird das CO₂ aus der Luft entnommen, entstehen auch bei einer letztendlichen Verbrennung der damit hergestellten Produkte bilanziell keine zusätzlichen CO₂-Emissionen. Um langfristig einen Kohlenstoffkreislauf zu erreichen, ist deshalb das DAC-­Verfahren zur CO₂-Abscheidung unverzichtbar. Bis jedoch die noch relativ junge DAC­-Technologie in großem Maßstab zur Verfügung steht, sollte es möglich sein, CO₂ aus Industrieprozessen zu nutzen. Es ist ökonomisch sinnvoll, zunächst auf industrielle Punktquellen zurückzugreifen, anstatt CO₂ indirekt durch Direct Air Capture oder Biomasse zu binden und den Kreislauf so zu schließen. Solange es erlaubte Emissionen wie etwa im Rahmen des EU-Emissionshandelssystems gibt, sollte deshalb die Abscheidung des hoch konzentrierten CO₂ aus Industrieprozessen zugelassen und gleichzeitig der Hochlauf der DAC-­Technologie eingeleitet werden.

Abgeschiedenes CO₂ kann durch Verfahren wie die Fischer-Tropsch­-Synthese (FTS) oder über die Methanolroute mit treibhausgasneutralem Wasserstoff zu einer Vielzahl an Produkten und Einsatzstoffen verarbeitet werden, die heute aus fossilem Mineralöl gewonnen werden. Für die Erzeugung von grünem Wasserstoff und die CO₂-Abscheidung werden erhebliche Strommengen benötigt. Eine der wichtigsten Voraussetzungen auch für den Einsatz dieser Technologien ist deshalb der Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung. Das CO₂ kann dabei aus fossilen Quellen oder der Atmosphäre stammen. Nachdem das CO₂ aufbereitet wurde, kann es für die Herstellung kohlenstoffhaltiger Produkte genutzt werden. Das sind etwa Grundstoffe für die chemische Industrie oder Energieträger für den Wärmemarkt oder auch den Verkehrssektor. Das CO₂, das aus der Atmosphäre gewonnen wird, wird über sogenannte Direct Air Capture-Anlagen aus der Umgebungsluft gewonnen.

Carbon Capture and Storage, kurz CCS, ist die Abscheidung und dauerhafte Speicherung von CO₂. Technisch ist CCS ausgereift und kann kurzfristig eingesetzt werden. Dies sollte aber nicht als fossiler Lock­in missverstanden werden. Insbesondere zu Beginn der CO₂-Wirtschaft ist CCS eine der kosteneffizientesten Lösungen, wenn es darum geht, Emissionen zu mindern. Sobald ausreichend erneuerbare Energien zur Verfügung stehen, können in Raffinerien und anderen Industrien Prozesse klimaneutral umgestellt wie auch neue CCU-Anlagen errichtet werden. In diesem Fall wird der Standort von einem CO₂-Erzeuger zu einem CO₂-Verbraucher. In der Übergangszeit ist das Einlagern von CO₂ besser als das Emittieren in die Atmosphäre. CCS bietet zudem die Möglichkeit von Negativemissionen, wenn CO₂ aus der Luft (Direct Air Capture – DAC) oder bei der Verbrennung von Biomasse abgeschieden und gespeichert wird.

Kohlenstoffdioxid oder auch CO₂ ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Es ist geruchlos farblos und nicht brennbar. CO₂ ist ein wesentlicher Bestandteil des weltweiten Kohlenstoffkreislaufs, ein natürlicher Bestandteil der Luft und ein bedeutendes Treibhausgas in der Erdatmosphäre. CO₂ bildet sich im Organismus von Lebewesen als Produkt der Zellatmung, wenn genügend Sauerstoff zugeführt wird. Die Konzentration von CO₂ in der Erdatmosphäre steigt insbesondere durch die Verbrennung fossiler kohlenstoffhaltiger Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas an. Die erhöhte CO₂-Konzentration führt zu einer globalen Erderhitzung, das heißt einem Anstieg der Durchschnittstemperatur in der erdnahen Atmosphäre.

Über das Co­-Processing sind die Raffineriestandorte schon heute technisch in der Lage, größere Mengen CO₂-armer wie auch CO₂-neutraler Produkte in bestehenden Anlagen mit geringen Anpassungen herzustellen. Beim Co­-Processing werden in der Raffinerie fossile und alternative Rohstoffe (Feedstocks) gemeinsam in verschiedenen Verarbeitungsverfahren zu klimaschonenden Produkten verarbeitet. Im Laufe der Transformation verarbeiten die Raffinerien statt fossilem Erdöl zunehmend CO₂-neutrale Kohlenwasserstoffe. Diese Einsatzstoffe können aus abfallbasierter und fortschrittlicher Biomasse (gebrauchte Speiseöle, Pyrolyseöle, Biocrudes), aber auch über das chemische Recycling aus Kunststoffabfällen gewonnen werden. Dazu kommt die Mitverarbeitung von Rohstoffen, die z. B. in Form von Methanol oder synthetischem Rohöl auf Basis von erneuerbarem Strom hergestellt und nach Deutschland importiert werden. Der Anteil fossiler Quellen sinkt in dem Umfang, in dem die Anteile der alternativen Rohstoffe zunehmen.

Für die Herstellung von strombasierten flüssigen Energieträgern wird grüner/CO₂-neutraler Wasserstoff benötigt. Dieser wird mittels Wasserelektrolyse unter Verwendung von Ökostrom gewonnen. Damit die erforderlichen langkettigen Kohlenwasserstoffmoleküle entstehen, muss noch Kohlenstoffmonoxid (CO) hinzugefügt werden. Dazu wird der Wasserstoff mit CO₂ in einem zweiten Prozessschritt (umgekehrte Wasser-Gas-Shift­-Reaktion) kombiniert. Es entsteht ein aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff bestehendes Synthesegas. Das Synthesegas wird zu synthetischem Methanol (Methanolroute) oder zu synthetischem Rohöl (Fischer-­Tropsch­-Route) umgewandelt, damit daraus in weiteren Verarbeitungsschritten u. a. synthetischer Diesel­ und Ottokraftstoff oder Kerosin erzeugt werden kann. Mit einem neuen Verfahren, der sogenannten Co-­Elektrolyse, ist es möglich, das Synthesegas in einem Prozessschritt herzustellen und die Effizienz des Gesamtverfahrens zu erhöhen. Die ökostrombasierten Energieträger werden auch als Renewable Fuels of Non ­Biological Origin (RFNBO) oder E-Fuels bezeichnet. Im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen sind sie frei von Aromaten (u. a. Benzol), so dass bei der Verbrennung weniger/kein Ruß anfällt. Das ist beispielsweise für den Flugzeugbetrieb relevant, wo die Menge der Rußpartikel die Bildung von klimawirksamen Kondensstreifen bestimmt.

Elektrolyse ist ein technisches Verfahren zur Aufspaltung einer chemischen Verbindung mit Hilfe von Strom. Sie wird beispielsweise zur Gewinnung von Wasserstoff angewendet, indem Wasser (H₂O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) aufgespalten wird. Für die Energiewende, die Transformation der Sektoren Industrie, Verkehr und Energie, ist die Wasserstoffelektrolyse von zentraler Bedeutung, um aus Strom aus erneuerbaren Energien speicherbare grüne Moleküle zu machen. Deutschland will bis 2030 10 Gigawatt Elektrolysekapazitäten aufbauen, EU-weit sollen dann 40 Gigawatt zur Verfügung stehen.

Mit diesem bereits seit den 1920er Jahren bekannten Verfahren können aus Synthesegas – bestehend aus Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffmonoxid (CO) – langkettige Kohlenwasserstoffe, etwa synthetische Kraftstoffe, hergestellt werden. Der für die FT­-Synthese (FTS) benötigte Wasserstoff wird durch die Wasserelektrolyse gewonnen. Das benötigte Kohlenstoffmonoxid wird durch die Reduktion von Kohlenstoffdioxid (CO₂) mit Wasserstoff zu CO und Wasser erzeugt. Die in der FTS gebildeten Kohlenwasserstoffe stehen nach einer weiteren Verarbeitung in der Raffinerie als synthetischer Dieselkraftstoff, als E­-Benzin und E­-Kerosin oder auch als Wachse für die stoffliche Nutzung zur Verfügung.

Das seit dem 01.01.2024 geltende Gebäudeenergiegesetz (GEG) schreibt bei der Erneuerung einer Heizung in einem Bestandsgebäude vor, dass ab 2029 15 Prozent, ab 2035 30 Prozent und ab 2040 60 Prozent erneuerbare Energien genutzt werden müssen, sofern zum Zeitpunkt des Heizungsaustausches noch keine kommunale Wärmeplanung vorliegt. Anderenfalls muss die Nutzung von 65 Prozent erneuerbarer Energie spätestens fünf Jahre nach Beginn der Heizungsmodernisierung erfolgen. Gemeinden mit mehr als 100.000 Einwohnern müssen eine kommunale Wärmeplanung bis 01.07.2026 vorlegen; kleinere Gemeinden haben dafür zwei Jahre länger Zeit. Ab Ende 2044 dürfen keine fossilen Brennstoffe mehr verwendet werden. In Neubauten müssen Heizungen seit dem 01.01.2024 zu mindestens 65 Prozent erneuerbare Energien nutzen.

Das GEG ermöglicht Immobilieneigentümern eine breite Auswahl an Erfüllungsoptionen. Heizöl­ oder Flüssiggaskunden, die auch weiter auf einen speicherbaren Energieträger im eigenen Tank setzen wollen, können den erneuerbaren Anteil an der Wärmeerzeugung z. B. durch den Einbau einer Hybridheizung, bestehend aus einem Heizkessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe und einer Wärmepumpe, einbringen. Ebenso können die Vorgaben mit einem neuen Brennwertgerät und dem Einsatz eines Flüssigbrennstoffes mit einem entsprechenden erneuerbaren Anteil erfüllt werden. Bei Kombination mit einer Solarthermieanlage für Heizung und Warmwasser wird die gewonnene Solarwärme anteilig auf die erforderliche Erneuerbarenquote angerechnet.

Oberbegriff für CO₂-arme und CO₂-neutrale Brenn- und Kraftstoffe wie E-Fuels und Biofuels.

Viele Geräte für flüssige Brennstoffe sind bereits auf erneuerbare Energieträger ausgelegt. Ein spezielles „Green Fuels Ready“­-Label kennzeichnet Heizungsanlagen, Tanks und Komponenten, die bis zu 100 Prozent mit erneuerbaren, treibhausgasneutralen flüssigen Brennstoffen, also auch in Mischungen mit fossilen flüssigen Brennstoffen, betrieben werden können. Es gibt auch bereits Haushalte, die solche Brennstoffe in Demonstrationsanlagen nutzen. Derzeit arbeiten Heizölproduzenten und ­-handel intensiv an einem flächendeckenden Angebot für solche klimaschonenden Heizölqualitäten.

HVO beziehungsweise Hydrotreated Vegetable Oil (hydriertes Pflanzenöl) ist ein paraffinischer, flüssiger Energieträger. Er wird aus biogenen, ölhaltigen Rest- und Abfallstoffen – wie gebrauchten Speiseölen und Fettresten – durch Hydrierung mit Wasserstoff hergestellt. HVO kann sowohl als alternativer Dieselkraftstoff in Fahrzeugen als auch als alternatives Heizöl für die Wärmeerzeugung in Gebäuden genutzt werden. Die chemischen Eigenschaften sind weitgehend identisch mit denen von mineralölbasiertem Heizöl oder Diesel. HVO wird als XTL-Kraftstoff bereits an einigen Tankstellen angeboten, ist aber noch nicht flächendeckend verfügbar.

Weitere Infos dazu gibt es auf www.kraftstoffe.info. Darüber hinaus bieten erste Heizöllieferanten Mischungen von konventionellem Heizöl und HVO an.

Kohlenstoffdioxid oder auch CO₂ ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Es ist geruchlos farblos und nicht brennbar. CO₂ ist ein wesentlicher Bestandteil des weltweiten Kohlenstoffkreislaufs, ein natürlicher Bestandteil der Luft und ein bedeutendes Treibhausgas in der Erdatmosphäre. CO₂ bildet sich im Organismus von Lebewesen als Produkt der Zellatmung, wenn genügend Sauerstoff zugeführt wird. Die Konzentration von CO₂ in der Erdatmosphäre steigt insbesondere durch die Verbrennung fossiler kohlenstoffhaltiger Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas an. Die erhöhte CO₂-Konzentration führt zu einer globalen Erderhitzung, das heißt einem Anstieg der Durchschnittstemperatur in der erdnahen Atmosphäre.

Damit bei der Produktion und Verwendung bis zur Entsorgung kein zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre emittiert wird, braucht es geschlossene Kohlenstoffkreisläufe. Bei der Nutzung von Biomasse schließen die Pflanzen den Kohlenstoffkreislauf, die zuvor das CO₂ aus der Atmosphäre genommen haben. Das Recyclen von Kunststoffen ist eine weitere Option. Eine andere Möglichkeit bietet die Nutzung von CO₂ aus Abgasen oder aus der Luft. Vergleichsweise kurzfristig verfügbar sind Rohstoffe, die auf Biomasse oder Reststoffen basieren. In zahlreichen europäischen Ländern sind bisherige Mineralölraffinerien bereits zu Bioraffinerien umgebaut worden. Bio-­ und reststoffbasierte Strategien werden daher von den meisten Unternehmen als erster Schritt der Transformation priorisiert.

Raffinerien haben eine Kuppelproduktion, das heißt aus Rohöl entsteht durch Destillation sowie in Konver­sionsanlagen stets eine breite Palette flüssiger und gasförmiger Kohlenwasserstoffe, u. a. Benzin, Kerosin und Diesel. Bei der Destillation von hochviskosem (dick­flüssigem) Rohöl in der Raffinerie, also der Verdampfung und der nachfolgenden gestuften Kondensation, entstehen mehrere Teilprodukte, die auch als Fraktionen bezeichnet werden. Zuerst kondensieren dabei die Rohölanteile mit hoher und zuletzt die Anteile mit niedriger Siedetempe­ratur. Das Ergebnis dieser Auftrennung in verschiedene Fraktionen sind brennbare Gase, leichte, mittlere und schwere Destillate und ein bei Umgebungsdruck nicht destillierbarer Rückstand. Die mengenmäßigen Anteile der einzelnen Fraktionen hängen vom eingesetzten Rohöl ab. Durch den Einsatz von Konversionsanlagen kann die Ausbeute an Produkten in gewissen Umfang an die Nach­frage angepasst werden. Zudem besteht darüber hinaus eine gewisse Flexibilität, da z. B. einige Anteile der für die Herstellung von Flugkraftstoffen benötigten Komponenten auch im Dieselkraftstoff eingesetzt werden können. Insgesamt entsteht aber in Raffinerien bei der Rohölver­arbeitung immer ein Mix verschiedener Produkte. Man spricht von Kuppelproduktion aus Haupt-­ und Neben­produkten. Dies wird sich auch nicht grundlegend ändern, wenn zunehmend erneuerbare Einsatzstoffe das fossile Rohöl ersetzen. Wenn beispielsweise mit dem Fischer­-Tropsch­-Verfahren auf Basis erneuerbarer Energien Flugkraftstoff als Hauptprodukt hergestellt werden soll, werden immer auch Nebenprodukte wie z. B. Dieselkraft­stoff hergestellt.

Liquefied Natural Gas oder auch LNG ist verflüssigtes fossiles Erdgas. LNG besteht zum größten Teil, nämlich 98 Prozent – aus Methan, ist farblos und ungiftig, aber hochentzündlich und explosiv. Außerdem ist es ein hochpotentes Treibhausgas. Erdgas wird flüssig, indem es stark runtergekühlt wird auf -161 bis -164 Grad Celsius. Damit verändert sich auch das Volumen. In flüssiger Form nimmt das Erdgas nur rund ein Sechshundertstel des Volumens der gasförmigen Variante ein. Das ist für den Transport von Erdgas mit Tankschiffen von Vorteil, weil damit die an Bord speicherbare Energiemenge deutlich steigt.

Komprimiertes Erdgas wird als CNG (Compressed Natural Gas) bezeichnet. Für die Anwendung in Erdgasfahrzeugen wird das Erdgas unter Druck von bis zu 250 bar in Erdgastanks gepresst, um die speicherbare Energiemenge im Erdgastank und damit die Reichweite zu erhöhen. Das Volumen des Erdgases wird dadurch reduziert, es bleibt aber gasförmig.

Methanol (CH₃OH) ist ein Alkohol, der durch das Methanol-to-Gasoline (MtG)-Verfahren zu einem Kraftstoff aufbereitet werden kann, der die Anforderungen der Norm EN 228 für Ottokraftstoffe kompatibel ist. Ebenso ist mit dem Methanol-to-Jet-Verfahren (MtJ) die Herstellung eines Flugkraftstoffs möglich. Methanol ist außerdem eine wichtige Plattformchemikalie für die chemische Industrie. Daraus entsteht beispielsweise Gefrierschutz-, Enteisungs-, Wasch- und Desinfektionsmittel, aber auch Farbstoffe, Lösungsmittel sowie Kunststoffe und Kunstfasern.

Die industrielle Methanolproduktion erfolgt in drei Schritten: Synthesegasproduktion, Methanolsynthese und Aufreinigung des Rohmethanols. Die Zusammensetzung und Herkunft der Edukte für das Synthesegas können variieren. Der Prozess der Methanolsynthese läuft jedoch im Wesentlichen unverändert ab. Dieser Prozess ist seit über 100 Jahren kommerziell etabliert und beruht heute hauptsächlich auf dem Einsatz fossiler Kohlenwasserstoffe. Doch es gibt inzwischen auch technisch ausgereifte regenerative Produktionsverfahren auf der Basis von Biomasse (Technology Readiness Level (TRL) von 6-9) und regenerativ erzeugtem Strom (TRL 7-9), die sich an der Schwelle zur Industrialisierung und Kommerzialisierung befinden. Grünes Methanol ist ein gefragter, klimaneutraler Grundstoff, der sowohl als Energieträger als auch zur Herstellung vieler Alltagsprodukte in der chemischen Industrie dient.

Bei der Methanolsynthese werden Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff (H₂) mit Hilfe von Katalysatoren (aus Kupfer und Zinkoxid) zu Methanol umgesetzt. Methanol wird bislang großtechnisch aus fossilen Energieträgern wie Erdgas und Kohle gewonnen. Mittels verschiedener chemischer Verfahren (z. B. Dampfreformierung von Erdgas oder Vergasung von Kohle, Erdgas oder Erdöl) wird ein Synthesegas gewonnen, aus dem anschließend in einem katalytischen Prozess Rohmethanol entsteht. Nach einer Reinigung kann dieses weiterverarbeitet werden, z. B. zu Benzin. Das für die Katalyse benötigte Synthesegas kann außer aus fossilen Rohstoffen auch aus alternativen Kohlenstoffquellen wie Biogas, nachwachsenden Rohstoffen/Biomasse, Klärschlamm und CO₂ (aus konzentrierten industriellen Abgasen oder aus der Luft) und grünem Wasserstoff hergestellt werden. Dann entsteht grünes Methanol, das u. a. zu CO₂-neutralen Kraftstoffen verarbeitet werden kann.

Für die Herstellung von MtG-Benzin wird grünes Methanol weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen, so dass ein klimaneutraler, emissionsarmer und hochoktaniger Kraftstoff für Ottomotoren entsteht. Darüber hinaus ist MtG drop-in-fähig, denn es entspricht der Kraftstoffnorm EN 228 für Ottokraftstoffe, so dass es in beliebigen Beimischungsanteilen zu Benzin und auch als Reinkraftstoff ohne technische Änderungen an Fahrzeugen nutzbar ist.

Mit diesem Sammelbegriff werden u. a. Verfahren bezeichnet, die elektrische Energie in chemisch speicherbare Energie umwandeln. So kann regenerativ erzeugter Strom in energiereiche Moleküle wie Wasserstoff, Methan und andere Gase sowie Methanol und andere flüssige Kraft­ und Rohstoffe wie Naphtha (Rohbenzin) gewandelt und gespeichert werden. Das „X“ steht dabei für die Stofffamilie, in die gewandelt wird; z. B. gibt es PtG/Power-to-Gas (gasförmige Stoffe) oder PtL/Power-­to-­Liquid (flüssige Stoffe). Im Luftfahrtkontext z. B. ist damit gemeint, dass regenerativ erzeugter Strom dazu verwendet wird, den Treibstoff Kerosin (E-SAF) zu synthetisieren. Ein Weg führt über die Methanolsynthese und eine anschließende mehrstufige Konversion. Das zweite Verfahren ist die Fischer­-Tropsch­-Synthese (FTS).

Für die Herstellung von strombasierten flüssigen Energieträgern wird grüner/CO₂-neutraler Wasserstoff benötigt. Dieser wird mittels Wasserelektrolyse unter Verwendung von Ökostrom gewonnen. Damit die erforderlichen langkettigen Kohlenwasserstoffmoleküle entstehen, muss noch Kohlenstoffmonoxid (CO) hinzugefügt werden. Dazu wird der Wasserstoff mit CO₂ in einem zweiten Prozessschritt (umgekehrte Wasser-Gas-Shift­-Reaktion) kombiniert. Es entsteht ein aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff bestehendes Synthesegas. Das Synthesegas wird zu synthetischem Methanol (Methanolroute) oder zu synthetischem Rohöl (Fischer-­Tropsch­-Route) umgewandelt, damit daraus in weiteren Verarbeitungsschritten u. a. synthetischer Diesel­ und Ottokraftstoff oder Kerosin erzeugt werden kann. Mit einem neuen Verfahren, der sogenannten Co-­Elektrolyse, ist es möglich, das Synthesegas in einem Prozessschritt herzustellen und die Effizienz des Gesamtverfahrens zu erhöhen. Die ökostrombasierten Energieträger werden auch als Renewable Fuels of Non ­Biological Origin (RFNBO) oder E-Fuels bezeichnet. Im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen sind sie frei von Aromaten (u. a. Benzol), so dass bei der Verbrennung weniger/kein Ruß anfällt. Das ist beispielsweise für den Flugzeugbetrieb relevant, wo die Menge der Rußpartikel die Bildung von klimawirksamen Kondensstreifen bestimmt.

Sustainable Aviation Fuels – kurz SAF – bezeichnet nachhaltige Flugkraftstoffe. Sie gelten als Schlüssel zur Defossilisierung des Luftfahrtsektors. Der alternative Treibstoff ist genormt und erfüllt die gleichen chemischen und technischen Eigenschaften wie konventionelles Kerosin. Daher kann SAF ohne Anpassung der Tankinfrastruktur oder der Flugzeugantriebe zur Reduktion der Treibhausgasemissionen in der Luftfahrt beitragen. Bereits ab 2025 gibt es eine Beimischungsvorgabe der EU für SAF – es werden also zunehmend größere Mengen des klimaschonenden Kerosins gebraucht. Man unterscheidet zwischen unterschiedlichen Rohstoffquellen und Fertigungsverfahren in:

Biogene SAF
Unter dem Begriff biogene SAF, die auch als Biokerosin, Aviation Biofuels oder Bio-SAF bezeichnet werden, wird ein breites Spektrum an unterschiedlichen SAF-Spezifikationen zusammengefasst, die aus öl- und fetthaltiger, stärkehaltiger, zuckerhaltiger und/oder lignocellulosehaltiger (holz- und halmgutartiger) Biomasse erzeugt werden. Darunter fallen Rohstoffe wie Pflanzenöle, Algen, bestimmte Komponenten von Energiepflanzen, gebrauchtes Speisefett, organische Siedlungs- und Industrieabfälle oder Rückstände aus der Land- und Forstwirtschaft. Die Verwendung von Biomasse hat den Vorteil, dass diese sowohl Kohlenstoff als auch Wasserstoff enthält, die für die Herstellung der verschiedenen Produkte genutzt werden können.

Strombasierte SAF/E-SAF
Unter strombasierten SAF sind nachhaltige Flugkraftstoffe zu verstehen, die ausschließlich auf der Basis von Wasser als Quelle für Wasserstoff, CO₂ und Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt werden. Sie werden auch als Power-to-Liquid(PtL)-Kerosin, PtL-Flugkraftstoffe, eKerosin oder eSAF bezeichnet.

Hybride SAF
PBtL-SAF (Power-and-Biomass-to-Liquids) basieren auf der Kombination von biomasse- und strombasierten Herstellungsverfahren. Neben Strom wird eine weitere Kohlenwasserstoffquelle direkt eingesetzt (im Falle von PBtL Biomasse), die bereits einen Teil der Energie enthält, die sich im produzierten Flugkraftstoff wiederfindet.

Um den Hochlauf, insbesondere von E-SAF, weiter zu beschleunigen, hat die sogenannte Arbeitsgruppe SAF-Hochlauf des Arbeitskreises klimaneutrale Luftfahrt ein Maßnahmenpapier erarbeitet. Enthalten sind zehn Maßnahmen, die zur Erreichung der Klimaziele in der Luftfahrt beitragen sollen.

Die Herstellung von Wasserstoff basiert derzeit noch meist auf konventionellen Verfahren, hauptsächlich unter Verwendung von Erdgas als Rohstoff. Experten gehen davon aus, dass die Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom künftig die dominierende Technologie zur Wasserstoffproduktion wird. Unter den unterschiedlichen technischen Ansätzen zur Herstellung ist die Elektrolyse am weitesten fortgeschritten, doch auch hier gibt es verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen technischen Reifegraden – es besteht daher noch Entwicklungsbedarf, um die Effizienz zu steigern und um die Kosten zu senken. Die Elektrolysetechnologie stellt eine große Chance für die Exportwirtschaft dar.

Der Aufbau nationaler Elektrolysekapazitäten unterstützt dabei und ist zugleich ein wichtiger Beitrag zur Versorgungssicherheit. Dennoch dürfte grüner Wasserstoff auf absehbare Zeit ein knappes Gut bleiben, so dass treibhausgasarmer Wasserstoff in verschiedenen Farben zur Überbrückung für den Markthochlauf erforderlich sein wird.

Grüner Wasserstoff
Herstellung per Wasserelektrolyse mit erneuerbaren Energien (Strom aus Wind/Sonne). Nebenprodukt: Sauerstoff

Blauer Wasserstoff
Herstellung per Dampfreformierung z. B. aus Erdgas; anfallendes CO₂ wird zu größtenteils abgetrennt und weiterverwendet oder in geologischen Formationen eingelagert

Türkiser Wasserstoff
Herstellung per Pyrolyse, z. B. aus Erdgas; anfallender fester Kohlenstoff wird als Rohstoff weiterverwendet oder eingelagert

Oranger Wasserstoff
Herstellung per Dampfreformierung von Biomethan oder Elektrolyse mit dem Überschussstrom aus der thermischen Abfallbehandlung

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Das Kürzel XTL steht für „X to Liquid“. Das bedeutet: Ein geeigneter Rohstoff „X“ wird „to Liquid“, also in einen flüssigen Energieträger umgewandelt, der Dieselkraftstoff ersetzen kann. Beim Einsatz klimaschonender Rohstoffe kann das „X“ ein Platzhalter sowohl für zum Beispiel biogene Rest- und Abfallstoffe als auch CO₂ und grünen Wasserstoff sein, aus denen mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren der nach DIN EN 15940 genormte Qualitätskraftstoff XTL hergestellt wird. XTL kann also aus verschiedenen biogenen und synthetischen Rohstoffen zu einem Kraftstoff mit den gleichen physikalisch-chemischen Eigenschaften hergestellt werden. Es ist auch mit fossilen Rohstoffen wie Erdgas technisch möglich, XTL herzustellen, doch leistet der Kraftstoff dann keinen Beitrag zum Klimaschutz. XTL aus nachhaltigen Rohstoffen vermindert als Reinkraftstoff den Treibhausgasausstoß (von der Herstellung bis zur Nutzung im Fahrzeug) im Vergleich zu fossilem Diesel um bis zu 90 Prozent. HVO ist beispielsweise ein paraffinischer Kraftstoff und ist somit ein XtL-Diesel.