Erdöl ist, trotz aller Bemühungen das zu ändern, immer noch der wichtigste Rohstoff für unseren Energiehunger. Davon abgesehen, dass die Vorräte endlich sind, wissen wir aber inzwischen alle: So geht’s nicht weiter. Die Verbrennung des Erdöls (und der daraus hergestellten Produkte) setzt zu große Mengen CO2 frei. Welche Alternativen haben wir? Wir wollen uns einmal genauer anschauen, was sich auf dem Gebiet der Kraftstoffe machen lässt.

 

 

Fülle die Lücken aus. Achtung: nicht alle zur Auswahl stehenden Begriffe sollen auch wirklich eingesetzt werden!

E-Fuels, synthetische Treibstoffe, Erdöl, Benzin, Versteinerungen, Energiedichte, Tankstellen, Wirkungsgrad, Strom, Lithium, Wasserstoff, Sauerstoff

Die Verbrennung von fossilen Treibstoffen auf Basis von

erzeugt große Mengen an CO₂-Emissionen. Wir müssen also Alternativen zu

Diesel und Kerosin finden. Eine ist das E-Auto, das mit einem Lithium-Ionen-Akku fährt und mit

als Energieträger beladen werden muss. Interessant ist der elektrische Antrieb vor allem wegen des hohen

Das heißt, dass ein großer Teil der Energie auch tatsächlich in den Antrieb des Fahrzeuges geht – im Falle des E-Auto-Antriebes sind das 70 bis 80 %. Nachteile gibt es allerdings auch: Die

im Akku ist vergleichsweise gering. Er nimmt also viel Raum oder Gewicht ein, um die benötigte Energiemenge bereitzustellen. Deshalb ist diese Art des Antriebs nicht für Verkehrsmittel geeignet, die viel Energie für den Antrieb benötigen. Eine weitere Antriebsmöglichkeit sind Brennstoffzellen, die Energie aus der Verbrennung von

gewinnen, oder synthetische Kraftstoffe, auch

genannt. Neben einer deutlich höheren Energiedichte als der Lithium-Ionen-Akku haben synthetische Kraftstoffe außerdem den Vorteil, dass sie die bestehende

Für welche Verkehrsmittel ist – nach dem vorhergehenden Text – die Verwendung synthetischer Kraftstoffe am sinnvollsten? (Mehrfachauswahl)

 

Der Griff in die Luft?

Woher kommen die Rohstoffe für den synthetischen Kraftstoff? Es hört sich eigentlich ganz einfach an: Für die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen benötigt man lediglich Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Mit diesen Edukten in der Mischung CO:H 2:1 wird der synthetische Kraftstoff hergestellt.

 

Wie nennt man dieses Gasgemisch? Wähle aus:

Als Kohlenstoffquelle kann Kohlendioxid aus der Luft benutzt werden. Wie man dieses aus der Luft „herausbekommt“, ist eine eigene Wochenfrage wert. An dieser Stelle würde es etwas zu weit führen.

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?

Mit welchem Verfahren lässt sich Wasserstoff nachhaltig gewinnen?

Wie lauten die Reaktionsgleichungen der Teilschritte? (Hoch- oder Tiefstellungen dürft ihr "normal" schreiben)
Reduktion:

Oxidation:

Nun haben wir also unsere Ausgangsstoffe. Wasserstoff aus Wasser, Kohlenmonoxid aus Kohlendioxid aus der Luft, wo wir sowieso zu viel davon haben. Klingt gut für Umwelt und Klima. Alleine das genügt aber nicht.

Was ist die Voraussetzung dafür, dass die Herstellung synthetischen Kraftstoffe wirklich klimaneutral ist?

 

Die Synthese des Kraftstoffs: Ein bisschen Kohlenstoff-Chemie

Unser mühsam hergestelltes Gasgemisch verwenden wir nun, um mit der Fischer-Tropsch-Synthese Verbindungen mit der allgemeinen Summenformel C_nH_2n+2 herzustellen.

Die allgemeine Reaktionsgleichung lautet: 2n H² + n CO → CnH_2n+2 + n H₂O

 

Wie nennt man Kohlenwasserstoffe mit dieser Summenformel?

Je nach Anzahl der C-Atome „n“ haben die obigen Verbindungen unterschiedliche Eigenschaften. Je mehr C-Atome in der Verbindung desto

Im Erdöl liegt ein Gemisch dieser Verbindungen vor. Stellt man Kraftstoffe aus Erdöl her, geht man den umgekehrten Weg und trennt diese voneinander. Was wir nachher Benzin, Diesel oder Kerosin nennen, unterscheidet sich letztendlich in der Zusammensetzung dieser Verbindungen.

Ordne zu: Siedebereich: 30 – 215 °C, oben gesuchte Verbindung mit 5-11 C-Atomen

Siedebereich: 140 – 460 °C, oben gesuchte Verbindung mit 9-25 C-Atomen

Siedebereich: 200 – 300 °C, oben gesuchte Verbindung und andere*) 9-17 C-Atome

 

Die gefürchtete Rechenaufgabe

Wie wir zu Beginn schon erwähnt haben, ist die Verwendung synthetischer Treibstoffe wegen ihrer hohen Energiedichte interessant. Sie entspricht denen der fossilen Treibstoffe: Die Energiedichte von Kerosin ist im Vergleich zu gängigen Lithium-Batterien, wesentlich höher: Kerosin: ca. 9,4 kWh/l oder 11,9 kWh/kg, Li-Batterien: ca. 0,5 kWh/l oder 0,2 kWh/kg

 

Laut Lufthansa benötigt ein Flugzeug im Durchschnitt 4,18 l Kerosin für 100 km pro Passagier. Bei einem Inlandsflug von Hamburg nach München (ca. 650 km) verbraucht ein Flugzeug mit 200 Passagieren wieviel Liter Treibstoff (Kerosin)?

Welche Masse an Lithium-Batterien wäre erforderlich, um diese Menge an Kerosin zu ersetzen?

Wieviel Energie würde unter Berücksichtigung der Energiedichte von Kerosin und des Wirkungsgrads bei der Herstellung des Treibstoffs von 40 % benötigt, um diese Menge Treibstoff herzustellen?

Um diese relativ große Energiemenge bereitzustellen, muss viel erneuerbarer Strom erzeugt werden. Eine Solaranlage erzeugt in Deutschland im Jahr durchschnittlich etwa 150 kWh/m². Welche Fläche an Solaranlagen wäre erforderlich, um den in einer Stunde Flugzeit verbrauchten Treibstoff in der gleichen Zeit herzustellen?