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Kraft aus der Wüste

Um die Klimaschutzziele zu erreichen, brauchen die Industrienationen synthetische Kraft- und Brennstoffe: die Powerfuels. Weltweit gibt es einige Dutzend Pilotprojekte, der nächste Schritt ist die Produktion im großen Stil. Dies bietet sich dort an, wo erneuerbare Energien sehr günstig verfügbar sind. Marokko könnte eines der ersten Lieferländer sein.

„Powerfuels sind der Schlüssel für den Klimaschutz im Luftverkehr.“

Stefan Siegemund, dena-Arbeitsgebietsleiter Nachhaltige Mobilität und alternative Energieträger

Es war still geworden um die Wüstenstrom-Initiative Desertec. Zehn Jahre ist es her, dass ein breites Bündnis von Wirtschaft, Politik und Wissenschaft ankündigte, in Nordafrika riesige Solarkraftwerke zu bauen und damit 15 Prozent des europäischen Strombedarfs decken zu wollen. Wegen technischer, politischer und wirtschaftlicher Herausforderungen blieb die Vision zwar unerfüllt. Aber in Marokko, den Vereinigten Arabischen Emiraten und Israel entstanden einzelne solarthermische Kraftwerke, die zur Energieversorgung in den Ländern selbst beitragen.

Dynamik entwickelt die Sonnenenergie in der Region inzwischen in einer anderen Form. Rapide sinkende Technologiekosten und hervorragende Standortbedingungen machen es möglich, erneuerbaren Strom aus Sonne und Wind für weniger als zwei Cent je Kilowattstunde zu produzieren. Das lässt auch die Vision vom Wüstenstrom neu erwachen. Aber im Unterschied zu den ursprünglichen Planungen könnte er in anderer Form in Europa landen: als Powerfuels. Mit dem günstigen, erneuerbar erzeugten Strom ließe sich vor Ort grüner Wasserstoff herstellen. Der könnte dann direkt genutzt oder mit kohlenstoffhaltigen Gasen wie CO2 zu Methan oder anderen Brenn-, Kraft- und Grundstoffen weiterverarbeitet werden. Zum Transport ließen sich vorhandene Gaspipelines am Meeresgrund nutzen. Oder die Powerfuels würden per Tanker an jeden Ort der Welt verschifft.

Arbeiter montieren einen Spiegel am solarthermischen Kraftwerk in Ouarzazate, Marokko. Foto: Jens Steingräser/KfW (dena-Magazin transition 20)

Marokko rückt in den Fokus

Deutschland möchte solche Demonstrationsprojekte zur Umwandlung von Strom in gasförmige oder flüssige Energieträger stärker unterstützen und so der Energiewende einen wichtigen Impuls geben. Die Hoffnung ist, anstelle von Erdöl und Erdgas später einmal Powerfuels zu importieren, damit das Klima zu schützen, deutsche Technologie einzusetzen und zugleich die wirtschaftliche Perspektive der Exportländer zu verbessern. In den Fokus rücken vor allem das nördliche Afrika und der Mittlere und Nahe Osten.

Als Lieferländer für Deutschland kommen laut einer Studie für das Bundeswirtschaftsministerium zunächst solche in Frage, die einige Vorbedingungen erfüllen: Sie sollten für den Import grünen Wasserstoffs nicht allzu weit entfernt sein, müssten genügend kostengünstige Ökostromanlagen installiert haben oder bauen und über die nötige Transport-Infrastruktur wie Häfen und Gaspipelines verfügen. Besonders wichtig: Sie sollten ein stabiles politisches System vorweisen und gute bilaterale Beziehungen zur Bundesrepublik pflegen. Denn das senkt das Risiko für Investoren und so die Kapitalkosten.

Marokko kann in allen Bereichen punkten: Es gibt ein Freihandelsabkommen mit der EU und seit 2012 eine deutsch-marokkanische Energiepartnerschaft (Parema). Die bundeseigene Förderbank KfW hat mehr als eine Milliarde Euro in den Umbau des Energiesektors des Landes investiert, davon allein gut 800 Millionen Euro für die solarthermischen Kraftwerke Noor I bis IV mit einer installierten Leistung von 580 Megawatt (MW). Im Green Energy Park in Ben Guerir entsteht mit Hilfe des deutschen Fraunhofer-Instituts IMWS eine Pilotanlage zur Wasserstoffproduktion. Als Vorbild dient eine Anlage im Chemiepark Leuna in Sachsen-Anhalt.

Gut 800 Mio.
Euro investierte die KfW in die
solarthermischen Kraftwerke Noor I bis IV in Marokko
Rund 2000000
Tonnen fossil erzeugtes Ammoniak
importiert Marokko derzeit jährlich
Bis 2030
könnte Marokko die gleiche Menge Ammoniak
klimaneutral selbst produzieren
Ca. 3000 MW
Ökostrom sind nötig,
um 1 Mio. Tonnen Ammoniak jährlich klimaneutral zu produzieren.

Laut einer von Parema beauftragten Studie könnte sich das Land zu einem der ersten Exportländer für Powerfuels entwickeln und langfristig zwei bis vier Prozent der weltweiten Nachfrage decken. Ein konkretes Beispiel: Marokko importiert heute jährlich ein bis zwei Millionen Tonnen fossil erzeugtes Ammoniak. Bis 2030 könnte das Land die gleiche Menge klimaneutral selbst produzieren und zusätzlich ein bis zwei Millionen Tonnen exportieren. Um eine Million Tonnen jährlich herstellen zu können, braucht es laut Studie rund 3.000 MW Ökostromleistung.

Schlüssel für den Klimaschutz im Luftverkehr

Ammoniak ist eines von vielen Produkten, die künftig aus erneuerbaren Energien gewonnen werden könnten. Neben diesem wie anderen Grundstoffen für die Industrie ist der Schwerlastverkehr ein zweites, zentrales Einsatzfeld für Powerfuels. Denn der Schwerlastverkehr zu Wasser, an Land und in der Luft wird auch in Zukunft auf kohlenstoffhaltige Kraftstoffe mit einer hoher Energiedichte angewiesen sein. Konkretes Beispiel: Das Gewicht von Flugzeugen, beispielsweise eines Airbus A380, würde sich in etwa verdoppeln, wenn sie batterieelektrisch angetrieben werden sollen. Solche Konstruktionen sind rein physikalisch nicht mehr flugfähig. Nachhaltige Biokraftstoffe helfen hier auch kaum weiter, da sie nur sehr begrenzt verfügbar sind. „Powerfuels sind der Schlüssel für den Klimaschutz im Luftverkehr“, schlussfolgert dena-Arbeitsgebietsleiter Stefan Siegemund. „Sie sollten in den Fokus der internationalen Politik rücken.“

„Für den kommerziellen Durchbruch der Technologie braucht es allerdings nicht nur technische, sondern auch politische Starthilfe.“

Christoph Jugel, Director der Global Alliance Powerfuels

Diese Forderung vertritt auch die Global Alliance Powerfuels, ein Ende 2018 gestarteter branchenübergreifender Zusammenschluss von Unternehmen und Verbänden, moderiert von der dena. „Bereits bei – im Vergleich zu konventionellem Kerosin – hohen Kosten von 2,40 Euro pro Liter für das Powerfuels-Produkt, ließen sich die CO2-Emissionen des Luftverkehrs spürbar senken. Das ist nach unserer Einschätzung schon in naher Zukunft erreichbar und würde die Flugtickets bei moderaten Beimischungen nicht erheblich verteuern“, ist auch dena-Seniorexperte Kilian Crone überzeugt. Erste Projekte zum Aufbau einer Powerfuels-Produktion laufen an. Dazu gehört das deutsche Forschungsprojekt Kerosyn100 für den Luftverkehr am Standort der Raffinerie Heide in Schleswig-Holstein sowie das Projekt des deutschen Unternehmens Sunfire im norwegischen Herøya. Dort sollen im großen Stil flüssige Powerfuels für den Einsatz in verschiedenen Verkehrsträgern hergestellt werden. Weltweit existieren bereits gut 70 Pilotprojekte für die Herstellung strombasierter Brenn- und Kraftstoffe, die meisten davon zwar in Europa und mehr als 30 allein in Deutschland, aber auch in Kanada, den US-Bundesstaaten Kalifornien und Texas sowie in Argentinien.

Potenzielle Lieferländer rund um den Globus

In den meisten Projekten – wie den BMWi-­geförderten „Reallaboren“ – geht es darum, die Technologien vom Pilotmaßstab auf ein großtechnisches Niveau zu skalieren und das Zusammenspiel der Komponenten zu erproben. Deutsche Anlagenbauer und -betreiber sammeln hier aktuell wichtige Erfahrungen und erweitern ihre Prozess- und Technologieexpertise. „Die Skalierung der Produktionskapazitäten ist wichtig, um erste Mengen strombasierter erneuerbarer Energieträger und Rohstoffe in den Markt zu bekommen, die Erzeugungskosten zu senken und den industriepolitischen Vorsprung ausbauen zu können.“, sagt dena­-SeniorexpertinJeannette Uhlig, „ein solider Heimatmarkt ist im weltweiten Wettbewerb unverzichtbar.“

„Die Skalierung der Produktionskapazitäten ist wichtig, um erste Mengen strombasierter erneuerbarer Energieträger und Rohstoffe in den Markt zu bekommen, die Erzeugungskosten zu senken und den industriepolitischen Vorsprung ausbauen zu können.“

Jeannette Uhlig, Seniorexpertin Sektorkopplung

2050 müsste Deutschland voraussichtlich mehr als 80 Prozent des erwarteten Bedarfs importieren, so auch das Ergebnis der dena-Leitstudie Integrierte Energiewende. Der Importbedarf betrüge demnach bis zu 900 Terawattstunden. Ein großer Teil der heutigen Importe fossiler Energien würde dann durch die Einfuhr erneuerbarer Energieträger ersetzt, denn die Anlagen lassen sich dort am wirtschaftlichsten betreiben, wo Ökostrom am günstigsten erzeugt werden kann.

Potenzielle Handelspartner böten sich somit rund um den Globus an, von Norwegen über Nordafrika und den Nahen Osten bis nach Australien, Chile und Kanada. Somit entstünde – ähnlich wie heute mit fossilen Energieträgern – ein globaler Handel zwischen Ländern mit herausragenden Standortbedingungen und solchen mit ambitionierter Klimapolitik. Die Transportkosten fallen bei Powerfuels kaum ins Gewicht, da zumeist bestehende Infrastrukturen für Transport und Speicherung genutzt werden können. Die Verfügbarkeit von Wasser muss jedoch sichergestellt werden, da es sowohl zur Wasserstoff-Produktion als auch zum Betrieb der solar­thermischen Kraftwerke benötigt wird. Meerwasserentsalzungsanlagen helfen dabei, beim Wasserbezug nicht in Konkurrenz zum einheimischen Wasserbedarf zu treten und erhöhen die Produktionskosten nur unmerklich.

Frühzeitig globales Netzwerk aufbauen

Die Bundesregierung hat die Notwendigkeit von Powerfuels-Importen erkannt. Die zuständigen Ministerien wie Wirtschaft, Umwelt und Entwicklung verfolgen schon unterschiedliche Importkonzepte und Projekte zur Beschleunigung der Marktentwicklung. Zentrales Kriterium bei der Partnerwahl ist, dass das jeweilige Land genug Ökostrompotenzial sowohl für den eigenen Bedarf als auch die Wasserstofferzeugung besitzt. Die Powerfuels-Exporte dürfen nicht die heimische Versorgung gefährden oder zu einer verstärkten Nutzung fossiler Kraftwerke oder Kernkraftwerke führen. Denn das CO2-Reduktionspotenzial von Powerfuels hängt stark davon ab, welcher Strommix und welche CO2-Quellen bei der Produktion zum Einsatz kommen.

Globale Allianz empfiehlt internationale Beimischungsquote

„Für den kommerziellen Durchbruch der Technologie braucht es allerdings nicht nur technische, sondern auch politische Starthilfe. Im ersten Schritt die Förderung von Pilotprojekten, aber möglichst bald einen strukturierten Markthochlauf, der eine stabile Nachfrage nach Powerfuels auslöst“, so Christoph Jugel, Director der Global Alliance Powerfuels. Auch die Autoren der Parema-Studie zu Marokko empfehlen zunächst Demonstrationsanlagen im Megawattbereich zu errichten und dann ein staatliches Markteinführungsprogramm aufzulegen.

Um die Produktion weltweit anzukurbeln und den globalen Handel zu stimulieren, sieht die Global Alliance Powerfuels einen wichtigen nächsten Schritt in einer internationalen Beimischungsquote für den Luftverkehr. Mindestens zwei Prozent sollte die Vorgabe sein. Eine solche Quote könnten beispielsweise die Mitgliedstaaten der ICAO, der Zivilluftfahrtorganisation der UN, zeitnah beschließen. Der Markt würde so schneller wachsen und der Liter-Preis aufgrund von Skaleneffekten in der Produktion rasch sinken. 2050 könnte ein Liter des neuen, grünen Kerosins nur noch einen Euro kosten. Die Preise für Flugtickets würden sich entsprechend der Beimischungsquote erhöhen. Bei anfänglich 2,40 und 10 Prozent Beimischung würden sich Ticketpreise um ca. 10 Prozent erhöhen. Grundsätzlich gilt: Je mehr grünes Kerosin international eingesetzt und produziert wird, desto geringer sind die Kosten pro Liter.

Neben der konzertierten Aktion über die ICAO sollten einzelne Staaten und Regionen eigene Anreizprogramme für die Luftfahrtbranche und Kraftstoffproduzenten auflegen. Die Bundesregierung etwa könnte die Einnahmen aus der Erhöhung der Luftverkehrssteuer nicht nur für die Bahn, sondern auch für die Förderung von Powerfuels-Flugkraftstoffen einsetzen.

Nach einer Markteinführung wären Powerfuels zunehmend wettbewerbsfähig mit anderen CO2-Vermeidungstechnologien. Unter einem Preisniveau von 30 Euro pro Tonne CO2 im europäischen Emissionshandel, welcher auch den Luftverkehr erfasst, entstehen jedoch keine Anreize, in Powerfuels zu investieren. Die globale Revolution der flüssigen Energieträger hat begonnen. Es bleibt die spannende Frage: Werden Powerfuels zur dritten Säule der Energiewende?

Quelle Headerbild: shutterstock/Anton Petrus

Welche Rollen spielen Powerfuels in der Energiewende?

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Global Alliance Powerfuels

Die Global Alliance Powerfuels verfolgt das Ziel, einen globalen Markt für strombasierte Kraft- und Brennstoffe aus erneuerbaren Energien aufzubauen. Sie informiert über die Potenziale, gibt Empfehlungen zur Entwicklung geeigneter Rahmenbedingungen und stößt Pilotprojekte an.

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