Innovative Idee: So helfen Automotoren, den Klimawandel aufzuhalten
Methan ist nach Kohlendioxid das zweitwichtigste Treibhausgas, das den Klimawandel beeinflusst. Ein MIT-Spin-off hat eine innovative Lösung entwickelt, um Methanemissionen effizient zu nutzen und in umweltfreundliche Kraftstoffe und Chemikalien umzuwandeln. Die Forschenden setzen dafür auf Fahrzeugmotoren.
Automotoren könnten einen wichtigen Beitrag leisten, den Klimawandel zu begrenzen: Sie wandeln Methan in grüne Kraftstoffe und Chemikalien um.
Foto: panthermedia.net / Chris63
Geht es um den Klimawandel, gerät vor allem CO2, Kohlenstoffdioxid, rasch in den Fokus. Das ist gut und richtig, doch man darf sich nicht allein auf dieses eine Treibhausgas beschränken. Denn auch andere beeinflussen den Klimawandel und beschleunigen ihn. Methan ist so ein Beispiel. Diese gasförmige chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Wasserstoff spielt ebenfalls eine bedeutende Rolle. Der Grund: Methan hat über einen Zeitraum von 20 Jahren einen 84-mal stärkeren Effekt auf die Erwärmung als CO2. Gleichzeitig ist Methan als Hauptbestandteil von Erdgas ein wertvoller Brennstoff und Vorläufer für verschiedene, wichtige Chemikalien. Bislang gab es noch keine Idee, wie man das Methan sinnvoll und effizient nutzen könnte, ohne dass es ausschließlich negative Folgen für das Klima aufweist.
Neuartiges Material fängt CO2 bei extremen Temperaturen ein
Genau damit haben sich Forschende am MIT beschäftigt, die das Spin-off Emvolon dafür gegründet haben. Dass es so schwierig ist, Methan zu nutzen, liegt vor allem daran, dass die Quellen – zum Beispiel Deponien, landwirtschaftliche Betriebe, Öl- oder Gasquellen – sehr verteilt sind und dem eine zentralisierte Struktur traditioneller Verarbeitungsanlagen gegenübersteht. Diese Grundproblematik erschwert die effiziente Nutzung von Methanemissionen. „Mit der Umwandlung von Methan können wir zwei Probleme gleichzeitig lösen: Etwa 15 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen stammen aus schwer zu reduzierenden Sektoren, die umweltfreundliche Kraftstoffe benötigen, wie Schiff-, Luftfahrt, Schwerlastkraftwagen und Schienenverkehr. Weitere 15 Prozent der Emissionen stammen aus verteilten Methanemissionen wie Deponien und Ölquellen“, sagt Emmanuel Kasseris, Emvolon-Mitbegründer und CEO.
Automotoren machen aus Methan grüne Kraftstoffe
Emvolon will das Problem mit einem dezentralen Ansatz lösen – und zwar mit umfunktionierten Automotoren. Sie haben den Vorteil, dass sie transportiert und vor Ort eingesetzt werden können, um Methan in flüssige Kraftstoffe wie Methanol und Ammoniak umzuwandeln. Der Einsatz von solchen Motoren hat noch einen weiteren Vorteil: Es handelt sich um ein Massenprodukt, das gut zugänglich ist und dadurch keine weiteren Investitionen in Infrastrukturen erforderlich macht. Auf diese Art und Weise macht Emvolon die Methanumwandlung wirtschaftlich attraktiv.
Die Idee zu diesem innovativen Konzept stammt von Leslie Bromberg, einem Plasmaexperten vom MIT, der sich seit Jahrzehnten mit der Erzeugung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen und Alkoholen beschäftigt sowie mit Motoren, deren Verbrennung er verbessern will. Bromberg gilt zudem als Serienerfinder und hält mehr als 100 Patente. Gemeinsam mit Emmanuel Kasseris, einem ehemaligen MIT-Studenten, entwickelte er die Technologie weiter und gründete schließlich das Unternehmen Emvolon.
So wird aus einem Treibhausgas ein sinnvoller Rohstoff
Das Herzstück des Emvolon-Systems ist ein handelsüblicher Fahrzeugmotor, der mit einem „kraftstoffreichen“ Gemisch betrieben wird. Kraftstoffreich bedeutet, dass es ein höheres Verhältnis von Kraftstoff zu Luft gibt. In dem Motor verbrennt oder oxidiert das Methan teilweise, sodass Wasserstoff und Kohlenmonoxid entstehen. Diese beiden Stoffe dienen wiederum als Bausteine für die Synthese verschiedener Chemikalien. Die eigenständigen Systeme von Emvolon passen in einen 40-Fuß-Seecontainer und können täglich bis zu 8 Tonnen Methanol produzieren. Ein 40 Fuß-Seecontainer ist rund 12 Meter lang, knapp 3,5 Meter breit und hoch. Das Unternehmen konzentriert sich zunächst auf die Herstellung von grünem Methanol, das als idealer Kraftstoff für schwer zu reduzierende Sektoren wie die Schifffahrt und den Schwerlastverkehr gilt. Zukünftig plant das Unternehmen, seine Produktion auf andere Chemikalien und Rohstoffe wie Biomasse und Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen auszuweiten.
Die Skalierbarkeit des Ansatzes konnte Emvolon bereits in einer Demonstrationsanlage in Woburn, Massachusetts, unter Beweis stellen. Eine Kooperation mit dem Unternehmen Montauk Renewables sieht vor, dass Emvolon neben einer texanischen Mülldeponie nun eine kommerzielle Demonstrationsanlage baut. Diese soll zunächst bis zu 56.745 Liter grünes Methanol pro Jahr und später bis zu 94,7 Millionen Liter produzieren. „Unser gesamter Prozess ist so konzipiert, dass er ein sehr realistischer Ansatz für die Energiewende ist“, sagt Kasseris. „Unsere Lösung ist darauf ausgelegt, grüne Kraftstoffe und Chemikalien zu Preisen herzustellen, die die Märkte heute zu zahlen bereit sind, ohne dabei auf Subventionen angewiesen zu sein.“ Durch die modulare und skalierbare Technologie sei es möglich, die Investitionskosten im Vergleich zu traditionellen Chemiefabriken deutlich zu senken.
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