Neuer Syntheseweg wandelt Zellulose effektiv in Hochleistungs-Kraftstoff um Flugzeug-Treibstoff aus Pflanzenabfällen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Flugzeug-Treibstoff aus Pflanzenabfällen

Neuer Syntheseweg wandelt Zellulose effektiv in Hochleistungs-Kraftstoff um

FLugzeug-Betankung
Bisher tanken Flugzeuge meist Kerosin. Doch ein neuer Biosprit aus Pflanzenresten könnte bald auch wirtschaftlich konkurrenzfähig werden. © Chalabala/ iStock)

Biosprit fürs Flugzeug: Forscher haben einen Syntheseweg entwickelt, der Hochleistungs-Treibstoff für Flugzeuge aus Pflanzenabfällen erzeugt – aus Stroh, Maisstängeln oder Sägemehl. Aus der Zellulose dieser Reststoffe entsteht dabei ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, das sich als Flugzeug-Kraftstoff oder Kerosinzusatz eignet. Der Clou: Dieser Biosprit hat eine höhere Energiedichte als Kerosin und könnte damit auch wirtschaftlich lohnend sein.

Nahezu alle kommerziellen Flugzeuge nutzen heute Kerosin als Kraftstoff – einen fossilen Brennstoff, der als wenig klima- und umweltfreundlich gilt. Neben einem Umstieg auf Elektroantriebe in der Luftfahrt könnten auch Biokraftstoffe dies ändern. Schon jetzt testen mehrere Airlines die Beimischung von Biokerosin zum normalen Flugzeugtreibstoff. Zwar erzeugen auch diese sogenannten Drop-In-Kraftstoffe beim Verbrennen Treibhausgas. Werden sie aber aus Pflanzenmaterial hergestellt, kann ihre Nettobilanz CO2-neutral sein.

Hochleistungs-Kraftstoff statt Kerosin

Das Problem jedoch: Bisher ist Biokerosin zwei bis dreimal teurer als normales Flugbenzin und daher nicht sonderlich wirtschaftlich. Forscher versuchen deshalb, günstigere Synthesewege für Biokerosin zu finden. Doch es gäbe noch einen anderen Weg – die Produktion von Bio-Flugbenzin mit einer höheren Energiedichte als normales Kerosin. Solche Hochleistungskraftstoffe werden bisher vor allem von Militärs-Jets genutzt, weil sie für die meisten Airlines zu teuer sind.

Doch wenn man diese hochdichten Kraftstoffe günstig aus Pflanzenmaterial herstellen könnte, würde man billiger und gleichzeitig umweltfreundlicher fliegen. „Der Einsatz von hochdichtem Flugzeug-Kraftstoff kann die Reichweite und Nutzlast eines Flugzeugs erheblich erhöhen, ohne dass dafür größere Tanks benötigt werden“, erklärt Ning Li vom Dalian Institut für chemische Physik in China. „Bisher allerdings fehlt ein Syntheseweg für diese Polycycloalkane aus Zellulose.“

Aus Zellulose wird Kraftstoff

Jetzt haben Li und sein Team einen solchen Syntheseweg entwickelt. Er ermöglicht es, das für diese Kraftstoffe typische Gemisch ringförmiger Kohlenwasserstoffe aus Pflanzenabfällen wie Stroh, Maisstängeln oder Sägemehl herzustellen. Im ersten Schritt wird dafür die Zellulose aus den Pflanzenresten herausgelöst und mithilfe von Dichlormethan in die Verbindung 2,5-Hexanedion umgewandelt. Diese Reaktion liefert bei normalem Druck und Temperatur eine mehr als 70-prozentige Ausbeute dieses Kohlenwasserssoff, wie die Forscher erklären.

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Im nächsten Schritt wird das 2,5-Hexanedion durch wiederholte Reaktion mit Wasserstoff zu längeren Ketten aus den ringförmigen Kohlenwasserstoffen zusammengefügt. Mithilfe verschiedener Katalysatoren entstehen so schließlich Polycycloalkane mit zwölf und 18 Kohlenstoffatomen. „Unseres Wissens nach ist dies der erste Bericht über die Synthese von Polycycloalkanen aus 2,5-Hexanedion und Wasserstoff“, sagen Li und sein Team.

Auch wirtschaftlich lohnend

Das resultierende Kohlenwasserstoff-Gemisch sei als hochdichter Flugzeug-Kraftstoff bestens geeignet, so die Forscher. Gleichzeitig könnte es auch als Zusatz zu herkömmlichem Kerosin eingesetzt werden, um dessen Energiedichte zu erhöhen und die Umweltbilanz zu verbessern. „Unser Biokraftstoff kann die CO2-Emissionen der Luftfahrt senken, weil er aus Biomasse entsteht und eine höhere Energiedichte als konventionelles Kerosin besitzt“, sagt Li.

Nach Angaben der Wissenschaftler könnte sich die Produktion von Bio-Flugbenzin nach diesem Muster auch wirtschaftlich lohnen. Denn wegen der günstigen Ausgangsstoffe, nur wenigen Reaktionsschritten und geringen Energiekosten, sei die Produktion sogar günstiger als bei herkömmlichem Hochleistungs-Treibstoff. Das könnte diesen Biokraftstoff konkurrenzfähig machen.

Ersatz fürs giftige Lösungsmittel gesucht

Allerdings gibt es ein großes Manko: Noch benötigt man für die effektive Umwandlung der Zellulose das giftige und umweltschädliche Lösungsmittel Dichlormethan. „Wir wollen deshalb nun nach einem nachhaltigen und umweltfreundlichen Lösungsmittel suchen, das das Dichlormethan bei der Hydrogenolyse der Zellulose ersetzen kann“, sagen die Forscher. Sollte dies gelingen, könnte es in Zukunft möglicherweise neue, konkurrenzfähigere Biotreibstoffe auch für die Luftfahrt geben. (Joule, 2019; doi: 10.1016/j.joule.2019.02.005)

Quelle: Cell Press

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