Bauhaus Luftfahrt: Synthetisches Kerosin und verflüssigter Wasserstoff: ein Kostenvergleich

Die Luftfahrt hat sich das ambitionierte Ziel gesetzt bis 2050 CO₂-neutral zu fliegen [1], was eine Substitution des fossilen Kerosins durch erneuerbare Kraftstoffe innerhalb von nur 25 Jahren erfordert. Aufgrund der benötigten Mengen dürfte ein erheblicher Anteil der zukünftigen Kraftstofferzeugung auf grünem Wasserstoff aus Solar- und Windenergie basieren. Dieser kann über Power-to-Liquid-Verfahren (PtL) zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder in verflüssigter Form (LH₂) direkt als Kraftstoff eingesetzt werden.

Das Bauhaus Luftfahrt hat die Kraftstoffproduktion an ausgesuchten Standorten in Irland (Wind) und Marokko (Solar) untersucht. Dabei wurde für den Transport an den Frankfurter Flughafen angenommen, dass verfl üssigter Wasserstoff per Schiff und Lkw zum Flughafen befördert wird. Der PtL-Kraftstoff wird am Ort der Wasserstoffproduktion mittels CO₂ aus der Luft (Direct Air Capture, DAC) über einen Fischer-Tropsch-Prozess synthetisiert.

Flüssiger Wasserstoff bietet wichtige Vorteile bezüglich einer skalierbaren Kraftstoffbereitstellung aus Solar- und Windenergie.

Die Prozessmodellierung und die technoökonomische Analyse ergaben deutliche Vorteile für LH₂ gegenüber DAC-PtL von jeweils etwa 30 %, sowohl bezüglich der Energieeffizienz als auch der Bereitstellungskosten, wobei die Kostenabschätzungen mit größeren Unsicherheiten verbunden sind. Eine Lebenszyklusanalyse zeigt, dass beide Pfade die Treibhausgas- Emissionen gegenüber konventionellem Kerosin um mehr als 85 % reduzieren können.

Auf lange Sicht können sowohl LH₂ als auch DAC-PtL die Klimawirkung deutlich reduzieren. In beiden Fällen sind allerdings Anreize für die Markteinführung notwendig, weil die ermittelten Bereitstellungskosten über den aktuellen Kerosinpreisen liegen. In welchem Umfang DAC-PtL oder LH₂ unterstützt werden sollte, verbleibt eine strategisch wichtige Fragestellung für die Luftfahrt.

[1] 41st ICAO Assembly, October 2022: Long-term global aspirational goal of net-zero carbon emissions by 2050.

Schematische Darstellung des LH2- und PtL-Pfades

Zentrale Subsysteme, wie Stromerzeugung und Elektrolyse, finden sich sowohl auf dem LH₂- als auch auf dem PtL-Pfad. Wichtige Unterschiede ergeben sich bezüglich CO₂-Einfang, Kraftstoffsynthese, H₂-Verflüssigung und Transportketten.

Vergleich von LH2 und DAC-PtL bezüglich wichtiger Kenngrößen

Aus dem Pfadvergleich ergibt sich ein robuster Effizienzvorteil für LH₂, der sich auch in einen Kostenvorteil übersetzt. Beide Pfade ermöglichen eine weitgehende Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen.

Zentrale Subsysteme, wie Stromerzeugung und Elektrolyse, finden sich sowohl auf dem LH2- als auch auf dem PtL-Pfad. Wichtige Unterschiede ergeben sich bezüglich CO2-Einfang, Kraftstoffsynthese, H2-Verflüssigung und Transportketten.

Aus dem Pfadvergleich ergibt sich ein robuster Effizienzvorteil für LH2, der sich auch in einen Kostenvorteil übersetzt. Beide Pfade ermöglichen eine weitgehende Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen.

Zentrale Subsysteme, wie Stromerzeugung und Elektrolyse, finden sich sowohl auf dem LH₂- als auch auf dem PtL-Pfad. Wichtige Unterschiede ergeben sich bezüglich CO₂-Einfang, Kraftstoffsynthese, H₂-Verflüssigung und Transportketten.

Aus dem Pfadvergleich ergibt sich ein robuster Effizienzvorteil für LH₂, der sich auch in einen Kostenvorteil übersetzt. Beide Pfade ermöglichen eine weitgehende Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen.