Sie forschen an Future Fuels – also alternativen Treibstoffen vornehmlich für die Bereiche Wärme, Strom und Verkehr. Was soll an Future Fuels anders sein als an den bisherigen Treibstoffen?
Die wichtigsten Forderungen an Future Fuels: Sie sollen regenerativ, CO2-neutral und schadstoffarm nutzbar sein. Und sie dürfen hinsichtlich ihrer Ressourcen nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelherstellung stehen – gerade bei Biomasse als Grundstoff ist das ein nicht zu vernachlässigender Aspekt. Als Nebeneffekt bringen synthetische Kraftstoffe, wie Future Fuels es sind, natürlich auch mehr Versorgungssicherheit, weil sie uns hierzulande weniger abhängig von den Bezugsländern klassischer fossiler Brennstoffe machen.
Welches Potenzial haben Future Fuels im Energiemix der Gegenwart und der Zukunft?
Potenzial haben sie – aufgrund ihrer Energiedichte – überall da, wo schwere Lasten bewegt werd en müssen. Das betrifft vor allem den Flugverkehr, den Schiffsverkehr und den Schwerlastverkehr auf der Straße. Nicht ganz vergessen dürfen wir auch die Raumfahrt. Ansonsten liegt das Potenzial der Future Fuels auch in der Nutzung in Gasturbinen für die schadstoffarme Stromerzeugung – oder als chemische Energiespeicher im Smart Grid der Zukunft.
Wird es irgendwann die klassischen Fossilen gar nicht mehr geben und werden sie vollständig von Future Fuels abgelöst?
Die klassischen Fossilen zu ersetzen sollte ganz klar das Ziel sein. Wobei Future Fuels auch kein Allheilmittel für jeden Einsatzzweck sind: Bei kleinen Fahrzeugen beispielsweise kann ein Stromantrieb oder die Brennstoffzelle sinnvoller sein. Das Schöne an Future Fuels ist aber, dass wir sie in gewissen Grenzen für den jeweiligen Einsatzzweck optimieren können.
Können Sie etwas genauer sagen, was Ihre Forschungsfelder diesbezüglich sind?
Unsere primären Fragestellungen lauten: Wie kann ich einen Brennstoff designen, der für eine ganz bestimmte Anwendung optimal ist? Wie kann ich aber auch das entsprechende Verbrennungssystem so gestalten, dass das Future Fuel möglichst emissionsarm genutzt werden kann?
Bis zu welchem Grad kann man sich beim Design von Future Fuels auf Simulationen und Modellierungen verlassen und wann muss man experimentieren?
Das ist eine sehr gute Frage, denn beides geht Hand in Hand. Die Simulation ist ein sehr nützliches Werkzeug – aber wir müssen auf der anderen Seite auch experimentieren, um unsere Simulationsmodelle zu validieren. Der Vorteil an einer Simulation ist, dass ich ihr Details entnehmen kann, die so fein sind, dass ich sie oft mit Messinstrumenten gar nicht erfassen könnte. Zugleich ist die Simulation im Bereich Verbrennung aber auch extrem kompliziert – denn Sie haben hier Wechselwirkungen zwischen der Chemie des Fuels und turbulenter Strömung. Das lässt sich nun mal schlechter simulieren als die Umströmung eines Propellers einer Windkraftanlage. Wir haben hier in den Simulationen teilweise Gleichungen zu lösen, die einen Supercomputer mehrere Wochen lang beschäftigen.
Zur Erzeugung von Future Fuels muss Energie eingesetzt werden. Rechnen sich Future Fuels trotzdem?
Unbedingt. Natürlich arbeiten wir daran, dass der Wirkungsgrad entlang der gesamten Kette so hoch wie möglich ist. Aber letztlich ist für uns entscheidend, dass die Bilanz positiv ist. Das ist schon dann der Fall, wenn ich für die Herstellung Strom nutze, der sonst ungenutzt abgeriegelt worden wäre. Davon abgesehen geht es bei Future Fuels ja nicht nur um die reine Energiebilanz, sondern auch um Fragen der langfristigen Versorgungssicherheit mit Treibstoffen. Und angesichts der Erderwärmung durch CO2 ist der Schwenk auf Future Fuels im Grunde alternativlos.
Müssen sich die Future Fuels den Turbinen »anpassen« oder umgekehrt? Brauchen wir künftig etwa neue Arten von Motoren oder Turbinen?
Wenn man es richtig machen will, muss man beide Seiten betrachten. Grundsätzlich gibt es bei Turbinen fast immer die Möglichkeit, sie für einen bestimmten Brennstoff zu optimieren – und umgekehrt. Wir streben immer eine Co-Optimierung an, ohne bei der Brennstoff- und Lastflexibilität zu viele Kompromisse zu machen.
Was sind die bisher wichtigsten Forschungsergebnisse oder Vorhaben?
Zwei persönliche Highlights des Instituts benenne ich gerne – zum einen die Entwicklung eines Brenners mit flammenloser Oxidation (auch unter dem Namen FLOX bekannt). Hier ist uns in Zusammenarbeit mit Partnern in der Industrie ein Brennkammerdesign gelungen, das außerordentlich flexibel in Bezug auf Brennstoffe ist und mit Future Fuels gut zurechtkommt. Einsatzmöglichkeiten wären in erster Linie stationäre Gasturbinen für die Stromerzeugung.
Ebenfalls in bester Erinnerung bei mir und unserem ganzen Team: 2017 haben wir unsere erste Messkampagne mit einem echten Airbus gemacht. Hier haben wir eines der Triebwerke ausschließlich mit einem synthetischen Treibstoff betankt. Ein kleineres Flugzeug flog hinterher, um die Emissionen zu messen. Die Auswertung läuft zurzeit noch, wir sind aber jetzt schon sehr zuversichtlich, dass wir mit dem von uns eingesetzten Treibstoff die Emissionen nachhaltig vermindern können. Das war ein unglaublich komplexer Forschungsversuch, der uns alle viel Arbeit gekostet, aber auch spannende Erkenntnisse gebracht hat.
Wie ist das Interesse seitens der Industrie an Ihrer Forschung?
Groß! Es gibt inzwischen einen eigenen Arbeitskreis in der Luftfahrtbranche mit dem Namen aireg (Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany e. V.), der die Herstellung und Nutzung alternativer Flugkraftstoffe forcieren möchte und fordert, dass bis 2025 Biokraftstoffe zehn Prozent des hierzulande getankten Kerosins ausmachen. Neben uns sind große Player wie Airbus, Deutsche Lufthansa oder Deutsche Post DHL dabei. Das zeigt uns, dass das Thema relevant und aktuell ist – und es sorgt für einen intensiven fachlichen Austausch. Auch haben wir im Bereich der Future Fuels zahlreiche fruchtbare Industriepartnerschaften, unter anderem mit EnBW, Bosch und Shell-Luftfahrt.
Sind Sie mit den Rahmenbedingungen für die Forschung an Energiethemen in Deutschland zufrieden?
Ja und nein. Die technische und personelle Ausstattung des DLR ist sehr gut. Trotzdem hätte ich eine Forderung an die Politik: Wenn wir wirklich aus ganzheitlicher Sicht saubere Energie wollen, brauchen wir mehr Technologieneutralität. Mir scheint es so, als wenn die Politik oft voreilig und einseitig bestimmte Themen in den Fokus stellt – derzeit beispielsweise die Elektromobilität. Das genügt aber nicht. Wenn wir CO2 reduzieren wollen, brauchen wir einen gleichberechtigten Mix der verschiedensten Maßnahmen und Technologien. Dafür brauchen wir eine technologieoffene Förderlandschaft, die von den Grundlagen bis hin zur technischen Anwendung reicht.
Was muss Ihrer Meinung nach aus technischer Sicht noch geschehen, damit die Energiewende gelingt?
Auch hier gilt: Das ist ein Mix aus ganz vielen verschiedenen Teilen! Wir brauchen chemische Energiespeicher zur Stabilisierung der Stromnetze. Die Future Fuels müssen Teil der Sektorkopplung werden. Insgesamt müssen wir in allen Bereichen die Effizienz steigern. Sicherlich gibt es auch noch Herausforderungen im Bereich der Herstellungsverfahren, gerade wenn wir über die Skalierung vom Labormaßstab bis hin zur großtechnischen Industrieanlage reden. Sie sehen, die Energiewende ist ein komplexes Thema. Wir haben inzwischen schon sehr viele Puzzleteile, aber wir müssen sie noch richtig zusammensetzen.
Das Interview führte Jochen Reinecke
Prof. Dr. Uwe Riedel leitet seit November 2008 die Abteilung Chemische Kinetik beim Institut für Verbrennungstechnik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart. Er ist seitdem auch Professor für Kinetik der Verbrennung in der Luft- und Raumfahrt an der Universität Stuttgart.
