Forschungspapier über Biokraftstoff aus Algen

Words: 2287
Topic: Ökologie

Abstrakt

Der erste Abschnitt des Papiers befasst sich mit dem Hintergrund oder dem historischen Kontext von aus Algen gewonnenen Kraftstoffen für die Luftfahrt. Es wurde festgestellt, dass die Technologie relativ neu ist. Mehrere Luftfahrtunternehmen haben Tests durchgeführt, aber keine Flotte wird mit diesem Treibstoff betrieben. Nach einem Überblick über die Entwicklungen in diesem Sektor wurden die Vorteile und Grenzen der Kraftstoffquelle ermittelt.

Zu den Vorteilen gehören geringe Treibhausgasemissionen, Ähnlichkeit mit herkömmlichem Düsenkraftstoff und keine Konkurrenz zu Lebensmitteln. Zu den Einschränkungen zählen die schlechte Vermarktung, fehlende Anreize und die hohen Kosten.

Danach wurden einige Empfehlungen ausgesprochen, wie diese Technologie lebensfähig gemacht werden kann. Dazu gehörten die Zusammenarbeit zwischen dem privaten und dem öffentlichen Sektor, die Verbesserung des Produktionsprozesses, staatliche Investitionen, die Sensibilisierung der Massen und die Mobilisierung der Akteure für die Normung.

Einführung

Die Besorgnis über den Umfang der Treibhausgasemissionen macht eine Umstellung auf nachhaltigere Kraftstoffe erforderlich. Aus Algen gewonnene Düsenkraftstoffe wurden als mögliche Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen. Die meisten Hersteller befinden sich jedoch noch in der Forschungsphase des Produktlebenszyklus. Es ist daher notwendig, die vergangenen und gegenwärtigen Trends zu analysieren, um zukünftige Möglichkeiten zu ermitteln.

Methodik

Die Studie umfasste Sekundärforschung, bei der Zeitschriften, Bücher und Zeitungsberichte zu diesem Thema gesammelt wurden. Bei dieser Analyse wurde unter anderem die Notwendigkeit der Verwendung des Kraftstoffs ermittelt. Außerdem wurde eine historische Analyse der Entwicklung dieses Kraftstoffs in der Luftfahrtindustrie vorgenommen.

Danach wurden einige Artikel über die derzeitige Verwendung des Brennstoffs in verschiedenen Branchen gesammelt. Die Nachteile und Vorteile des Brennstoffs wurden untersucht. Schließlich wurde eine Analyse der Ergebnisse durchgeführt, um eine Prognose über künftige Entwicklungen zu erstellen.

Fundstücke

Die Luftfahrtindustrie ist eine der größten Verschmutzungsquellen der Welt. Statistiken zeigen, dass auf fünfzig Einheiten Treibhausgas, die auf der Erde erzeugt werden, eine Einheit aus dem Luftfahrtsektor stammt. Diese Zahl könnte sich im nächsten halben Jahrhundert auf 1,5 Einheiten erhöhen. Folglich sind nachhaltige und wirksame Methoden zur Bewältigung dieses großen Kohlenstoff-Fußabdrucks erforderlich.

Zahlreiche Wissenschaftler haben bereits mit einer Vielzahl von Innovationen auf diesen Bedarf reagiert. Einige von ihnen haben die Verwendung von Biodiesel vorgeschlagen, der jedoch aufgrund seiner Neigung, sich bei Kälte zu verfestigen, nicht haltbar ist (Shirvani et al. 2011). Andere haben die Verwendung von FT SPK vorgeschlagen, bei der feste Biomasse durch ein als Pyrolyse bekanntes Verfahren zur Ölgewinnung verwendet wird.

Das Produkt wird dann in die synthetische paraffinische Form von Kerosin umgewandelt, die in Flugzeugen verwendet wird. Das Hauptproblem bei diesem Ansatz ist, dass er sehr ressourcenaufwändig ist. Die Unternehmen haben auch die Möglichkeit, Algenöl zu verwenden, um synthetisches Kerosin durch einen Prozess der Wasseraufbereitung herzustellen (Agricultural Research and Cooperative Extension 2012). Der letztgenannte Ansatz steht im Mittelpunkt dieses Papiers.

Aus Algen gewonnene Kraftstoffe haben in den späten 2000er Jahren an Popularität gewonnen. Die meisten Forschungen dazu begannen jedoch in den 1990er Jahren. Im Jahr 2008 gründeten mehrere Luftfahrtunternehmen wie Boeing, Virgin Atlantic und Air New Zealand die Algal Biomass Organization. Im Januar 2009 testete die Fluggesellschaft Continental Airlines das erste Verkehrsflugzeug, das mit einer Mischung aus aus Algen gewonnenen Kraftstoffen betrieben wurde.

Damals wurde eine 50-50-Kombination aus konventionellem Treibstoff und Algen-Biokraftstoff verwendet (Kyriakos 2012). Im Juli 2010 wurde das erste Flugzeug, das zu 100 % mit aus Algen gewonnenem Biokraftstoff betrieben wurde, vom Airbus-Hersteller EADS geflogen. Die Demonstration fand in Berlin und dann in England statt. Es wurde festgestellt, dass der Treibstoff effizienter ist als herkömmlicher. Im Vergleich zu einem aus Erdöl gewonnenen Treibstoff wurde etwa fünfzig Prozent weniger Treibstoff benötigt.

Auch die unerwünschten Emissionen wurden drastisch reduziert. Das Unternehmen schätzte, dass konventionell angetriebene Flugzeuge achtmal so viele Treibhausgase produzieren. Im September 2010 arbeitete die Exelon Corporation an einer neuen Methode der Algenproduktion, die auch bei kalten Temperaturen aufrechterhalten werden kann.

Im Juni 2011 testete Honeywell, das sich auf die Herstellung von Düsentreibstoff aus Algen spezialisiert hat, ein Gulftstream-Flugzeug mit einer Mischung aus Algen- und Benzintreibstoff im gleichen Verhältnis. Das Flugzeug gehörte dem US-Militär und zeigte damit, dass diese Regierung Vertrauen in die Möglichkeiten des Treibstoffs hat. Auch die US-Marine hat zum ersten Mal einen Hubschrauber mit einer Mischung aus Algen-Biokraftstoff angetrieben.

Berichten zufolge war das Flugzeug genauso effizient wie ein konventionell angetriebenes Flugzeug (Goldenberg 2010|). Im Oktober hat eine Organisation namens Pond Biofeuls Inc. einen Weg gefunden, Algen aus Zementwerk-Emissionen zu züchten. Allerdings waren die Mengen noch sehr gering.

Im November 2011 flog ein weiteres Flugzeug von einer Stadt in den USA (Houston) in eine andere – Chicago – ab. Im ersten Monat des Jahres 2012 entdeckte eine Organisation namens VG Energy eine neue Methode zur Produktion von Algen, die die Menge des produzierten Öls um 700 % steigern könnte.

Der vielversprechendste Aspekt der aus Algen gewonnenen Biokraftstoffe ist ihre Umweltverträglichkeit. Luftfahrtunternehmen, die Nachhaltigkeitsverbänden angehören, müssen oft bestimmte Kriterien erfüllen, bevor sie einen Kraftstoff als Alternative einsetzen. Die Quelle des Kraftstoffs sollte keinen Druck auf die Lebensmittelproduktion ausüben.

Öle, die aus Mais oder anderen Nahrungsmitteln gewonnen werden, gelten als nicht nachhaltig, weil sie zu einer Konkurrenz zwischen Menschen führen, die das Saatgut für die Ernährung benötigen, und denen, die daraus Treibstoff herstellen wollen (Scott et al. 2010). Aus Algen gewonnene Kraftstoffe stellen keine Bedrohung für die Nahrungsmittelproduktion dar, da der Mensch keine Algen isst. Abgesehen von der Konkurrenz um Nahrungsmittel sollte die pflanzliche Quelle des Biokraftstoffs keine landwirtschaftlichen Flächen beanspruchen.

Wenn eine Pflanze auf die gleiche Weise angebaut werden muss wie andere Nahrungspflanzen, kann sie viel Land verbrauchen und die Anwohner zur Abholzung von Wäldern veranlassen. Auch hier gilt, dass aus Algen gewonnene Biokraftstoffe diese Eigenschaft nicht haben, da sie nicht auf dem Land angebaut werden. Die meisten von ihnen können in salzhaltigem oder sogar verschmutztem Wasser angebaut werden, und dennoch können sie bis zu zweihundert Prozent mehr Öl liefern als Sojabohnen.

Daher werden sie nicht zum Raubbau an natürlichen Ressourcen wie Wäldern oder Wasser führen. Und schließlich sollten nachhaltige Kraftstoffe nicht zu hohen Kohlenstoffemissionen in der Luft führen.

Der Kohlenstoff-Lebenszyklus des Produkts muss die Treibhausgase in der Atmosphäre reduzieren, sonst wäre der Kraftstoff nicht umweltfreundlich. Diese Eigenschaft trifft auf die Kraftstoffe aus Algen zu; sie minimieren die Verfügbarkeit von Treibhausgasen um 50 % (MIT 2012).

Damit ein Stoff als nachhaltiger Kraftstoff verwendet werden kann, muss er bestimmte chemische Eigenschaften aufweisen, die ihn für diesen Zweck geeignet machen. Die chemische Zusammensetzung des Produkts sollte es ermöglichen, es mit normalem Treibstoff zu mischen und zu verwenden. Flugzeugtreibstoff sollte eine hohe Toleranz gegenüber extrem heißem und kaltem Wetter aufweisen; dies gilt auch für aus Algen gewonnene Treibstoffe.

Diese Anforderung bedeutet, dass Alternativen aus der Automobilindustrie nicht für die Luftfahrt geeignet sind. Die aus Algen gewonnenen Kraftstoffe entsprechen eindeutig dieser Beschreibung. Die nachhaltigen Kraftstoffe müssen auch herkömmlichen Düsenkraftstoffen ähneln, um die Notwendigkeit einer Anpassung der Triebwerke zu minimieren, was eine weitere Eigenschaft des untersuchten Kraftstoffs ist.

Trotz dieser Tests, selbst bei kommerziellen Fluggesellschaften, sind die meisten Unternehmen noch nicht bereit, aus Algen gewonnenen Biokraftstoff als zuverlässige Kraftstoffquelle zu betrachten. Tatsächlich arbeiten die meisten Forschungseinrichtungen immer noch an Möglichkeiten, die Algen in großem Maßstab zu produzieren. Die meisten Organisationen, die sich mit dieser Technologie befassen, gehören zu Bildungs- oder Forschungseinrichtungen.

Die Universität von London und Cambridge sind einige der vielen Institutionen, die an nachhaltigen Mechanismen zur Algenproduktion forschen. Daher ist die Zuverlässigkeit des Kraftstoffs noch fraglich.

Um die Technologie effektiv nutzen zu können, müssen die Luftfahrtunternehmen Anreize für die Verwendung eines alternativen Kraftstoffs in Anspruch nehmen. Derzeit haben einige Regierungen ihren Luftfahrtunternehmen einen Aufschub gewährt, indem sie Anreize geschaffen haben. In den Vereinigten Staaten hat die Regierung ein Gesetz verabschiedet, das es Luftfahrtunternehmen ermöglicht, alternative Kraftstoffe, einschließlich aus Algen gewonnener, zu fairen Preisen zu kaufen.

Diese Vorteile werden den Mitgliedern der Renewable Fuel Standard-Gruppe gewährt. Mehrere andere Länder verfügen jedoch nicht über solche Anreize, was die Erprobung von Algenkraftstoffen erschwert (Hartman 2008).

Auch die Art der Geschäftstätigkeit schränkt die kommerzielle Nutzung dieses Kraftstoffs ein. Die Verwendung von Biokraftstoffen in Flugzeugen ist teuer, weil man pro verbrauchter Kraftstoffeinheit mehr bezahlen muss. Diese hohen Preise haben die Nachfrage nach diesem Produkt gedämpft. Investoren wiederum haben das Produkt gemieden, weil es als risikoreiches Unterfangen angesehen wird.

Außerdem neigen viele Investoren dazu, von einer Technologie, die sich noch im Anfangsstadium der Entdeckung befindet, Abstand zu nehmen, bis sie sich durchgesetzt hat. Staatliche Stellen können sich einschalten und Anreize für die Nutzung des Produkts bieten. Da jedoch nur ein kleiner Teil dieser Subventionen und Abzüge in der Luftfahrt existiert, kann die Einführung der Technologie lange dauern (Yang et al. 2010).

Diskussion

Die Politik wird bei der Einführung und Nutzung von aus Algen gewonnenen Biokraftstoffen eine große Rolle spielen. Das internationale Geschäftsumfeld ist für die Verwendung dieser Kraftstoffe nicht geeignet, es sei denn, die Regierungen greifen ein und ändern die Art und Weise, wie die Dinge gehandhabt werden. Die Regierungen können mit anderen nachhaltig orientierten Ländern zusammenarbeiten, um Standards für die Verwendung von aus Algen gewonnenen Kraftstoffen zu schaffen.

Die Europäische Union hat bereits damit begonnen, an diesem Aspekt zu arbeiten. Andere Länder, darunter Australien, müssen diesem Beispiel folgen, sonst wird die Einführung der Technologie weiterhin zu lange dauern. Außerdem können die Regierungen Anreize für die Verwendung dieser Kraftstoffe schaffen, was mehr Unternehmen dazu bewegen würde, sie zu nutzen. Die Regierungen haben es auch in der Hand, in diese neue Technologie zu investieren.

Sie können Unternehmen unterstützen, die mit Demonstrationsanlagen beginnen wollen. Die Regierungen sollten so weit wie möglich versuchen, aus Algen gewonnene Biokraftstoffe wie andere im Landverkehr verwendete Kraftstoffe zu behandeln.

Das würde bedeuten, dass das Produkt ernst genommen wird. Die Menschen würden darin investieren und es somit entwickeln. In der jetzigen Situation betrachten die Menschen die Technologie immer noch als eine Reserve für wohlhabende Luftfahrtunternehmen, die besonders viel Geld zur Verfügung haben (Greenwell 2010).

Herkömmlicher Düsenkraftstoff wird von Unternehmen bezogen, die über gut etablierte Produktionsanlagen verfügen. Da diese Unternehmen schon so lange in der Branche tätig sind, nutzen sie häufig Größenvorteile und machen ihre Produkte so erschwinglich. Außerdem sind sie für Luftfahrtunternehmen leicht zugänglich, da sie über ein ausgedehntes Vertriebsnetz verfügen.

Dies gilt jedoch nicht für aus Algen gewonnene Produkte. Nur wenige Unternehmen verfügen über große Produktionsanlagen, die einen Anstieg der Nachfrage bewältigen können. Außerdem verfügen diese Unternehmen nicht über ein ausgedehntes Vertriebsnetz, so dass es für die Kunden schwierig ist, sich auf ihre schnelle Reaktion zu verlassen, wenn sie Kraftstoff benötigen.

Um die derzeitige Nachfrage nach herkömmlichen Düsenkraftstoffen zu decken, müssten die Unternehmen bis zu 15 Milliarden Dollar in die neue Technologie investieren. Dies ist natürlich eine große Summe, und nur wenige Unternehmen sind bereit, ein solches Engagement einzugehen. Es gibt nur wenige Partnerschaften zwischen der Regierung und dem öffentlichen Sektor, was bedeutet, dass nicht alle Möglichkeiten für die Entwicklung dieser Technologie ausgeschöpft werden (Teixera 2012).

Schlussfolgerung

Aus Algen gewonnene Flugzeugtreibstoffe sind sehr vielversprechend, da sie eine Antwort auf die meisten Probleme bieten, die durch andere aus Biomasse gewonnene Produkte entstehen. Algen stellen nicht nur keine Bedrohung für die Ernährungssicherheit oder die Landressourcen dar, sondern lassen sich auch problemlos mit herkömmlichen Kraftstoffen mischen, so dass vor der Verwendung keine Flugzeugteile ausgetauscht werden müssen.

Das Hauptproblem bei diesem Kraftstoff ist jedoch, dass er sich noch im Anfangsstadium der Entwicklung befindet. Kein Unternehmen verfügt über ein Vertriebsnetz, das die kommerzielle Produktion unterstützen könnte. Es gibt nur wenige staatliche Anreize, um Investitionen in diese Technologie zu fördern.

Außerdem arbeiten die Beteiligten nicht zusammen und teilen keine Ressourcen, um die Entwicklung noch vielversprechender zu machen. Solange diese Mängel nicht behoben werden, bleiben die Aussichten für die Kommerzialisierung von aus Algen gewonnenen Düsenkraftstoffen gering.

Empfehlungen

Der erste Ansatz, den die Unternehmen verfolgen müssen, ist Forschung und Entwicklung. Es sollte mehr getan werden, um die Kommerzialisierung des Kraftstoffs zu gewährleisten. Die Unternehmen haben bereits effektive Quellen für Algenrohstoffe entdeckt. Jetzt müssen sie am Raffinationsprozess arbeiten, um ihn in großem Maßstab zu nutzen.

Da es sich bei aus Algen gewonnenen Kraftstoffen um neue Technologien handelt, sollten die Regierungen versuchen, die Risiken bei Investitionen in diesem Sektor durch die Zusammenarbeit zwischen dem öffentlichen und dem privaten Sektor zu verringern. Es müssen Anreize geschaffen werden, um die Fluggesellschaften zur Nutzung des Produkts zu bewegen. Investitionen und Kooperationen sollten erfolgen, um die Schaffung eines klaren Netzwerks zu fördern.

Die Länder sollten andere Nationen mobilisieren und sie davon überzeugen, sich den Algen-Nachhaltigkeitsgruppen anzuschließen. Dies würde sie veranlassen, sich zu bestimmten Standards zu verpflichten und so den Sektor zu entwickeln. Schließlich sollten die Interessengruppen über die Bedeutung von aus Algen gewonnenen Düsenkraftstoffen aufgeklärt werden. Wenn sie die bahnbrechenden Vorteile dieser Technologie verstehen, können sie sich an ihrer Entwicklung beteiligen.

Referenzen

Agricultural Research and Cooperative Extension 2012, ‘Renewable and alternative energy fact sheet’, Pennsylvania State College of Agricultural Science, 7. März, S. 15-22.

Goldenberg, S. 2010, “Algen sollen das Problem des Pentagons mit Flugzeugtreibstoff lösen”, The Guardian, 13. Februar, S. 8.

Greenwell, M 2010, ‘Placing microalgae on the biofuels priority list: A review of the technological challenges”, Interface, Bd. 7 Nr. 46, S. 703-726.

Hartman, E 2008, “Eine vielversprechende Ölalternative: Algenenergie”, The Washington Post, 6. Januar, S. 5.

Kyriakos, M 2012, “Hohe Biokraftstoffbeimischungen im Luftverkehr”, Amtsblatt der Europäischen Union, Nr. S111, S. 5.

MIT 2012, Technical report: near term feasibility of alternative jet fuels, RAND, Massachusetts.

Scott, S, Davey, M, Dennis, J, Howe, C, Horst, I, Smith, A, Lea-Smith, D 2010, ‘Biodiesel from Algae: challenges and prospects’, Current Opinions in Biotechnology, vol. 21 no. 3, pp 277-286.

Shirvani, T, Yan, X, Inderwildi, O, Edwards, P & King, D 2011, ‘Life cycle energy and greenhouse gas analysis for algae-derived biodiesel’, Energy and Environmental Science, vol. 4 no. 10, pp 377.

Teixera, R 2012, ‘Energy efficient extraction of fuel and chemical feed stocks from algae’, Green Chemistry, vol. 14 no.2, pp. 419-427.

Yang, J, Ming, X, Zhang, X, Qiang, H, Sommerfeld, M & Chen, Y 2010, ‘Life cycle analysis on biodiesel production from microalgae’, Bioresources Technology, vol. 10, pp 1016.