Grünes Methanol: Wasser aus der Luft statt aus knappen Quellen

Methanol steckt in Kunststoffen, Lacken und zahlreichen weiteren Chemieprodukten und gewinnt zudem als klimafreundlicher Schiffskraftstoff an Bedeutung. Bislang stammt der Rohstoff jedoch meist aus Erdgas oder Kohle. Grüner Wasserstoff und grünes Methanol brauchen für ihre Herstellung Sonne, Wind und Wasser. Ausgerechnet Regionen mit viel Sonne und Wind leiden aber oft unter Wassermangel. Forscher:innen des Forschungszentrums Jülich haben nun untersucht, ob sich dieses Problem lösen lässt, indem Anlagen das benötigte Wasser direkt aus der Luft gewinnen.

Die Studie entstand im Projekt DryHy. Erstautor Henrik Wenzel und sein Team modellierten die komplette Prozesskette für grünes Methanol: erneuerbaren Strom, Elektrolyse, CO₂-Abscheidung, Speicher, Wärmenutzung und Kühlung ohne zusätzlichen Wasserverbrauch.

CO₂ und Wasser aus derselben Quelle

Der Schlüssel liegt in der Technik namens Direct Air Capture (DAC). Ein Filtermaterial bindet CO₂ aus der Umgebungsluft und nimmt dabei automatisch auch Luftfeuchtigkeit auf. Bisher galt dieser Wassereintrag als störender Nebeneffekt. Das Jülicher Team dreht das Prinzip um und nutzt das mitgewonnene Wasser direkt für die Methanolsynthese.

Die Forscher:innen analysierten über 20.000 Regionen in 78 Ländern, die 2050 voraussichtlich unter mittlerem bis hohem Wasserstress stehen werden. In rund 97 Prozent dieser Regionen liefert die Luft im Jahresverlauf genug Wasser für die Produktion. Selbst an den 606 trockensten Standorten lässt sich die Lücke oft schließen, wenn Anlagen bevorzugt in feuchteren Stunden arbeiten und Wasser zwischenspeichern.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Wasserknappheit kein grundsätzliches Ausschlusskriterium für grünes Methanol sein muss“, sagt Jann Weinand, der die Abteilung Integrierte Szenarien der Jülicher Systemanalyse leitet.

Wind und Sonne entscheiden über den Preis

Für die Kosten zählt laut Modell weniger die Luftfeuchte als die Qualität der Wind- und Solarressourcen. Die Systemeffizienz der DAC-Anlagen schwankt je nach Standort zwischen 39 und 49 Prozent, weil Temperatur und Feuchte den Energiebedarf beeinflussen. Für 2050 ermitteln die Forscher:innen Produktionskosten zwischen etwa 537 und über 2.000 Euro pro Tonne Methanol. Deckt man den weltweit erwarteten Bedarf von 500 Millionen Tonnen jährlich aus den günstigsten Regionen, ergeben sich im Schnitt 604 Euro pro Tonne. Damit rückt grünes Methanol an guten Standorten in die Nähe des aktuellen europäischen Vertragspreises von knapp 1.000 Euro pro Tonne. Strenge Wasserrestriktionen verteuern die Produktion an den trockensten und heißesten Standorten um bis zu 80 Euro pro Tonne, während Luftkühlung selbst meist nur geringe Zusatzkosten verursacht.

Folgen für das lokale Klima ungeklärt

Die Studie prüft nicht, wie große Anlagen ihrerseits die lokale Luftfeuchte, Wolkenbildung oder Niederschläge verändern könnten. Thomas Schöb vom FZJ mahnt deshalb zur Vorsicht: „Vor dem Bau sehr großer Anlagen sollte diese Frage standortspezifisch untersucht werden.“ Auch die Annahme einer flexiblen Hochtemperaturelektrolyse gilt als Unsicherheitsfaktor, da häufiges An- und Abschalten die Lebensdauer der Anlagen verkürzen könnte. Zudem beruht die Rechnung auf einheitlichen Annahmen zu Technik und Kosten für alle Regionen, weshalb regionale Unterschiede bei Finanzierung, Arbeitskosten und Infrastruktur nicht vollständig abgebildet sind.

Wenzel ordnet die Ergebnisse ein: „Die Studie zeigt keine fertige Blaupause für jeden Standort.“ Sie zeige aber, unter welchen Bedingungen das Konzept besonders vielversprechend ist und welche technischen sowie ökologischen Fragen als Nächstes zu klären sind.

via Forschungszentrum Jülich