Supergreen lautet die Aufschrift auf der Fähre Stena Germanica, die Kiel in Schleswig-Holstein mit dem schwedischen Göteborg verbindet. Besonders grün ist die Reise dort laut der Reederei Stena Line, weil das Schiff als Treibstoff auch Methanol nutzt: "Durch den Einsatz von Methanol werden kaum noch Schwefel und Rußpartikeln ausgestoßen und auch die Emission von Stickstoffoxiden ist deutlich geringer", so Stena Line.

Doch bis zur wirklich grünen Fährschifffahrt ist es noch  weit. Das Methanol, das bisher lediglich einen der vier Motoren auf der Stena Germanica antreibt, reduziert zwar die Luftverschmutzung, es kommt bislang aber aus fossilen Quellen. Langfristig soll das fossile daher durch grünes Methanol ersetzt werden.

Die Internationale Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) hat kürzlich einen  Bericht über die Produktion von erneuerbarem Methanol veröffentlicht. Fossiles Methanol wird schon heute in vielfältiger Weise als Treibstoff eingesetzt, etwa als Beimischung zu Benzin oder für industrielle Motoren. Teilweise wird Methanol auch direkt in Pkw, Lkw und Bussen als Treibstoff genutzt. Doch weit wichtiger ist die Rolle von Methanol als Grundstoff für die chemische Industrie, die etwa zwei Drittel der weltweiten Methanolproduktion verbraucht.

Methanolproduktion heute überwiegend Erdgas

Bislang wird Methanol überwiegend aus Erdgas hergestellt, ein geringerer Teil stammt aus der besonders klimaschädlichen Kohlevergasung. Diese wird vor allem in China genutzt, das wenig eigene Erdgasquellen hat. In beiden Fällen entstehen sowohl bei der Produktion, bei einer späteren Nutzung und - im Fall von chemischen Produkten - bei der Entsorgung Kohlendioxid-Emissionen.

Um grünes oder erneuerbares Methanol herzustellen gibt es dabei grundsätzlich zwei Möglichkeiten. Es kann entweder aus Biomasse hergestellt oder mit Hilfe von Ökostrom synthetisiert werden.

Biomethanol ist heute in geringem Maße verfügbar, allerdings macht es weniger als ein Prozent der weltweiten Methanolproduktion aus. Zur Herstellung gibt es mehrere Optionen, so kann es entweder aus Biogas hergestellt werden – die Produktion ist dann nahezu identisch mit der aus Erdgas – oder es können Biomasse oder Restmüll in einem Vergasungsprozess zu Methanol umgewandelt werden.

Ein Spezialfall ist, Methanol als Nebenprodukt bei der Papierherstellung zu gewinnen. Eine Anlage im schwedischen Södra mit einer derartige Technik ging  letztes Jahr in Betrieb. Würde dieses Verfahren an allen Papierfabriken weltweit eingesetzt, könnte damit etwas mehr als ein Prozent des heutigen Methanolbedarfs pro Jahr gedeckt werden, schätzt IRENA.

Potential bei Biomasse ist begrenzt

Methanol aus Biomasse-Quellen wird absehbar nicht in der Lage sein, den gesamten Methanolbedarf zu decken. Die Menge an Biomasse, die ökologisch verantwortungsvoll genutzt werden kann, ist begrenzt und konkurriert bekanntlich mit Nahrungsmittelproduktion und zahlreichen anderen Optionen.

IRENA sieht daher die größte Zukunft bei E-Methanol, das mit Hilfe erneuerbaren Stroms synthetisiert wird. Dazu gibt es eine Reihe von Pilotprojekten. Benötigt werden für E-Methanol Wasserstoff und Kohlendioxid. Methanol aus diesen zwei Gasen zu gewinnen, ist eine etablierte Technologie und könnte mit geringen Anpassungen auch für E-Methanol eingesetzt werden. Relevant ist vor allem die Frage, woher Wasserstoff und Kohlendioxid kommen.

Bei der Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe von Elektrolyse tut sich zur Zeit viel, in Deutschland sollen mehrere Gigawatt an Kapazitäten entstehen. Die E-Methanolproduktion dürfte von absehbaren technischen Fortschritten und Preissenkungen bei Elektrolyseuren profitieren.

Woher kommt der Kohlenstoff?

Die schwierigste Frage ist aber die nach der Herkunft des Kohlenstoffs. Man könnte dazu Kohlendioxid aus bestehenden Industrieanlagen oder Kraftwerken abscheiden, es wäre dann eine Form von Carbon Capture and Use (CCU). Doch das Kohlendioxid stammt hier in aller Regel aus fossilen Quellen. Von einer erneuerbaren Methanolproduktion kann man dann nicht mehr sprechen. Zwar werden die Emissionen gewissermaßen doppelt genutzt, am Ende aber wird weiter CO2 frei.

IRENA-Experte Dolf Gielen räumte daher bei der Vorstellung des Berichts ein: "Wir sehen eine Rolle für Carbon Capture and Use aus fossilen Quellen, aber nur als eine Übergangslösung." Das ist auch insofern logisch, als in einer klimaneutralen Welt fossile Quellen nicht mehr genutzt werden dürfen, um nicht neues CO2 in die Luft einzutragen.

Die Alternative zum fossilen CO2 wäre, das Gas entweder aus Biomasse-Kraftwerken zu gewinnen oder perspektivisch Direct Air Capture (DAC) zu nutzen, also die Filterung von Kohlendioxid aus der Luft. Das ist, wenn genügend erneuerbarer Strom verfügbar ist, zwar praktisch nahezu unbegrenzt möglich, ist aber auch die teuerste und energieintensivste Technik.

Eine mögliche Option sieht die IRENA darin, die Gewinnung von Biomethanol und E-Methanol zu kombinieren. Denn bei der Gewinnung von Methanol aus Biomasse entsteht ebenfalls Kohlendioxid. Würde man dieses abfangen und mit aus Elektrolyse gewonnenem Wasserstoff in den Prozess zurückspeisen, ließe sich der nahezu gesamte in der Biomasse enthaltene Kohlenstoff zu Methanol verarbeiten.

Bisher setzen viele der geplanten Pilotprojekte für E-Methanol auf Kohlendioxid aus fossilen Quellen. Welches Dilemma sich daraus ergibt, zeigt ein Forschungsprojekt namens FreSMe (From residual Steel gases to Methanol), das von der EU gefördert wird. An dem Projekt ist auch die oben erwähnte Reederei Stena Line beteiligt. Aus FreSMe sollen die ersten Chargen erneuerbaren Methanols für die Fährgesellschaft kommen.

Methanolgewinnung in Konflikt mit anderen Dekarbonisierungsprojekten

Beim FreSMe-Projekt wird Kohlendioxid und Wasserstoff aus den Restgasen eines mit Kohle betriebenen Stahl-Hochofens im schwedischen Luleå genutzt. Das CO2 würde in die Atmosphäre entweichen, insofern trägt das Projekt durchaus dazu bei, die Emissionen des Stahlwerks zu senken. Doch langfristig ist klar, dass auch die Stahlproduktion auf klimaneutrale Verfahren umzustellen und die CO2-Emissionen gänzlich zu vermeiden sind.

Der Stahlkonzern SSAB, der das Werk in Luleå betreibt, hat das auch längst vor. SSAB hat zusammen mit anderen Firmen das Projekt Hybrit gestartet, bei dem der Stahl weitgehend ohne Kohle erzeugt und die Hochöfen mit Wasserstoff betrieben werden. Die erste Anlage hierfür entsteht gerade ebenfalls in Luleå.

Daraus ergibt sich mittelfristig ein Konflikt zwischen diesen beiden Ansätzen: Während in einem Pilotprojekt die Kohlendioxid-Emissionen aus Stahlwerken für die Methanolproduktion weitergenutzt werden sollen, will das andere Projekt genau diese Emissionen verhindern. Die E-Methanolproduktion mit fossilem CO2 könnte so sogar dazu führen, einen Anreiz zu schaffen, andere Industrien nicht zu dekarbonisieren.

Viel erneuernbarer Strom nötig

Neben der Herausforderung, klimaneutral Kohlendioxid zu gewinnen, ist klar, dass für E-Methanol große Mengen an Ökostrom benötigt werden. Die IRENA schätzt, dass im Jahr 2050 allein für die Produktion des notwendigen Wasserstoffs jährlich 2,4 Petawattstunden Elektrizität benötigt werden. Zum Vergleich: Das ist etwa ein Zehntel der heutigen weltweiten Stromproduktion. Dazu kommt noch der Stromverbrauch für die eigentliche Methanol-Produktion sowie für die Gewinnung des Kohlendioxids. Der hängt allerdings stark davon ab, wie groß der mittels aufwendiger Direct Air Capture gewonnene Anteil ist.

IRENA geht bei ihren Prognosen allerdings von einem stark wachsenden Markt für Methanol aus. Insgesamt soll sich demnach der Methanolverbrauch bis 2050 verfünffachen. Dieser hohe Zuwachs überraschte bei der Vorstellung des Berichts sogar einen Vertreter der Branche, die davon am meisten profitieren würde. Philip de Smedt vom Verband der Europäischen Chemischen Industrie (CEFIC) bezweifelte, dass es zu einem so großen Wachstum kommen wird.

Wie viel erneuerbares Methanol in Zukunft benötigt wird, hängt vor allem davon ab, ob damit in erster Linie nur der Verbrauch in der Chemie ersetzt wird oder ob es sich in großem Maßstab als sauberer Treibstoff durchsetzt. Trotz Projekten wie dem von Stena Line gibt es Zweifel, ob Methanol etwa für den Schiffsverkehr die beste Option ist.

Laut Randall Krantz von der Getting to Zero Coalition, einer Industrieinitiative für klimafreundliche Schifffahrt, sehen viele in der Branche eher erneuerbar produziertes Ammoniak als effizienteste Treibstoffalternative. Ammoniak hat den Vorteil, dass es keinen Kohlenstoff enthält und damit für eine grüne Ammoniakproduktion kein Kohlendioxid aufgetrieben werden muss.

Supergreen ist das Fährschiff Stena Germanica für die Reederei schon, wenn nur einer der vier Motoren mit Methanol fährt. Das Schiff ist inzwischen aber auch für eine Nutzung von Landstrom ausgerüstet. (Copyright: StenaLine)