Für die Produktion von grünem Methanol müssen wasserarme Regionen nicht grundsätzlich ausscheiden. Das benötigte CO2 und Prozesswasser lassen sich gemeinsam aus der Umgebungsluft gewinnen. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher des Forschungszentrums Jülich in Nordrhein-Westfalen, das unter anderem zu Energie- und Klimafragen arbeitet. Für die Wirtschaftlichkeit ist nach ihrer Analyse vor allem entscheidend, wie viel Wind- und Solarstrom an einem Standort verfügbar ist.

Methanol dient unter anderem als Ausgangsstoff für Kunststoffe und Lacke und gewinnt zudem als Kraftstoff für die Schifffahrt an Bedeutung. Bislang wird es meist aus Erdgas oder Kohle hergestellt. Eine erneuerbare Produktion benötigt dagegen grünen Wasserstoff, CO2 und Wasser. Gerade Regionen mit guten Wind- und Solarbedingungen leiden jedoch häufig unter Wasserknappheit.

Hier setzt das Forschungsprojekt „DryHy“ der Jülicher Forschenden an. Das Bundesforschungsministerium fördert das Vorhaben mit 16,2 Millionen Euro. Koordiniert wird das Projekt vom Forschungszentrum Jülich. Die nun veröffentlichte Studie bewertet eine Prozesskette, mit der sich erneuerbares Methanol auch unter trockenen Bedingungen herstellen ließe.

Wasser und CO2 aus der Luft

Grundlage des Projektes ist die direkte Luftabscheidung (Direct Air Capture, DAC). Dabei bindet ein Filtermaterial CO2 aus der Umgebungsluft und nimmt zugleich Feuchtigkeit auf. Dieses Wasser soll anschließend gemeinsam mit dem CO2 für die Methanolproduktion genutzt werden. Die Forschenden modellierten dafür die gesamte Prozesskette einschließlich erneuerbarer Stromerzeugung, Elektrolyse, Energiespeichern, Wärmenutzung und einer Kühlung ohne zusätzlichen Wasserverbrauch.

Die Analyse umfasst mehr als 20.000 Regionen in 78 Ländern, die im Jahr 2050 voraussichtlich mindestens mittlerem Wasserstress ausgesetzt sein werden. In rund 97 Prozent dieser Regionen enthält die Luft laut Studie über das Jahr hinweg genug Wasser, um den Bedarf der Produktion vollständig zu decken. Auch an sehr trockenen Standorten sei die Herstellung grundsätzlich möglich, heißt es aus Jülich. Anlagen könnten an diesen Orten bevorzugt in feuchteren Stunden betrieben und Wasser zwischengespeichert werden.

Folgen für das lokale Klima noch offen

Für die Produktionskosten spielt die Luftfeuchtigkeit laut Studie eine geringere Rolle. „Für günstige Produktionskosten ist eine ergiebige und möglichst gleichmäßige Versorgung mit erneuerbarem Strom meist wichtiger als eine hohe Luftfeuchtigkeit“, erklärt Jann Weinand. Laut dem Leiter der Abteilung Integrierte Szenarien der Jülicher Systemanalyse seien Standorte, an denen sich Wind- und Solarstrom gut ergänzen, besonders geeignet.

An günstigen Standorten könnten die Produktionskosten im Jahr 2050 nach den Modellrechnungen bei „einigen 100 Euro je Tonne Methanol“ liegen. An weniger geeigneten Orten können sie ein Mehrfaches erreichen. Das Forschungszentrum verweist zum Vergleich auf einen aktuellen europäischen Vertragspreis von knapp 1.000 Euro je Tonne. Die Autoren betonen allerdings, dass heutige Marktpreise stark schwanken, während ihre Studie künftige Produktionskosten modelliert.

Offen ist zudem, welche Folgen eine großtechnische Entnahme von Wasserdampf aus der Atmosphäre für das lokale Klima haben könnte. Im „DryHy“-Projekt untersuchen die Forschenden deshalb mögliche Auswirkungen auf Luftfeuchtigkeit, Wolkenbildung und Niederschläge. Thomas Schöb, Leiter des Teams Energiesystemtransformation, warnt davor, die Nutzung von Luftfeuchtigkeit grundsätzlich als folgenlos zu betrachten. Vor dem Bau sehr großer Anlagen müsse dies standortspezifisch geprüft werden.

Die Autoren weisen auch auf Grenzen ihrer Untersuchung hin. Es handle sich um eine techno-ökonomische Modellrechnung und nicht um Daten bestehender Methanolfabriken. Unterschiede bei Finanzierung, Arbeitskosten und Infrastruktur sowie mögliche Materialengpässe seien nicht vollständig berücksichtigt. Auch die angenommene flexible Fahrweise der Hochtemperaturelektrolyse müssse sich erst im industriellen Dauerbetrieb bewähren.

Die Studie „Direct air capture enables sustainable methanol production in water-scarce regions“ ist über die Internetseite von Nature Communications abrufbar. (ds)