E-Fuel: Wie eine Schweizerin Autos und Flugzeuge dekarbonisieren will
Millionen von Verbrennungsmotoren, die Maschinen, Fahrzeuge und Flugzeuge antreiben, werden noch Jahrzehnte im Einsatz bleiben. Anstatt sie zu ersetzen, entwickelt eine Schweizer Chemieingenieurin eine umweltfreundlichere Alternative: einen synthetischen, direkt einsetzbaren «Drop-In»-Kraftstoff, der mit bestehenden Motoren und der vorhandenen Infrastruktur kompatibel ist.
In ihrem labyrinthartigen Labor in der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf surrt ein Netz aus Rohren und massgeschneiderten Modulen vor sich hin, während Alessia Cesarini den Prototyp einer E-Fuel-Anlage vorführt, an dessen Bau sie zwei Jahre lang gearbeitet hat.
Ihr Ziel ist es, daraus ein Unternehmen aufzubauen, das eine praktikable Alternative zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen anbieten kann.
«Es sind noch viele Systeme mit Verbrennungsmotoren im Einsatz, und die Idee ist, eine lokal produzierte und weniger umweltschädliche Lösung anzubieten», erklärt sie.
Der Verkehrssektor ist für 47% der energiebezogenen CO₂-Emissionen der Schweiz verantwortlich, Externer Linkweltweit sind es 25%. Eine Schweizer Studie geht davon ausExterner Link, dass bis 2040 noch rund zwei Millionen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auf den Strassen des Landes unterwegs sein werden. Weltweit fahren bis dahin nach Einschätzung von BloombergExterner Link noch 55% der Autos mit Verbrennungsmotoren. Auch in Sektoren, in denen eine Emissionsminderung besonders schwierig ist, wie beispielsweise in der Luftfahrt, wird die langfristige Dekarbonisierung massgeblich von der Nutzung erneuerbarer Kraftstoffe abhängen.
Cesarinis Ansatz ist einfach: «Das Ziel ist eine Lösung, die mit bestehenden Fahrzeugen und der vorhandenen Infrastruktur funktioniert – und sowohl ökologisch als auch ökonomisch nachhaltig ist», sagt sie.
Die Forschung im Bereich der synthetischen Kraftstoffe entwickelt sich rasant, insbesondere in China, den USA und Europa. Das International E-Fuels-Observatory 2025 Externer Linklistet mehr als 120 Grossprojekte in 28 Ländern auf. Die Entwicklung befindet sich jedoch weiterhin in einem frühen Stadium und ist stark konzentriert, wobei ein deutlicher Wandel von konzeptionellen Arbeiten hin zu industriellen Pilotprojekten erkennbar ist.
Die Schweiz positioniert sich als führender Forschungsstandort, der CO₂, grünen Wasserstoff und innovative Chemie kombiniert, um kohlenstoffarme Kraftstoffe herzustellen. Cesarinis Arbeit zielt auf eine einzigartige Nische ab, indem sie sich zunächst auf «Drop-in»-Benzin unter Verwendung energieeffizienter Katalysatoren konzentriert, bevor sie später auch den Luftfahrtsektor einbezieht. Viele ihrer Kolleg:innen erforschen direkt Flugkraftstoffe oder arbeiten an «Sun-to-Liquid»-Solarverfahren.
Kohlenwasserstoffe wie Lego zusammenbauen
Im Labor hält Cesarini zwei Kolben mit gelblicher Flüssigkeit hoch.
«Können Sie den Unterschied erkennen?», fragt sie. Von beiden geht der unverwechselbare, stechende Geruch aus. Doch der eine Kolben enthält reguläres 95-Oktan-Benzin, der andere dessen synthetische Variante.
Kern ihrer Innovation ist ein chemisches Verfahren namens Oligomerisierung, bei dem Ethylen- oder Propylenmoleküle in einen flüssigen Kraftstoff umgewandelt werden, der herkömmlichem Benzin sehr ähnlich ist. Ein weiterer Vorteil ihres Verfahrens ist die Möglichkeit, die Produktion auf Kerosinverbindungen auszuweiten, die zukünftig in Flugzeugen eingesetzt werden könnten.
In folgendem Video erklärt die Chemieingenieurin Alessia Cesarini, wie ihr synthetischer Kraftstoff hergestellt wird:
Der Kreislauf beginnt damit, dass Kohlendioxid (CO₂) aus der Biosphäre oder der Atmosphäre entfernt und in Alkohole wie Methanol oder Ethanol umgewandelt wird. Anschliessend wird diesen Flüssigkeiten durch ein bekanntes Verfahren, die Dehydratisierung, Wasser entzogen, wodurch sie in Ethylen und Propylen umgewandelt werden.
Diese Gase werden dann in einen Reaktor geleitet, wo ein Katalysator die Moleküle aufspaltet und zu längeren Kohlenwasserstoffen neu verbindet. So entsteht ein synthetischer Kraftstoff, der direkt in Autos, Flugzeugen oder anderen Maschinen verwendet werden kann.
«Der Katalysator ist ein Schlüsselelement, um den Prozess effizient zu gestalten und den Energieverbrauch niedrig zu halten», erklärt Cesarini.
«Wir beginnen mit sehr kleinen Molekülen, die man mit kleinen Lego-Bausteinen vergleichen kann. Beim Bauen mit Lego wollen wir mit den kleinen Steinen ein Bauwerk mit einer bestimmten Form errichten. Bei der Treibstoffherstellung ist es nicht anders. Wir haben die kleinen Moleküle, die wir zu einer gezielten Mischung längerer Moleküle kombinieren. Und diese Kombination wird vom Katalysator präzise durchgeführt.»
Geheimer Katalysator
Der Katalysator ist eine spezielle Zutat, deren genaue Zusammensetzung geheim bleibt. Cesarini möchte dazu nicht viel mehr sagen, als dass er sich von anderen Katalysatoren unterscheidet und die Bausteine zu einem sofort einsatzbereiten Kraftstoff mit vordefinierten Eigenschaften verbindet.
«Das ist ein enormer Wettbewerbsvorteil», sagt sie. Unabhängige Tests haben gezeigt, dass ihr synthetischer Kraftstoff bereits eine Forschungsoktanzahl (RON) von 95 erreicht, ein wichtiger Richtwert für normales bleifreies Benzin. Erste Schätzungen deuten darauf hin, dass der synthetische Kraftstoff preislich mit fossilem Benzin konkurrieren könnte, sobald er im industriellen Massstab produziert wird.
«Man muss keine teuren Umrüstungen vornehmen. Man kann einfach den fossilen Brennstoff ersetzen, und der Motor läuft wie vorgesehen», erklärt sie.
Die Empa bezeichnet den Kraftstoff als klimafreundlich, genaue Emissionsdaten stehen jedoch noch aus.
«Generell lassen sich die Emissionen je nach Emissionsquelle theoretisch um bis zu 100% reduzieren», sagt Cesarini. «Realistischerweise werden es eher 90-95% sein.»
Der führende deutsche Kraftstoffforscher Jörg Sauer Externer Linkbezeichnet Cesarinis Projekt als «äusserst relevant». Während sich die jüngste Forschung zur Oligomerisierung auf nachhaltige Flugkraftstoffe konzentriert habe, «werden benzinhaltige Verbindungen langfristig notwendig bleiben», erklärt er gegenüber Swissinfo.
Sauer, der Leiter des Instituts für Katalyseforschung und -technologie am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), betont jedoch, dass die Einhaltung strenger Qualitätsstandards unerlässlich sein werde.
Strategie: Zuerst die Forstwirtschaft
Cesarini begann ihre Forschung zu synthetischen Kraftstoffen an der ETH Zürich mit Projekten zu nachhaltigen Chemikalien und Kraftstoffen für die Luftfahrt. Strenge globale Zertifizierungsvorschriften, deren Umsetzung oft mehr als ein Jahrzehnt dauern kann, veranlassten sie jedoch zu einem strategischen Kurswechsel: Zunächst soll ein Kraftstoff für den Strassenverkehr bereitgestellt werden, wo die Zulassung schneller erfolgt und auf nationaler Ebene geregelt ist.
Gleich den Gang entlang von ihrem Labor ist ein grösserer Testprototyp in Betrieb, der in der Lage ist, rund 10’000 Liter synthetischen Kraftstoff pro Jahr zu produzieren.
Mit einem Empa-Entrepreneur-Fellowship baut die Forscherin aus dem Tessin ihr Projekt nun aus und gründet ein Start-up.
«Aus meiner Promotion ist offenbar ein Unternehmen geworden», sagt sie lächelnd. «Es ist, als würde man eine neue Sprache lernen.»
Zunächst wird der nachhaltige Kraftstoff im Forstsektor erprobt, wo geringere Mengen und eine kontrollierte Nutzung die Markttests erleichtern. Im nächsten Schritt soll die Produktion auf eine Million Liter jährlich gesteigert werden, bevor die Belieferung der Industrie angestrebt wird.
Die «unbekannten Unbekannten»
Die Produktion so auszuweiten, dass der neue Kraftstoff auf den Markt gebracht werden kann, stellt eine grosse Herausforderung dar, räumen die Forscher:innen der Empa ein.
«Bei einer solchen Grössenordnung können viele Probleme auftreten, an die man vorher nicht gedacht hat. Man spricht dann immer von den ‹unbekannten Unbekannten›», sagt Nathalie CasasExterner Link, Leiterin der Abteilung Energie, Mobilität und Umwelt der Empa.
Sauer stimmt dem zu und fordert eine enge Integration des nächsten Pilotprojekts in einen klar definierten Produktionsprozess mit präzisen Einsatzstoffen und angestrebten chemischen Endprodukten, damit die Betriebsbedingungen direkt mit der Produktqualität in Relation gesetzt werden können.
Eine industrielle Produktion wird zudem erhebliche Investitionen erfordern – möglicherweise in Höhe von mehreren zehn Millionen Franken. Cesarinis Start-up-Projekt wird jedoch von der Nutzung bestehender industrieller Reaktordesigns profitieren.
«Es gibt weltweit viele Investoren, die bereit sind, Kapital für solche umweltfreundlichen Technologien bereitzustellen. Aber die Welt verändert sich, und die Rahmenbedingungen werden immer schwieriger», räumt Casas ein.
Sie sieht die Rolle der Schweiz darin, solche Innovationen zu entwickeln und zu exportieren. «Die Schweiz ist sehr innovationsstark und verfügt über Unternehmen, die diese Neuentwicklungen weltweit vermarkten können. Es geht hier nicht um ein lokales, sondern um ein globales Problem. Und wenn die Schweiz dazu beitragen kann, die Dekarbonisierung von Kraftstoffen weltweit voranzutreiben, ist das ein sehr starker Trumpf, den wir ausspielen können.»
Sauer stimmt dem zu und erklärt, die Schweiz habe mit diesem Projekt die Möglichkeit, sich durch ihre «exzellente und weltweit führende Grundlagenforschung, die mit dem Transfer in die Anwendung verknüpft ist», einen technologischen Vorsprung zu verschaffen.
Wettbewerbsumfeld
Trotz der bevorstehenden Herausforderungen ist Cesarini zuversichtlich, dass sich Nachfrage und Investoren finden werden. Neben der Nachhaltigkeit treibe auch die Frage der Energiesicherheit das Interesse an, sagt sie – eine Entwicklung, die regelmässig von der Internationalen Energieagentur (IEA) hervorgehoben werde.Externer Link
«Die Dringlichkeit, fossile Brennstoffe zu ersetzen, nimmt zu». Das veranlasse Branchen- und Marktakteur:innen zu erkunden, «wohin der Weg führt und wie eine mögliche Zusammenarbeit etabliert werden kann», sagt sie.
Wann werden Autofahrer:innen also endlich ihr klimafreundliches Benzin an Schweizer Tankstellen kaufen können?
«So schnell wie möglich», sagt Cesarini und fügt hinzu, ihr Ziel sei, die Emissionen jetzt zu reduzieren.
«Jedes Mal, wenn wir tanken, nutzen wir fossile Brennstoffe. Das wollen wir ändern.»
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«Unsere grösste Herausforderung ist es, die Nachfrage nach nachhaltigen Treibstoffen zu decken»
Editiert von Gabe Bullard/Veronica De Vore; Übertragung aus dem Englischen: Petra Krimphove/cm
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