Herstellung und wirtschaftliche Bewertung synthetischer Kraftstoffe zum Antrieb von Verbrennungsmotoren in der Landwirtschaft

Abstract

Eine klima-freundliche und CO₂-neutrale Energieversorgung von landwirtschaftlichen Betrieben ist Gegenstand der Untersuchung. Diese betrifft die Innenwirtschaft (Gebäude und Tierhaltung) ebenso wie die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen für die Außenwirtschaft (Bewirtschaftung der Felder). Gefordert wird dies nicht zuletzt von den Abnehmern, z.B. der Molkereigenossenschaft ARLA FOODS, deren Ziel die Erzeugung von Kuhmilch mit Netto-Null-CO₂-Emissionen bis zum Jahr 2050 ist. Das betrachtete betriebliche Energiesystem umfasst die erneuerbare Stromerzeugung, die Deckung des Stromverbrauches im Kuhstall, die Batteriespeicherung für Zeiten ohne Stromerzeugung, die Produktion synthetischer Kraftstoffe und eine Einspeisung ins öffentliche Stromnetz. Tages- und jahreszeitabhängige Schwankungen werden beim Strom in 15-Minuten Zeitintervallen und beim Kraftstoff pro Kalenderwoche jeweils für ein Jahr berücksichtigt. Das Ziel ist die Ermittlung der notwendigen Kapazitäten an erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen und Produktionsanlagen für den synthetischen Kraftstoff sowie eine ökonomische Bewertung mit Berechnung der Energiekosten pro kWh und des Break-Evens bei den Investitionskosten. Zur Deckung des jährlichen Stromverbrauches von ca. 110.000 kWh in der Innenwirtschaft und 35.000 l Dieselverbrauchs, entsprechend 350.000 kWh, in der Außenwirtschaft wurden zwei verschiedene Szenarien entwickelt. Szenario 1 benötigt zur Sicherstellung der Energieversorgung eine Photovoltaikanlage auf dem Dach mit 125 kWp Leistung, eine 250 kW große Kleinwindkraftanlage, eine Batterie mit einem Speichervermögen von 2 kWh und eine synthetische Kraftstoffproduktion mit einer Leistung von 210 kW. In Szenario 2 erfordert es eine 200 kWp Photovoltaikanlage auf dem Dach und eine 520 kWp Photovoltaikanlage im Freiland, eine Batterie mit 105 kWh Speicherkapazität und eine 385 kW große synthetische Kraftstoffproduktion zur Deckung des betrieblichen Energiebedarfs. Im Ergebnis wird gezeigt, dass die eigene Stromproduktion derzeit bereits rentabel ist, die eigene Produktion von synthetischem Kraftstoff jedoch noch vergleichsweise hohe Kosten verursacht und damit nicht noch rentabel ist. Weitere technische Fortschritte, steigende Preise für fossile Kraftstoffe und Skaleneffekte, z.B. größere genossenschaftlich betriebene Anlagen könnten der neuen Technologie zum Durchbruch zu verhelfen.