Entwicklung synthetischer Kraftstoffe! Wie weit sind E-Fuels?

Thomas Wachsmuth 26. November 2020 Tipps, Produkte, Infos & Co.

Lesezeit 8 Min.

Neben der E-Mobilität gibt es weitere klimaschonende Alternativen zum herkömmlichen Kraftstoff, nämlich die synthetischen Kraftstoffe. Allerdings stellt sich die Frage, ob sie zukünftig tatsächlich eine Alternative zur Elektromobilität darstellen werden. Darum geht es in diesem Beitrag. Das Konzept hinter den synthetischen Kraftstoffen klingt vielversprechend. Denn mithilfe erneuerbarer Energien könnte so der gesamte CO2-Ausstoß eines Autos reduziert werden. Und zwar um 70 bis 80 Prozent. Trotzdem hält die Politik wohl zukünftig an der E-Mobilität fest. Der Grund dafür ist unklar, denn während der Herstellung der synthetischen Kraftstoffe (also künstlich erzeugte Kraftstoffe / E-Fuels) würde bereits annähernd so viel CO2 gebunden werden, wie durch die spätere Verbrennung wieder freigesetzt wird. Damit wäre ein Fahrzeug, dass auf den synthetischen Kraftstoff setzt, quasi CO2-neutral. Mal abgesehen von der Emission, die während der Herstellung des Fahrzeugs auftritt. Hören will das aber scheinbar keiner!

Synthetischer Kraftstoffe? E-Fuels!

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Synthetische Kraftstoffe – E-Fuels!

Ein weiterer Vorteil wäre, dass die E-Fuels die bereits vorhandene Tankstellen-Infrastruktur verwenden können und es wären auch keine neuen Antriebe nötig. Obwohl der E-Antrieb kaum an Effizienz zu überbieten ist, zumindest wenn er mit Ökostrom betrieben wird, hat das E-Auto zwei gravierende Schwachstellen. Denn zum einen emittiert bei der Fertigung der Batterie mehr CO2 als beim klassischen Pkw, zum anderen sind sowohl die Reichweiten als auch die Ladezeiten und -möglichkeiten nicht praxistauglich, ebenso wenig wie die Preise. Ganz im Gegenteil. Die ständig ansteigenden Strompreise machen das Aufladen der Fahrzeugbatterie für viele unbezahlbar.

für Lkws, Schiffe oder Flugzeuge

Rein rechnerisch dauert es noch rund 20 Jahre, bis alle im Einsatz befindlichen Pkws elektrisch unterwegs sind, vorausgesetzt ab sofort würden ausschließlich reine Elektroautos verkauft werden. Das ist die Theorie. In der Praxis ist hingegen mit einem Zeitraum von 30 bis 40 Jahren zu rechnen. Anders als das E-Auto könnte das E-Fuel bereits über diesen Zeitraum hinweg die CO2-Bilanz verbessern. Und das nicht nur für den klassischen Pkw, sondern ebenso für Lkws, Schiffe oder gar Flugzeuge. Auch in wirtschaftlich ärmeren Regionen, in denen wenig E-Mobilität zu finden ist, könnte dieser Treibstoff eingesetzt werden.

Sind E-Autos wirklich besser?

Analysen zum Effizienzvergleich von Elektromobilität und erneuerbaren Kraftstoffen lassen in vielen Fällen wichtige energiewirtschaftliche Aspekte einfach außer Acht. Wie lädt man das E-Auto, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht? Möchte man eine 100% Abdeckung garantieren aus erneuerbaren Energien, dann geht das wohl nur über den Umweg der Zwischenspeicherung mittels Wasserstoff. Der Wasserstoff wird, wenn benötigt, in Gaskraftwerken wieder in Strom umgewandelt und dann zur Verfügung gestellt.

Wasserstoff als großes Potenzial

Entwicklung synthetischer Kraftstoffe! Wie weit sind E-Fuels?

Die Verbindung zwischen Auto und Wasserstoff ist altbekannt. Denn der große Durchbruch wird seit über zehn Jahren gepredigt. Tatsächlich sind Brennstoffzellen-Fahrzeuge, die mit Wasserstoff betrieben werden, serienreif. Bestes Beispiel sind der BMW i Hydrogen NEXT und die Gumpert Nathalie „First Edition“ 2020. Diese Modelle überzeugen durch eine hohe Reichweite bei kurzer Betankungszeit. Aber die Antriebe sind immens teuer und es fehlt die notwendige Tankstellen-Infrastruktur. Die Kosten dafür liegen bei rund 2 Milliarden Euro allein in Deutschland.

Was macht die Elektrolyse?

Trotzdem wird an dem Konzept festgehalten, denn Wasserstoff gilt als zentraler Baustein der Energiewende. Strom aus erneuerbaren Energien wie Sonne, Wasser oder Wind ist nur selten in genau der richtigen Menge vorhanden. Ist zu viel „Saft“ vorhanden, dann muss er gespeichert werden und bei Bedarf abgerufen werden können. Mit der Elektrolyse ist genau das möglich. Dazu wird zu Dampf erhitztes Wasser mit regenerativ erzeugtem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Diese Technologie findet bereits in der Industrie Einsatz. Anschließend kann der Wasserstoff in einer stationären Brennstoffzelle oder einem Auto erneut Strom erzeugen. Aktuell lohnt es sich auch, ihn zur Produktion anderer Treibstoffe einzusetzen, denn durch den teuren Batteriespeicher sowie die fehlenden Stromtrassen ist es momentan „noch“ lohnenswert.

Wie viele H2-Zapfsäulen gibt es in Deutschland?

Ob in Zukunft auf Wasserstoff gesetzt wird, bleibt offen. Während einige asiatische Hersteller bereits Brennstoffzellen-Fahrzeuge anbieten, zögern die deutschen noch und warten darauf, dass das Tankstellennetz ausgebaut wird. Aktuell gibt es in Deutschland rund 30 H2-Zapfsäulen. Bis 2023 sollen gemeinschaftlich 400 weitere Stationen ausgebaut werden.

Künstliches Erdgas ist bereits serienreif

Insgesamt sind aktuell rund 900 CNG-Zapfstellen in Deutschland verfügbar. Diese Zahl soll bis 2025 auf 2.000 ausgebaut werden. Soweit der Plan vom VW-Konzern, von Tankstellen- und Gasnetzbetreibern. Zusätzlich sollen bis 2025 insgesamt 1 Million Erdgasautos verkauft worden sein. Der fossile Brennstoff CNG ist effizienter als Benzin, während das Methan vergleichsweise sauber verbrennt, beinahe ohne Partikelemissionen. Allerdings wird das Problem auf lange sich nicht gelöst. Denn beim Erdgas handelt es sich auch um einen fossilen Brennstoff. Deshalb wird als Lösung auf biologisch und chemisch erzeugtes Erdgas gesetzt. Hier entsteht mittels Fermentationsprozess Biomethan das auf Erdgasqualität gereinigt werden kann. Als Biosprit der zweiten Generation wird er bereits heute anteilig dem fossilen Erdgas zugegeben. Seat Spanien hingegen setzt sogar auf einen ganz anderen Weg. Nämlich auf Klärschlamm aus Abwasser, das zur Fermentation genutzt wird.

Synthetisches Erdgas (E-Gas)

Synthetisches Erdgas, auch E-Gas genannt, entsteht in einer Methanisierungsanlage aus Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2). Werden dafür Ökostrom und CO2 aus der Biogasanlage eingesetzt, ist der Treibstoff klimaneutral. Das synthetische Erdgas kann über das öffentliche Gasnetz direkt für die vorhandene Infrastruktur genutzt werden. Audi setzt bereits seit einigen Jahren erfolgreich auf dieses Power-to-Gas-Verfahren. Im norddeutschen Werlte werden jährlich rund 1.000 Tonnen E-Gas produziert. Damit könnten 1.500 Autos je 15.000 Kilometer CO2-neutral fahren. Langfristig ist damit zu rechnen. Dass sich weitere Konzerne wie der Mutterkonzern VW an dem Konzept beteiligen werden.

Synthetische Kraftstoffe

Auch bei Benzin und Diesel wird in der Industrie weiter geforscht. Im BTL-Verfahren (Biomass to Liquid) lassen sie sich Krafstoffe aus Abfällen und Reststoffen erzeugen, wobei in mehreren Schritten ein Synthesegas entsteht, welches anschließend chemisch zum Kraftstoff umgewandelt wird. Auch das PTL-Prinzip (Power to Liquid) ist eine weitere Alternative. Wie auch beim Erdgas bildet Wasserstoff aus Ökostrom die Grundlage des Verfahrens. In einem zweistufigen Prozess entsteht dabei zuerst eine Flüssigkeit, die mit Rohöl zu vergleichen ist. Anschließend kann diese Flüssigkeit zu einem künstlichen Diesel aufbereitet werden. Durch eine gezielte Steuerung der Eigenschaften des Diesels verbrennt er quasi CO2-neutral sowie effizienter und sauberer als herkömmlicher Diesel.

Überlebt der Verbrenner vielleicht doch?

Die Vorteile von Verbrennern, die durch klimafreundliche, mittels Ökostrom erzeugte synthetische Kraftstoffe angetrieben werden, liegen auf der Hand. Der Einsatz von sauberem Wasserstoff aus Ökostrom könnte das Überleben des Verbrennungsmotors sichern. Wir werden in den nächsten Jahren nicht in der Lage sein genug Ökostrom zu produzieren, um die Energiewende komplett umzusetzen. Zumindest nicht dann, wenn man dabei auch Millionen E-Autos mit Strom versorgen will. Der Import strombasierter Kraftstoffe aus sonnenreichen Ländern wäre eine Möglichkeit. Dort kann man deutlich effektiver Ökostrom produzieren, um synthetischen Kraftstoff oder den klimaneutralen blauen Wasserstoff herzustellen. Und den könne man dann nach Deutschland verschiffen.

Produktionskosten verdoppeln sich

Das zeigt bereits, dass die Entwicklung neuer Kraftstoffe inzwischen voranschreitet. Allerdings bleibt abzuwarten, ob mit ihrer Hilfe das Klima noch gerettet werden kann. Aktuell kostet die Produktion der synthetischen Kraftstoffe rund das Doppelte vom fossilen Treibstoff. Grund: Als Betreiber muss man für den Strom, der für die Elektrolyse benötigt wird, alle üblichen Steuern und Abgaben zahlen. Vom Strompreis können das schnell 80 Prozent und mehr sein. Sogar wenn nur überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien genutzt wird. Deshalb lassen sich die strombasierten Kraftstoffe nur mit den passenden Gesetzen sowie der Unterstützung durch die Politik zeitnah wirtschaftlich herstellen.

E-Fuels! Wo ist der Einsatz aktuell geplant?

Aktuell ist ihr Einsatz jedoch nur für Flugzeuge und Schiffe geplant, so das Bundesumweltministerium. Und das, obwohl die E-Fuels bis zur vollständigen Elektrifizierung eine hervorragende Übergangslösung für die Pkws darstellen würden. Zusätzlich könnten so Schlüsseltechnologien in Deutschland verankert werden, die sonst im Ausland zum Einsatz kommen würden, wie Experten aktuell befürchten. Die Weiterentwicklung der synthetischen Kraftstoffe wird (leider) trotz allem auf eine enge Kooperation mit der Politik angewiesen sein.

Das war’s natürlich längst noch nicht gewesen!

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