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Sind Synthetische Kraftstoffe - also E-Fuels - die passenden Energieträger für die Zukunft?

08. Dez. 2020, 22:31

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Bild: Pixabay

Immer mehr reden nun über Synthetische Kraftstoffe - E-Fuels. Alternative Kraftstoffe, welche als große Hoffnung gelten.

Womit werden unsere Autos wohl in Zukunft fahren? Benzin, Diesel, Elektro, Wasserstoff, synthetischer Sprit? Es ist eine wichtige Frage, die im Zusammenhang mit den aktuellen Klimaschutzzielen wohl viele beschäftigt.

Ein starkes Signal kommt aus der Automobilindustrie von Porsche. Der Sportwagenhersteller will den Bau einer Pilotanlange für synthetischen Kraftstoff in Südamerika unterstützen. Ziel von Porsche ist es, den klimaneutral hergestellten Kraftstoff in einer Erprobungsflotte einzusetzen und natürlich auch zur Anwendungsreife, in Bestandsfahrzeugen, zu entwickeln.

Aber warum werden synthetische Kraftstoffe entwickelt?

Bestimmt habt ihr schon gehört das mit dem Pariser Klimaabkommen die Weltgemeinschaft auf Klimaschutzziele verständigt hat, die weitreichende Folgen haben.

So soll Fossile Energie durch regenerative ersetzt werden. Zum Beisiel dürfen Schiffe nicht mehr mit Schweröl fahren, Flugzeuge nicht mehr mit Kerosin fliegen und Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren sollen Elektroautos (oder anderen Alternativen) weichen.

Als Zielpunkt ist das Jahr 2050 fixiert. Aber was wäre, wenn es morgen einen Kraftstoff gäbe, der sauber verbrennt, bezahlbar und klimaneutral hergestellt wird? Könnte man damit weiter konventionell Auto fahren, ohne das Klima zu beeinflussen? Um das zu klären, versuchen eben Forscher seit vielen Jahren, die unterschiedlichsten synthetischen Kraftstoffe zu entwickeln.

Wie oder aus was werden synthetische Kraftstoffe gemacht?

Erst Forschungen haben sich auf nachwachsenden Rohstoffen wie Mais, Raps, Weizen und Palmöl konzentriert, um Kraftstoffe für Otto- und Dieselmotoren zu erzeugen. Doch schnell zeigte sich, dass erhebliche Umweltprobleme folgen werden. Leider werden/wurden in Asien und Südamerika Urwälder für Palmölplantagen gerodet. Dies zwar in erster Linie für Kosmetik und Lebensmittel, aber eben auch für Kraftstoffbeimischungen.

Dann gab es noch Versuche mit Abfall, Reststoffen. Nun arbeiten Experten mit synthetischen Kraftstoffen, die auf Wasserstoff als Grundprodukt setzen. Denn Wasserstoff hat den entscheidenden Vorteil. Er ist in der Natur nahezu unendlich vorhanden und außerdem kann er klimaneutral hergestellt werden. Da Wasserstoff per Elektrolyse von Wasser mithilfe von (regenerativem!) Strom freigesetzt wird, reden Wissenschaftler hier von "strombasierten Kraftstoffen" bzw. von "E-Fuels" oder oft auch von "Power-to-X".

Was sind die Vorteile von E-Fuels? Gibt es überhaupt welche?

Wasserstoff und somit auch alle auf Wasserstoff basierenden E-Fuels können praktisch ohne Mengenbegrenzung hergestellt werden und im Vergleich zu herkömmlichem Benzin und Diesel recht sauber verbrennen.

Einer der grössten Vorteile ist aber. dass sie Idealerweise auch in den Bestandsfahrzeugen, also Benzin- und Diesel-Pkw einsetzbar sind . Damit keine Schäden an den Motoren in Bestandsfahrzeugen auftreten, müssten die Eigenschaften von synthetischen Kraftstoffen somit auch innerhalb der Normen für Diesel und Benzin liegen. Es gibt aber inzwischen auch eine extra Norm: EN 15940.

Sie sind, wie auch Total Excellium oder Shell V Power "Designerkraftstoffe". Diese werden dadurch hergestellt, dass man fossiles Erdgas in seine Bestandteile zerlegt und dann wieder zusammensetzt. Bei E-Fuels werden diese beiden Bestandteile nicht aus Erdgas gewonnen, sondern aus Kohlendioxid und Wasser. Im Ergebnis sind sie unterm Strich genau gleich.

E-Fuels würde auch über das bestehende Tankstellennetz vertrieben werden. Motoren in Neufahrzeugen können grundsätzlich bereits für synthetischen Sprit ausgelegt und optimiert werden, um ihn noch effizenter zu machen.

Auch ein grosser Vorteil ist, dass die Menschen sich nicht umgewöhnen brauchen und ihr Auto wie gewohnt an der Tankstelle mit dem Tankrüssel befühlen. Dies ist ja ein grosser Faktor und Unsicherheit in der E-Mobilität, dass Menschen Angst haben es nicht hin zubeommen das Auto richtig zu betanken.

Wie stellt man E-Fuels her?

Man braucht regenerativen Strom - am besten überschüssigen Wind- oder Solarstrom, den das Netz nicht aufnehmen kann. Mit diesem wird Wasser per Elektrolyse in Sauerstoff (O₂) und Wasserstoff (H₂) gespalten - das ergibt als ersten Grundstoff Wasserstoff. Im nächsten Arbeitsschritt wird dieser Wasserstoff mit Kohlendioxid (CO₂) verbunden, das zum Beispiel als Abfallprodukt aus anderen industriellen Prozessen abfällt oder auch aus der Umgebungsluft extrahiert werden kann. Dies ergibt mögliche Endprodukte, wie synthetischer Diesel, synthetisches Benzin und synthetisches Gas.

Die Herstellung erfolgt (derzeit) noch in geringen Mengen, etwa in Forschungs- und Pilotprojekten. Die bekannteste Anlage steht im norddeutschen Werlte, wo Audi mit Industriepartnern klimaneutrales, synthetisches E-Gas produziert.

Dieses wird dann in das normale Erdgasnetz eingespeist und mit den Mengen verrechnet, die Kunden von Audi bzw. vom VW-Konzern in ihren Erdgasfahrzeugen tanken. Die Strombasierten Benzin und Diesel werden derzeit noch nicht in den Verkehr gebracht.

Sind E-Fuels effizent?

Derzeit fallen, aufgrund der zahlreichen einzelnen Schritte, bei der Herstellung von E-Fuels hohe Wirkungsverluste (um die 85%) an. Von der im Prozess eingesetzten Energie bleiben in der "Well-to-Wheel"-Betrachtung am Ende nur 10 bis 15 Prozent übrig. Im Elektroauto kommen z.B. 70 bis 80 Prozent der Ausgangs-Energie am Rad an.

Die Erzeugung erneuerbaren Stroms ist stark schwankend und unabhängig von der Nachfrage, sodass auch erhebliche Kapazitäten zur Speicherung von Strom notwendig sind. Diskutiert wird in diesem Zusammenhang auch die Frage, ob Wasserstoff die hier die optimale Speichertechnologie bietet. Natürlich könnte man Wasserstoff in Reinform auch als direkten Kraftstoff in Verbrennungsmotoren verwenden. BMW hat zum Beispiel bereits einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor im 7er-BMW zur Serienreife entwickelt. Das Projekt wurde aber unter anderem wegen Speicherproblemen im Auto wieder eingestellt.

Logischweise stellt sich nun natürlich die Frage nach der Sinnhaftigkeit .. Es läuft einfach darauf hinaus, das man eben zusätzlich regenerativen erzeugtem Strom braucht. Es spielt hier auch eine grosse Rolle ob die Kilowattstunde 15, 16 Cent kostet, oder wie in Norwegen 3 Cent.

Es gibt aber ein aktuelles Forschungsprojekt, in diesem wird versucht, den Wirkungsgrad in der Produktionskette deutlich zu erhöhen. Theoretisch sei ein Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent möglich, heißt es z.B. in einer Mitteilung des Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Ein Zentraler Bestandteil der Versuchsanlage ist ein neuer Synthesereaktor, der mit deutlich geringerer Prozessenergie als bisher auskommt.

Ist E-Fuel aber wirklich die Lösung?

Wie bereits Erwähnt ist der Wirkungsgrad (derzeit noch) erschreckend gering. Auch muss man bedenken dass die Herstellung in einem Land mit geringen Strompreisen bzw. viel regenerativer Energie erfolgt. Die Herstellung und der Transport der E-Fuels aus weit entfernten Ländern kann also eine alles andere als eine positive Ökobilanz nach sich ziehen.

Und auch eine berechtigte Frage ist die aus dem ganzen resultiert, warum überhaupt sehr viel Energie in die Herstellung von Wasserstoff gesteckt werden sollte, wenn diese Energie besser für Industrie und Elektromobilität verwendet werden könnte. Es ergäbe mehr Sinn, einfach direkt den Wasserstoff zu verwerten und für den Antrieb von Autos, Lastkraftwagen, Flugzeugen oder Schiffen zu verwenden. Dass man also Forschung auch in diese Richtung betreibt und das Speichern optimiert.

Wie teuer wäre synthetischer Sprit an der Zapfsäule?

Jetzt haut es euch sicher um .. Stand heute wären für einen Liter synthetischer Kraftstoff circa 4,50 Euro in der Herstellung fällig. Forscher sagen bereits voraus, dass man im Jahr 2030 ein Preis von 2,29 Euro inkl. Steuern erreichen könnte. Es gibt aber auch Experten, welche einen Preis von 1,20 bis 1,70 Euro pro Liter für möglich halten.

Also kann man schon jetzt vorausssagen, dass trotz des generell gewachsenen ökologischen Bewusstseins, die meisten Kunden E-Fuels nur akzeptieren, wenn der Preis stimmt. Dafür wird es sehr wichtig sein, mit welchen Steuern der Staat diese Kraftstoffe belegt und wieviel Sprit die Autos dann im Alltagsbetrieb verbrauchen.

Wann ist mit diesem Kraftstoff zu rechnen? Und vorallem Wo?

So bald wohl eher nicht. Den gegen eine baldige Markteinführung auf breiter Front sprechen der schlechte Wirkungsgrad, die aufwendige, also teure Herstellung, fehlende Industrieanlagen und wie oben erwähnt der Preis.

Viele Experten sehen das Einsatzgebiet von E-Fuels aufgrund des schlechten Wirkungsgrads deswegen nicht im Pkw, sondern in Transport-Bereichen, wo weder ein Elektro- noch ein Brennstoffzellenantrieb in Frage kommen. Also vor allem in Flugzeugen und Schiffen.

In Flugzeugen oder Schiffen müsste man so extrem große Batterien oder Wasserstofftanks mitführen, dass vom Transportvolumen zu wenig übrig bliebe. Die Synthetische Kraftstoffe hingegen beanspruchen wegen ihrer hohen Energiedichte nicht mehr Raum als Kerosin oder Diesel und wiegen auch nicht mehr.



Dies ist meine eigene Meinung, welche ich aus bekannten Fakten aus dem Internet zusammegestellt haben. Gerne können wir in den Kommentare darüber diskutieren.


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