Sind E-Fuels die Lösung?

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Auf synthetischen Kraftstoffen oder auch E-Fuels ruht eine große Hoffnung der Autobranche: Sie sollen den Konflikt zwischen Verbrennungsmotoren und CO₂-neutraler Mobilität lösen. Zuletzt hat Audi bekanntgegeben, gemeinsam mit Global Bioenergies 60 Liter E-Benzin hergestellt zu haben. Glaubt man einer Studie der Deutschen Energie-Agentur (Dena) und der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST) im Auftrag des Verbands der Automobilindustrie (VDA), die vergangenen November veröffentlicht wurde, dann sind E-Fuels aus erneuerbaren Quellen notwendig, um die EU-Klimaschutzziele des Verkehrssektors zu erreichen. Auch eine Prognos-Studie vom vergangenen Oktober, die unter anderem vom Institut für Wärme und Öltechnik und dem Mineralöl Wirtschaftsverband in Auftrag gegeben wurde, kommt zum Schluss, dass "die Energiewende nur mit E-Fuels möglich" sei. Für viele Kritiker ist das jedoch nur eine Ausflucht, um vor dem Scheitern bei den CO₂-Flottenzielen für 2021 und dem unzureichenden Engagement für die Elektromobilität abzulenken. Ist das wirklich korrekt oder sind E-Fuels nicht doch die Kraftstoffe der Zukunft? 

E-Fuels könnten laut der Studie der Dena und LBST in der Zukunft zu einer festen Größe im Verkehrswesen werden und einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Demnach wäre der Endenergiebedarf aller Verkehrsträger der Europäischen Union (EU) im Jahr 2050 selbst in einem stark batterieelektrifizierten Verkehrsszenario zu mehr als 70 Prozent von E-Fuels gedeckt. Der größte Teil dieser E-Fuels werde dabei für den Flug-, Schiff- und Straßengüterverkehr benötigt. Die derzeit noch hohen Kosten für E-Fuels sollen sinken. 

Was sind E-Fuels?

Doch zunächst einmal: Was sind eigentlich E-Fuels? Sie sind auf Basis von erneuerbarem Strom hergestellte gasförmige und flüssige Kraftstoffe wie Wasserstoff, Methan sowie synthetische Otto- und Dieselkraftstoffe inklusive Kerosin. Der Weg zu Wasserstoff oder Methan wird als Power-to-Gas bezeichnet, die zu flüssigen Energieträgern als Power-to-Liquid. Das Praktische ist: Sie sind weitgehend innerhalb der bestehenden Infrastruktur und mit vorhandenen Technologien nutzbar. Hinzu kommt, dass synthetische Kraftstoffe so entwickelt werden können, dass sie praktisch rußfrei verbrennen. Sie sind idealerweise immer aus gleichartigen, sogenannten C1-Molekülen aufgebaut, und verbrennen annähernd vollständig und damit fast emissionsfrei, erklärt Wolfgang Maus im Interview "Fahrzeuge sollten die Luft reinigen können" aus der MTZ 1/2016. Die Anforderungen an die Abgasnachbehandlungssysteme und damit auch die Kosten für solche Systeme könnten sinken.  

Laut Dena-LBST-Studie bestehe derzeit in Europa ein ausreichendes technisches Potenzial zur erneuerbaren Stromproduktion, um den langfristigen Bedarf an Transportenergie und E-Fuels zu decken. Allerdings sei hierzu ein starker Ausbau der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien erforderlich. Damit rechtzeitig Kapazitäten im erforderlichen Maßstab zur Verfügung stehen, sei eine E-Fuels-Roadmap auf nationaler, EU- und internationaler Ebene zwingend erforderlich. 

E-Fuels würden dabei keinen Widerspruch zum Hochlauf der Elektromobilität darstellen, so Dena und LBST. Die Verkehrsmittel sollten dort wo technisch möglich und ökologisch sinnvoll elektrifiziert und teilelektrifiziert werden. E-Fuels sollen laut Studie aber insbesondere für Anwendungen im Verkehr, für die aus heutiger Sicht keine elektrischen Antriebssysteme zur Verfügung stehen, unverzichtbar sein. Die Mobilität von morgen werde daher einen Mix aus unterschiedlichen Technologien erfordern. E-Fuels sind derzeit jedoch noch in der Entwicklungs- und Marktvorlaufphase. "Anlagen zur Erzeugung von Methanol aus regenerativen Quellen sind theoretisch im größeren Maßstab verfügbar, aktuell allerdings noch nicht verbreitet", erklärt Richard Backhaus im Report Alternative Kraftstoffe – CO2-neutral in die Zukunft aus der MTZ 6-2017. Für die Anlagen der Kraftstoffproduktion sind auch hohe Investitionen nötig. Nicht zuletzt deswegen sind E-Fuels daher momentan noch deutlich teurer als die fossilen Alternativen. Aktuell belaufen sich die Kosten für E-Fuels auf bis zu 4,5 Euro pro Liter Dieseläquivalent. Ein Zielkostenniveau von circa 1 Euro pro Liter Dieseläquivalent erscheine mit Importen aus Regionen mit hohem Angebot an Sonne oder Wind aus heutiger Perspektive erreichbar, so die Experten von Dena und LBST. 

Ungeheurer Mehrbedarf an Strom 

Während die Studie von Dena und LBST dem Einsatz von synthetischen Elektrokraftstoffen in Verbrennungsmotoren ein großes Potenzial bescheinigt, um die EU-Klimaschutzziele des Verkehrssektors zu erreichen, positioniert sich die britische Nichtregierungsorganisation Transport & Environment (T&E) mit einer eigenen Studie, die von der Beratungsgesellschaft Cerulogy durchgeführt wurde.

Demnach seien Elektrokraftstoffe weder eine effiziente noch eine kostengünstige Lösung zur Dekarbonisierung des Straßenverkehrs. In der Studie heißt es, dass E-Fuels nur in begrenzter Menge vor allem für die Verwendung in der Luftfahrt zur Verfügung stünden. Um die europäische Straßenverkehrsflotte mit flüssigen E-Kraftstoffen zu versorgen, müsste die EU eineinhalb Mal mehr Strom erzeugen als ihre derzeitige Gesamtstromproduktion, und der gesamte Strom müsste erneuerbar sein. Die Studie stellt fest, dass eine derartige Mengenerweiterung unrealistisch sei. Selbst die Dena-LBST-Studie geht von einem starken Ausbau der Stromproduktion aus. "Der voraussichtliche Bedarf an erneuerbarem Strom für den gesamten EU-Verkehrssektor im Jahr 2050 würde etwa dem Sieben- bis Zehnfachen der aktuellen jährlichen erneuerbaren Stromproduktion in der EU entsprechen. Gut 80 Prozent dieses Bedarfs gingen dann auf die Herstellung von E-Fuels zurück", erläutert Uwe Albrecht, Geschäftsführer der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik.

T&E rät daher, dass E-Kraftstoffe für Sektoren in Betracht gezogen werden sollten, in denen es keine Alternative zum Verbrennungsmotor gibt, wie zum Beispiel in der Luftfahrt. Doch selbst ein stark dekarbonisierter EU-Luftverkehrssektor im Jahr 2050 würde immer noch 24 Prozent der derzeitigen europäischen Stromerzeugung benötigen, um die Hälfte des Energiebedarfs der europäischen Luftfahrt zu decken.

E-Fuels im großen Maßstab für Leichtfahrzeuge ungeeignet

Wenn also Effizienz das einzige Kriterium für die Zukunftsfähigkeit eines Antriebs wäre, müsste sich das batterie-elektrische Auto durchsetzen. Das rechnet PricewaterhouseCoopers (PwC) vor. Die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft vergleicht in einer Studie Batterie-elektrische Autos (BEV), Brennstoffzellen-elektrische Pkw (FCEV) und solche mit synthetischem Benzin.

Wie kommen die Automotive-Experten von PwC zu dieser Feststellung? Ausgangspunkt der Untersuchung war die hypothetische Frage, wie es möglich wäre, den gesamten Autoverkehr hierzulande bis 2030 auf CO₂-neutrale Antriebsarten umzustellen. Dabei stellte sich heraus, dass eine Umrüstung der Fahrzeugflotte auf synthetische Kraftstoffe schon allein an dem ungeheuren Mehrbedarf an Strom scheitern würde – schließlich ist die Herstellung der synthetischen Kraftstoffe sehr energieaufwändig. Konkret kam die PwC-Analyse zu dem Schluss, dass sich der Stromverbrauch in Deutschland in diesem Szenario verdreifachen müsste. Synthetische Kraftstoffe würden auf einen Strommehrbedarf von rund 200 Prozent kommen. Dagegen würde schon rund 30 Prozent mehr Strom ausreichen, um alle Autos auf Deutschlands Straßen per Batterie anzutreiben. Und die Brennstoffzelle? Würde einen Mehrbedarf von rund 60 Prozent nach sich ziehen.

"Die Stärke des Batterieantriebs beruht in erster Linie auf seiner enormen Energieeffizienz", erläutert Dr. Jörn Neuhausen, Principal und Automobilexperte bei PwCs Strategieberatung Strategy&, die Resultate. So gehen beim reinen Batterie-Fahrzeug von der Herstellung des Ökostroms über dessen Lagerung und Verteilung bis hin zum Verbrauch gerade mal 30 Prozent der ursprünglichen Energie verloren, zeigt die PwC-Analyse. Bei der Brennstoffzelle sind es hingegen 64 Prozent – und bei synthetischem Sprit sogar 89 Prozent. "Anders ausgedrückt: Um eine Kilowattstunde Energie für den Antrieb eines E-Autos zu gewinnen, brauche ich nur 1,4 Kilowattstunden Ökostrom zu erzeugen. Dieser Wirkungsgrad ist unschlagbar", so Neuhausen.

Fazit

E-Fuels wissenschaftlich zu erforschen und deren Nutzen zu überprüfen, ist sinnvoll – alleine schon wegen ihrer möglichen CO₂-Neutralität. Für Pkw werden synthetische Kraftstoffe, soweit das aktuell prognostizierbar ist, wohl geringe Bedeutung haben. Die schiere Menge des zur E-Fuel-Produktion benötigten Stromes ist für diese Lösung ein klarer Start-Nachteil. Das könnte sich ändern, wenn eine Ökostromquelle wie Desertec fast unbegrenzt elektrische Energie liefern würde. Derzeit spricht mehr dafür, dass sich die Autobranche aufgrund des Wirkungsgrads vor allem auf das batterieelektrische Auto konzentrieren sollte. Jedoch hat das Elektroauto weiterhin Nachteile bei den Ladezeiten, der Reichweite oder beim Batterierecycling. Aus Sicht vieler Nutzer dürfte aber der günstigere Unterhalt – vor allem im Vergleich zu Fahrzeugen mit synthetischem Kraftstoff – diese Nachteile wettmachen. Die Brennstoffzelle könnte eher eine Lösung sein, wenn es um Langstreckenmobilität geht. Vergleichbares gilt für synthetische Kraftstoffe, deren Stärke eher beim Einsatz in Lkw oder Flugzeugen liegt. Von Vorteil ist auch, dass weder die Technologie noch Kraftstoff-Logistik grundlegend neu gedacht werden müssen. Nicht zuletzt aus diesem Grund werden Automobil- und Mineralölkonzerne synthetische Kraftstoffe weiterverfolgen.