Kraftstoffe für morgen

Zahllose Analysen haben gezeigt, daß wir unseren derzeitigen Umgang mit energetischen und materiellen Rohstoffen bei einer unvermeidlich weiter stark wachsenden Weltbevölkerung ändern müssen, um weitere Belastungen der Umwelt und die baldige Erschöpfung wichtiger, natürlicher Ressourcen zu verhindern. Besonders die Gefahr einer Beeinflussung des Weltklimas wird als bedrohlich empfunden. Der Lebensstil der Bewohner der reichen Länder mit seiner Vorbildfunktion für die Schwellenländer und auch für die weniger entwickelten Staaten steht auf dem Prüfstand.

An Kraftstoffe für den mobilen Einsatz im Straßenfahrzeug müssen eine ganze Reihe von Forderungen gestellt werden. Mit jeweils etwas unterschiedlichen Akzenten im Detail gelten sie auch für Schiffe, Schienenfahrzeuge — soweit sie nicht über Stromleitungen versorgt werden — und Flugzeuge. Die Kraftstoffe für unsere heutigen Motoren mit innerer Verbrennung

An die Automobilindustrie und die Nutzer der Automobile werden zahlreiche, in wichtigen Teilbereichen immer schärfer werdende Forderungen gestellt. Sie sind überwiegend ökologisch und volkswirtschaftlich motiviert und hatten in der Vergangenheit wechselnde Schwerpunkte. Die wichtigsten sind: Viele dieser Punkte sind in der Vergangenheit schon wesentlich verbessert worden. Ein Beispiel sind die Emissionen an Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxiden. Zunächst galt das CO als der wichtigste Schadstoff im Autoabgas. In Bild 3.1 wird klar erkennbar, wie es durch sukzessive verschärfte Emissionsgrenzwerte trotz weiter stark zunehmender Gesamtfahrleistung reduziert wurde. Danach kamen die Stickstoffoxide und die Kohlenwasserstoffe in den Vordergrund des Interesses und wurden ebenfalls durch die Einführung von Grenzwerten, die heute nur von Ottomotoren mit Katalysator einzuhalten sind, wirksam reduziert. Dieser Prozeß setzt sich weiter fort, weil noch nicht alle Fahrzeuge der neuesten Abgastechnik entsprechen.

Verbrauch und Emissionen eines bestimmten Pkw oder Lkw werden zu einem großen Teil durch die verwendete Fahrzeug- und Motorentechnik festgelegt. Wichtig ist daneben aber auch die individuelle Fahrweise. Diese wird einmal durch den Fahrer selbst bestimmt. Sie hängt aber auch sehr stark vom Zustand der Straßen, der Flüssigkeit des Verkehrs, den Ampelschaltungen und anderen Umständen ab. Große Beiträge zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs — bis zu 30% — können daher auch von Maßnahmen zum Verkehrsmanagement und zur Beseitigung von Engstellen im Verkehrsnetz kommen. An jeder dieser Stellen können und sollten daher auch Maßnahmen zur Verbesserung der Emissionen und zur Verminderung des Verbrauchs ansetzen, sie werden aber im folgenden trotz ihrer Bedeutung nicht näher behandelt.

Es ist immer wieder versucht worden, Energieträger zur Praxisreife zu entwickeln, die nicht auf der Chemie der Kohlenwasserstoffe beruhen. Die beiden technisch am weitesten entwickelten sind der Elektroantrieb und der Wasserstoffantrieb. Große Hoffnungen für die Zukunft werden auch auf Brennstoffzellen gesetzt. Daneben gab und gibt es eine Vielzahl von weiteren Bemühungen, andere als die gewohnten Kraftstoffe einzusetzen. Häufig entstanden diese Konzepte in Notzeiten, manchmal zur Erfüllung ungewöhnlicher Einsatzzwecke. Die genannten Techniken werden hier nur exemplarisch und kurz vorgestellt, weil sie nicht in den Markt eingeführt werden können, ohne daß dazu zuvor erhebliche Vorleistungen in der Infrastruktur erbracht werden.

Als Energieträger für den Straßenverkehr werden bisher fast ausschließlich Benzin und Diesel in mehreren Qualitäten eingesetzt. Diese Kraftstoffe sind gemeinsam mit den Motoren und der Infrastruktur Schritt für Schritt immer weiter verbessert worden. Dabei waren ständig schärfer werdende und auch immer wieder wechselnde Anforderungen zu erfüllen. Anfangs ging es darum, einigermaßen standardisierte Qualitäten auf den Markt zu bringen. Außerdem war die Ausbeute an Kfz-tauglichen Kraftstoffen bei der Verarbeitung des Rohöls zu verbessern. Dann traten Qualitätsforderungen wie Kaltstartverhalten, Vermeidung von Ablagerungen, Verträglichkeit mit Materialien, Verbesserung der Klopffestigkeit bzw. der Zündwilligkeit, Vorbeugen gegen Verschleiß z.B. an Ventilen in den Vordergrund. Später kamen unterschiedliche Umweltanforderungen dazu. Auch auf die neuesten Randbedingungen aus dem Umweltbereich kann durch „Verfeinerung“ der Rezepturen noch besser eingegangen werden. Dieser Prozeß ist bereits im Gange. Beispiele sind die schwefelarmen Dieselkraftstoffe und das benzolreduzierte Super Plus.

Kraftstoffe werden heute fast ausschließlich im Raffinerieprozeß aus Rohöl¹ hergestellt. Ausnahmen bilden nur die Ethanolmengen, die in einigen Ländern dem Benzin beigemischt bzw. vor allem in Brasilien als Alkoholkraftstoffe genutzt werden, geringe Mengen an Pflanzenölen und ihren Estern, geringe Mengen des Oktanzahlverbesse-rers MTBE und von Mitteldestillaten, die aus Erdgas synthetisiert werden, und die Produkte aus der Kohleverflüssigung in Südafrika.

Kraftstoffe werden heute weltweit ausschließlich auf der Basis fossiler oder biogener Kohlenwasserstoffe hergestellt. Dies hat nur wirtschaftliche Gründe. Vom Standpunkt der Chemie betrachtet sind auch andere kohlenstoffhaltige Ausgangsstoffe wie z.B. die Karbonate in Gesteinen oder auch das Endprodukt der Verbrennung von fossilem Kohlenstoff, das Kohlendioxid, mögliche Ausgangspunkte für die Synthese von Kraftstoffen. Karbonate werden hier nicht weiter betrachtet. Ihre Nutzung wäre sehr energieaufwendig. Außerdem brächte sie die Freisetzung von Kohlendioxid mit sich, das sonst dauerhaft fixiert bliebe.

In den bisherigen Kapiteln wurde eine große Anzahl von Techniken skizziert, die in der Lage wären, einen Beitrag zur Versorgung des Verkehrs mit Kraftstoffen zu leisten. Es wurde versucht, die zeitlichen und wirtschaftlichen Randbedingungen darzustellen und das jeweilige Potential anzudeuten. Detaillierte, d.h. quantifizierte Szenarien könnten noch genauere Einblicke geben. Allerdings liegen über viele der erwähnten Techniken nur unvollständige Informationen vor. Quantifizierte Szenarien würden daher eine Genauigkeit vortäuschen, die tatsächlich gar nicht zu erreichen ist. Daher wird im folgenden versucht, einige konkrete Visionen auszumalen. Es bleibt jedem Leser überlassen, sich eine Meinung über deren Tragfähigkeit und Umsetzbarkeit zu machen.

Die zunehmende Verkehrsnachfrage bringt neben dem unbestreitbaren Nutzen von Mobilität für die Verkehrsteilnehmer in Form von persönlicher Freiheit, besseren Möglichkeiten zur Teilnahme an wirtschaftlichen Prozessen, Erschließung und An-bindung entfernter Gebiete, Bereitstellung aller Arten von Waren und Dienstleistungen nahezu unabhängig von Zeit und Ort usw. zweifellos auch Probleme mit sich. Darunter werden die Emissionen von luftbelastenden und klimaverändernden Stoffen derzeit als besonders nachteilig angesehen. Allerdings hat sich der Focus der Aufmerksamkeit in den letzten Jahrzehnten immer wieder verschoben. Dies liegt einerseits daran, daß einige Probleme durch technische Gegenmaßnahmen praktisch verschwanden. Ein Beispiel dafür ist das Kohlenmonoxid, von dem heute praktisch keine Gefährdung mehr ausgeht. Ein anderer Grund sind neue wissenschaftliche Erkenntnisse, die teilweise ihren Niederschlag in politischen Forderungen gefunden haben. Ein Beispiel dafür ist die Klimaproblematik.