E-Fuel

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Energieeffizienz bei der Herstellung verschiedener strombasierter Energieträger, u. a. E-Fuels. Verluste beim Verbrauch in Endanwendungen wie Kraftfahrzeugen u. ä. nicht berücksichtigt

Als E-Fuels werden synthetische Kraftstoffe bezeichnet, die mittels Strom aus Wasser und Kohlendioxid (CO2) hergestellt werden. Dieser Prozess wird als Power-to-Fuel bezeichnet und kann abhängig davon, ob gasförmige oder flüssige Brennstoffe synthetisiert werden, via Power-to-Gas- oder Power-to-Liquid-Technologie realisiert werden.

Je nach erzeugtem Kraftstoff spricht man im Speziellen z. B. von E-Diesel, Synthesegas o. ä. Soweit der Strom vollständig aus erneuerbaren Quellen stammt und das CO2 der Atmosphäre entnommen wird bzw. aus Biomasse stammt, können mittels E-Fuels Verbrennungsmotoren klimaneutral betrieben werden.

Charakteristiken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Von Seiten der Autoindustrie wird darauf verwiesen, dass bei der Nutzung von E-Fuels gegenüber der Elektromobilität der Vorteil darin liege, dass die bestehende Infrastruktur (Fahrzeuge, Tankstellen) weitergenutzt werden könne, da synthetische Kraftstoffe grundsätzlich dieselben Eigenschaften wie die konventionellen Kraftstoffvarianten aufweisen und diese somit ersetzen können.[1] Ein großer Nachteil sind die hohen energetischen Umwandlungsverluste. Pro Kilometer benötigen mit E-Fuels betriebene Autos mit Verbrennungsmotoren rund fünfmal so viel Energie im Vergleich zu batteriebetriebenen Elektroautos, die den Strom direkt nutzen können. Der Wirkungsgrad von E-Fuels beträgt bisher etwa 13 Prozent, was bedeutet, dass 13 Prozent der eingesetzten elektrischen Energie letztlich im Fahrzeug genutzt werden kann.[2] Überdies ist derzeit noch nicht ausreichend erneuerbarer Strom verfügbar, um E-Fuels klimaneutral bereitzustellen.[3][1] Um den Stromverbrauch nicht zu sehr ansteigen zu lassen, gilt deshalb ein hoher Anteil von Autos mit E-Fuels im Autoverkehr als nicht erstrebenswert. Als sinnvolle Einsatzbereiche gelten stattdessen eher der Luftverkehr und die Schifffahrt, bei denen die Elektrifizierung nur schwer möglich ist.[4][5][6]

Unter anderem die Umwandlungsverluste und die fehlende industrielle Produktion tragen zu hohen Produktionskosten bei. Eine Studie im Auftrag des Verbands der Automobilindustrie kommt zu dem Ergebnis, dass die Kosten für E-Fuels derzeit bis zu 4,50 € pro Liter Dieseläquivalent betragen. Eine Senkung auf ca. 1,00 € pro Liter erscheine jedoch durch Importe von E-Fuels aus Regionen mit großen Ökostrommengen erreichbar.[7] Andere Quellen nennen reine Herstellungskosten von 2 bis 2,50 Euro/Liter Kraftstoff für die Produktion im industriellen Maßstab, verglichen mit ca. 30-40 Cent für fossile Treibstoffe.[1] Die Bundesregierung führt jedoch aus, dass „die erwartete Preisminderung bis zum Jahr 2030 mit Unsicherheiten verbunden“ sei.[8] Auch die Arbeitsgruppe 1 der Nationalen Plattform „Zukunft der Mobilität“ geht davon aus, dass „die Herstellungskosten der stromgenerierten Kraftstoffe auch bei einer positiven Kostenentwicklung deutlich über denen des fossilen Pendants liegen“.[9]

CO2-Emissionen von PtX-Brennstoffen (u. a. synthetischem Diesel), E-Autos und fossilen Energieträgern im Vergleich abhängig vom Anteil fossiler Energieträger am Strommix

Das Öko-Institut kam in einer vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Studie zum Ergebnis, dass strombasierte Energieträgern langfristig wichtig werden, um die Pariser Klimaschutzziele zu erfüllen, ihre Nutzung aber erst dann sinnvoll ist, wenn ein Ökostromanteil von ca. 80 % im Jahresschnitt erreicht ist. Bis mindestens 2030 könnten strombasierte Energieträger keinen nennenswerten Klimaschutzbeitrag leisten, da die Herstellungskosten (auch im Vergleich zu anderen Klimaschutzmaßnahmen wie Effizienzsteigerungen und Elektrifizierung von Endanwendungen) zu hoch seien, manche Teilprozesse noch hochskaliert werden müssten und die Verfügbarkeit von ausreichend Ökostrom ein limitierender Faktor sei. Auch trügen strombasierte Energieträger nicht automatisch zur Minderung von Treibhausgasemissionen bei, sondern könnten die Emissionen verglichen mit fossilen Brennstoffen auch erhöhen, was der Fall wäre, wenn ihre Herstellung zu einer höheren Auslastung von fossilen Kraftwerken führte. Daher sollten Optionen zur Effizienzsteigerung und Verbrauchsreduktion sowie die Elektrifizierung mittels Wärmepumpenheizungen und Elektroautos Vorrang vor der Herstellung strombasierter Energieträger haben. Die Nutzung von strombasierten Stoffen sei zum Klimaschutz vor allem dann zweckmäßig, wenn sie "zusätzlich zur Nachfragevermeidung und zu Effizienzsteigerungen bzw. der Elektrifizierung von Anwendungen in Bereichen stattfindet, für die keine weiteren technischen Lösungen zur Verfügung stehen". Daher solle eine Förderung eingeführt werden, bei der aber sichergestellt sei, "dass die Einführung strombasierter Stoffe nicht dazu führt, Transformationsprozesse der Anwendungssektoren hin zu effizienteren Technologien (z. B. Wärmepumpen, Elektromobilität) zu verzögern". Zudem sei es geboten, regulatorisch sicherzustellen, dass strombasierte Energieträger auch tatsächlich zur Minderung der Treibhausgasemissionen beitragen, da bei ihrer Produktion ein Zielkonflikt zwischen ökonomisch und ökologisch optimalem Betrieb herrsche.[10]

Da E-Fuels in ihren Eigenschaften nicht von konventionellen Kraftstoffen unterscheidbar sind, ist davon auszugehen, dass sie auch nicht zu einer Verbesserung der Luftqualität beitragen können, da bei der Verbrennung ebenfalls Luftschadstoffe freigesetzt werden.[8]

Einsatz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit Stand 2019 existieren lediglich Demonstrations- und Pilotanlagen. Entsprechend ist auch ein Verbrauch so gut wie nicht vorhanden.[8] Auch die künftigen Produktionsmengen sind derzeit schwer abschätzbar: Die Bundesregierung gibt an, dass es für sie nicht möglich sei, „belastbare, realistische Aussagen zu möglichen Produktionsmengen bzw. Produktionsmengen in Deutschland zu machen“.[8]

Der Mineralölkonzern Shell geht davon aus, dass „PtX-Kraftstoffe [...] nicht vor 2030, teilweise auch noch später erwartet“ würden,[11] bietet aktuell gesondert „GTL-Kraftstoff“ an.[12] Am 6. November 2019 ging am KIT im Rahmen der Kopernikus-Projekte[13] eine Versuchsanlage in der Größe eines 40"-Containers in Betrieb, die durch Kohlenstoffgewinnung aus Direct air capture derzeit etwa 10 Liter Treibstoff pro Tag herstellt. Ein Ausbau ist geplant.[14]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages – Dokumentation Aktenzeichen WD 5 - 3000 - 008/18, Abschluss der Arbeit: 22. Januar 2018: E-Fuels. PDF.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c Automobilindustrie – Zweiter Frühling für den Verbrenner. In: deutschlandfunk.de. Abgerufen am 2. Februar 2017.
  2. Agora Verkehrswende und Agora Energiewende: Die zukünftigen Kosten strombasierter synthetischer Brennstoffe: Schlussfolgerungen aus Sicht von Agora Verkehrswende und Agora Energiewende. In: Agora Verkehrswende, Agora Energiewende und Frontier Economics: Die zukünftigen Kosten strombasierter synthetischer Brennstoffe, 2018, S. 11. Abgerufen am 21. Oktober 2019.
  3. Synthetische Kraftstoffe: Hoffnungsträger für ein auslaufmodell. In: spiegel.de. Abgerufen am 2. Februar 2017.
  4. Volker Quaschning: Sektorkopplung durch die Energiewende. Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berücksichtigung der Sektorkopplung. Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, 20. Juni 2016. Abgerufen am 15. August 2017.
  5. The biggest bang for the buck: Where to use a marginal kWh of renewable electricity in the Swiss transport sector, Giacomo Pareschi, Maximilian Held, ETH Zurich, Institute of Energy Technology, Laboratory of Aerothermochemistry and Combustion Systems, Energy System Group, Swiss Competence Center for Energy Research Efficient Technologies and Systems for Mobility, zugegriffen 2019-10-06.
  6. Der Traum im Tank . In: Süddeutsche Zeitung, 2. April 2019. Abgerufen am 3. April 2019.
  7. LBST/dena: Das Potenzial strombasierter Kraftstoffe für einen klimaneutralen Verkehr in der EU, 8. November 2017, S. 4. Abgerufen am 21. Oktober 2019.
  8. a b c d Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage Mengen, Kosten und Einsatzbereiche strombasierter Kraftstoffe im Verkehr. Webseite des Deutschen Bundestages, 25. März 2019. Abgerufen am 21. Oktober 2019.
  9. Arbeitsgruppe 1 der Nationalen Plattform „Zukunft der Mobilität“: Wege zur Erreichung der Klimaziele 2030 im Verkehrssektor. Zwischenbericht 03/2019 vom 29.03.2019, S. 35. Abgerufen am 21. Oktober 2019.
  10. Christoph Heinemann et al.: Die Bedeutung strombasierter Stoffe für den Klimaschutz in Deutschland, S. 3-9. Internetseite des Öko-Instituts. Abgerufen am 7. November 2019.
  11. Wolfgang Gomoll: Synthetische Kraftstoffe: Lösung oder Sackgasse?. In: Automobil Produktion, 21. Dezember 2017. Abgerufen am 21. Oktober 2019.
  12. Über Shell GTL Fuel. Abgerufen am 6. November 2019.
  13. Kopernikus Projekte: Power-to-X. Abgerufen am 6. November 2019.
  14. Karlsruher Institut fuer Technologie: KIT - PI 2019. 22. August 2019, abgerufen am 6. November 2019 (deutsch).