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eFuels sind ein wichtiger Bestandteil der Mobilität von morgen. Es handelt sich um synthetisch hergestellte Kraftstoffe, die im Vergleich zu herkömmlichem Diesel deutlich weniger CO2-Neuemissionen verursachen. Sie sind eine sinnvolle Ergänzung in dem Energiemix der Zukunft, der aus Wasserstoff, Elektromobilität und eFuels bestehen wird. Wasserstoff und Elektromobilität allein sind laut der Ansicht vieler Experten nicht ausreichend, um eine nachhaltige und emissionsärmere Mobilität zu ermöglichen.
Wir gehen den wichtigsten Fragen zu dem Thema nach und informieren über Neuigkeiten zu eFuels.
eFuels sind ineffizient? eFuels werden teuer sein? eFuels sollten nur im Schiffs- und Flugverkehr eingesetzt werden?
Wir liefern in Zusammenarbeit mit Fachleuten und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW Hamburg) die richtigen Antworten.
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Können wir die vorgegebenen Klimaziele wirklich nur mit Einsatz von „grünen“ Kraftstoffen erreichen? Die Experten sagen ganz klar: JA. Denn wie soll sonst zum Beispiel
Klimawandel, schwindende fossile Ressourcen und ein wachsender Energiebedarf – innovative Lösungen sind gefragt, um diese Probleme zu bewältigen. Wie können eFuels helfen, fossile Brennstoffe zu ersetzen, und welche Rolle spielen sie in unserer Energiezukunft?
Die Nutzung erneuerbarer Energien aus Sonne und Wind stellt eine wesentliche Herausforderung dar: Ihre Produktion ist wetterabhängig und selten mit dem aktuellen Energiebedarf synchron. Während bei starker Sonneneinstrahlung oder hohen Windgeschwindigkeiten oft Energieüberschüsse entstehen, fehlt es bei Dunkelheit und Windstille an ausreichender Energie.
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Unsere eFuels Infotour quer durch Deutschland – von Flensburg bis nach Freiburg.
Viele Impressionen haben wir auf den Stationen gesammelt und für Sie in einzelnen Tagebüchern zusammengestellt.
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eFuels („Electricity-based Fuels“) sind flüssige synthetische Kraft- und Brennstoffe, die mittels grünen Stroms aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid hergestellt werden. Da bei ihrer Nutzung nur so viel CO2 freigesetzt wird, wie zuvor bei ihrer Produktion der Atmosphäre entnommen wurde, tragen sie im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen zu einer ausgeglichenen CO2-Bilanz bei.
Die Grundlage zur Herstellung von eFuels sind Power-to-Liquid Pfade, mit denen strombasierte flüssige Kraft- und Brennstoffe unter Verwendung erneuerbarer elektrischer Energie gewonnen werden. Zunächst wird aus entsalztem Meerwasser per Elektrolyse unter Verwendung von erneuerbar erzeugtem Strom grüner Wasserstoff gewonnen, der dann im Fischer-Tropsch-Verfahren oder via Methanolsynthese mit Kohlenstoffdioxid zu einem klimaschonenden flüssigen Kraft- und Brennstoff synthetisiert, der im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen einen deutlich geringeren CO2-Fußabdruck aufweist.
Die chemischen Eigenschaften von eFuels entsprechen denen herkömmlicher (fossiler) flüssiger Kraft- und Brennstoffe. Sie haben eine hohe Energiedichte und können leicht transportiert sowie gespeichert werden. Diese Eigenschaften ermöglichen es u.a., preisgünstige erneuerbare Energie aus sonnen- und windreichen Gebieten der Welt in Form von eFuels nach Deutschland zu importieren. Die dafür erforderlichen Grenzübergangs-, Speicher- und Versorgungs-Infrastrukturen sind heute bereits vorhanden.
eFuels können alle gängigen mineralischen Kraft-, Brenn- und Schmierstoffe ersetzen. Sie sind damit einsetzbar in allen Verkehrsträgern (Pkw, Lkw, Flugzeuge und Schiffe), in Brennwertheizungen sowie als Rohölersatz in der chemischen Industrie. Eine Umrüstung ist nicht erforderlich. Sie lassen sich als Beimischung in beliebigen Anteilen in fossilen Kraft- und Brennstoffen oder als reiner Energieträger einsetzen.
Es gibt unterschiedliche synthetische Kraftstoffe, die nicht aus Erdöl gewonnen werden. Zu ihnen zählen auch die sogenannten eFuels. eFuels werden aus Wasser hergestellt und können, wenn sie mit erneuerbarer Energie produziert werden, eine bis 90%-ige Reduktion der CO2-Neuemissionen im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen erreichen.
Bei eFuels wird Wasser durch den Einsatz erneuerbaren Stroms umgewandelt in Wasserstoff. Das Verfahren kennt man aus dem Physikunterricht als Elektrolyse. In einem weiteren Schritt wird der Luft das Treibhausgas CO2 entnommen und mit dem Wasserstoff in einen neuen flüssigen Energieträger umgewandelt. Es entsteht ein sogenannter „synthetischer“ Kohlenwasserstoff.
Weil die Elektrizität bei der Produktion eine wichtige Rolle einnimmt, werden sie im Englischen als electrofuels bezeichnet. Davon leitet sich der Begriff eFuels ab. Das gesamte Verfahren heißt auch Power-to-Liquid (genannt PtL). Der Strom kann aus erneuerbaren Quellen, wie bspw. der Windkraft oder aus Solarenergie, gewonnen werden. Sowohl die Inhaltsstoffe als auch die Produktion beruhen damit in erster Linie auf dem Einsatz natürlicher und regenerativer Komponenten. Somit sind eFuels in vollem Umfang zukunftstauglich: Sie ermöglichen eine signifikante Reduktion der CO2-Neumissionen im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen.
eFuels fördern die Akzeptanz der Energiewende, denn ein aufwendiger Technologiewechsel etwa im Verkehr und bei der Wohnraumbeheizung ist nicht zwingend erforderlich. Für Verbraucher heißt das: keine Umstellungskosten, keine Umorientierung auf neue Technologien und der gewohnt komfortable Umgang mit einem sicheren Energieträger.
Für große Teile des Kfz-Bestands von 58 Mio. Fahrzeugen in Deutschland lassen sich die Ziele der Energiewende – Versorgungsicherheit, Nachhaltigkeit und Bezahlbarkeit – am effizientesten mit eFuels erreichen. E-Fuels wirken sofort im bestehenden Fuhrpark, denn sie lassen sich problemlos in heutigen Benzin- oder Dieselmotoren einsetzen. Die Hebelwirkung ist dabei enorm.
Auch für die heute ca. 5 Mio. Ölheizungssysteme ergeben sich große Anwendungspotenziale.
Da der Bedarf an grünem Strom weiter stark wachsen wird und gleichzeitig das weitere Ausbaupotential für Sonne und Wind hierzulande begrenzt ist, ist Deutschland zwingend auf den Import erneuerbarer Energien angewiesen, um bis zum Jahr 2045 CO2-Neutralität zu erreichen. Da grüner Strom schlecht speicher- und transportierbar ist, können die Klimaziele ohne eFuels nicht erreicht werden.
Mit dem Klimaabkommen von Paris aus dem Jahr 2015 haben sich 195 Staaten dem Ziel verpflichtet, der durch den Menschen verursachten Erderwärmung entgegenzuwirken. Der gemeinsame Vertrag sieht vor, dass eine Erwärmung von weniger als zwei Grad Celsius im Vergleich zur vorindustriellen Zeit angestrebt wird. Im besten Fall soll sogar die Marke von 1,5 Grad Celsius unterschritten werden. Es gibt verschiedene Bereiche, in denen technische Verbesserungen umgesetzt werden sollen, damit das Ziel erreicht wird. Betroffen sind unter anderem die Stromerzeugung, zahlreiche Industriebranchen sowie der Verkehrssektor.
Es existieren wissenschaftliche Berechnungen, unter welchen Voraussetzungen das Klimaziel erreicht werden kann. Sie basieren auf einem festen Budget an CO2-Emissionen, die in jedem Fall einzuhalten sind. Fest steht, dass der aktuelle weltweite Verbrauch an Rohstoffen und bisherigen Energieträgern nicht mit diesen Zielen in Einklang zu bringen sind. Es sind moderne und innovative Technologien erforderlich, die umweltschonend sind und in einem größeren Umfang auf die Verwendung erneuerbarer Energien aufbauen.
Daran setzt die Produktion von eFuels an. Die Entwicklung industrieller Anlagen ist bereits sehr weit fortgeschritten. So bauen bspw. Porsche & Siemens in Chile eine Anlage, die ab 2026 jährlich 550 Mio. Liter eFuels produzieren soll. Mit der Erprobung und der Produktion größerer Mengen werden die Herstellungsverfahren in der Regel immer effizienter und massentauglicher.
Aktuell erleben Elektroautos einen Aufwärtstrend. Durch eine breite Förderung wird Verbrauchern der Kauf schmackhaft gemacht. Zum Zwecke einer umweltschonenden Mobilität kaufen Autofahrer ein neues E-Fahrzeug, das zwar im Betrieb lokal weitestgehend CO2-neutral fährt, aber in der Produktion und dem Recycling der Batterie große Mengen CO2 emittiert. In einer Life – Cycle Betrachtung sind batterieelektrische Fahrzeuge somit alles andere als klimaneutral. Aber durch die aktuellen Subventionen erscheint der Kauf eines E-Autos lukrativ; es findet also auf mehreren Ebenen eine Verschwendung statt.
Wasserstoffautos werden mit Wasserstoff betankt. Brennstoffzellen gewinnen aus diesem mittels Elektrolyse Strom zum Betrieb des Fahrzeugs. Der Verbraucher muss auch diese Fahrzeuge zusätzlich anschaffen. Hinzu kommt, dass für beide Antriebsarten bisher keine geeignete flächendeckende Infrastruktur besteht.
Der Einsatz von eFuels ist deutlich unkomplizierter und im Alltag einfacher umsetzbar. Haben die neuen synthetischen Kraftstoffe ihre Marktreife erlangt, können sie einfach an einer Tankstelle getankt werden. Dabei kann das bestehende und engmaschige Tankstellennetz genutzt werden. Es müssen also nicht wie für die Elektromobilität & Wasserstoffautos zusätzlich weltweite Ladepunkte errichtet werden.
Der Start in eine CO2-ärmere Mobilität mit eFuels ist leicht umzusetzen: eFuels können schon jetzt in heutige Verbrennerfahrzeuge getankt werden. Für den Verbraucher ändert sich bei der Umstellung nichts, außer, dass er einen anderen Energieträger verwendet, der bis zu 90% weniger Neuemissionen produziert. Bei der Herstellung wird in etwa so viel Kohlenstoffdioxid gebunden, wie bei der Verbrennung anschließend wieder freigesetzt wird.
Der ökologische Fußabdruck im Fahrbetrieb wird somit deutlich reduziert. Aus ökologischer Sicht ist auch wichtig zu wissen, dass der Ausstoß von Ruß bei weitem nicht so hoch ist wie bspw. bei einem herkömmlichen Auto, das fossilen Kraftstoff aus Erdöl tankt.
Ein großer weiterer Vorteil ist, dass eFuels Erdöl in vielen unterschiedlichen Bereichen ersetzen können. Es können nicht nur PKWs, sondern auch Lastwagen, Flugzeuge, Personen- und Güterzüge und sogar Schiffe mit synthetischem Benzin & Diesel betrieben werden. Darüber hinaus wird es möglich sein, mit eFuels zu heizen. Sie sind ein vollumfänglicher Ersatz für konventionelle fossile Kraftstoffe und Heizöl.
Aktuell ist es noch nicht möglich, flächendeckend reine eFuels zu tanken. Bis es so weit ist, werden sicherlich noch ein paar Jahre vergehen. Allerdings sind bereits wichtige Meilensteine auf den Weg gebracht worden. Ab 2023 wird es bereits an einigen Tankstellen möglich sein, Kraftstoffe zu kaufen, denen eFuels beigemischt sind. Der Anteil des synthetischen Kraftstoffs kann nach aktueller DIN bis zu 20% betragen. Es ist geplant, das Verhältnis künftig immer weiter zugunsten der eFuels zu verändern, sodass der Treibstoff nach einigen Jahren entweder größtenteils oder sogar vollständig aus ihm besteht.
Wie unproblematisch der Umstieg von einem fossilen Benzin zu einem eFuel sein kann, will der Motorsport zeigen. Er war in der Vergangenheit immer wieder ein Testfeld, um neue Technologien zu erproben und weiterzuentwickeln, ehe sie in die Serienproduktion übergehen. So will die Formel 1 ab 2023 vollständig auf den Einsatz von eFuels setzen. Das Besondere: Die Motoren werden zunächst für den Einsatz von Benzin entworfen, denn sie werden bereits in der Saison 2022 eingesetzt. Von einer auf die andere Saison wird der Betriebsstoff geändert. Anpassungen des Motors ist per Reglement untersagt. Daran erkennt man die unkomplizierte Umstiegsmöglichkeit von bisherigen fossilen Kraftstoffen auf eFuels.
Aktuell werden eFuels noch in sehr kleinen Mengen produziert. Das ist sehr aufwendig. Wie teuer ein Liter eines eFuels ist, hängt auch von den unterschiedlichen Verfahren und Skalierungen ab. Dieser Wert wäre ohnehin nur schwer mit dem Preis eines marktreifen eFuels in einigen Jahren vergleichbar. Der Herstellungspreis könnte bald laut aktuellen Studien zwischen 0,80 Cent und 1,20 Euro pro Liter liegen. Die Bundesregierung hat angekündigt, zukünftig nicht nur andere Energieträger, sondern auch eFuels zu subventionieren. So können Verbraucher CO2-ärmere Kraftstoffe zu einem angemessenen Preis bald erwerben.
Bezüglich des Preises müssen zwei Dinge beachtet werden: Je erfahrener die Industrie bei der Produktion synthetischer Kraftstoffe ist, desto eher lassen sich die Kosten für die Herstellung reduzieren. Es ist davon auszugehen, dass die Preise langfristig stark sinken. Das ist bei konventionellen Kraftstoffen vermutlich nicht der Fall. Die immer geringer werdenden Vorkommen an Erdöl könnten den Preis von Diesel und Benzin in den kommenden Jahren weiter steigen lassen.
Die Produktion von eFuels ist geografisch nicht beschränkt. Auch bei uns in Deutschland können sie hergestellt werden, da die notwendigen Ressourcen verfügbar sind. Das ist natürlich ein entscheidender Vorteil im Vergleich zu Kraftstoffen, die aus Erdöl gewonnen werden. In großen Mengen ist das Erdöl ausschließlich in fernen Ländern verfügbar. Das Rohöl muss in die verschiedenen geografischen Märkte gebracht werden, was lange dauert und hohe Kosten verursacht. Um den Weltbedarf an grüner Energie zu decken, sollten langfristig eFuels aber in sonnen- und windreichen Regionen produziert werden.
Die deutsche Industrie treibt die Entwicklung von eFuels schon jetzt voran. Neben dem Sportwagenbauer Porsche, der die Vorreiterrolle innerhalb des Volkswagen-Konzerns einnimmt, hat sich unter anderem Siemens einem gemeinsamen Pilotprojekt zur Entwicklung synthetischer Kraftstoffes angeschlossen.
Gibt es eine dezentrale Produktion synthetischer Kraftstoffe in einer Vielzahl unterschiedlicher Länder, könnte dies zu einem neuen Gefüge auf dem Weltmarkt führen. Schließlich sind die Länder dann bei der Beschaffung ihrer Energieträger nicht mehr von den OPEC-Staaten allein abhängig.
Wenn die Energiewende erfolgreich sein soll, müssen geeignete regulative Anreize für Wirtschaft und Verbraucher gesetzt werden. Unternehmen würden dann in den Ausbau von CO2-ärmeren synthetischen Kraft- und Brennstoffen investieren und Verbraucher würden von fossilen auf nicht-fossile Kraftstoffe umsteigen. Die Politik müsste mehr auf Technologieoffenheit setzen, d.h. vor allem, dass Elektromobilität und Mobilität mit eFuels in Motoren vom Gesetzgeber nicht länger mit zweierlei Maß gemessen werden dürfen.
Für die Herstellung von eFuels wird mehr Ökostrom benötigt als für den Betrieb eines Elektrofahrzeugs. Wenn erneuerbare Energien aus globaler Sicht kein knappes Gut mehr sind und eFuels zukünftig in Regionen mit idealen Bedingungen für Solar- und Windenergie wie Nordafrika, Patagonien, Australien, dem nahen Osten produziert werden, sieht diese Bilanz schon ganz anders aus.
eFuels aus aller Welt können dann über bestehende Infrastrukturen einfach und kostengünstig zur Tankstelle transportiert werden, wodurch ein Großteil der Effizienzverluste bei der Energieumwandlung kompensiert werden.
Dann ist der Unterschied in der Gesamteffizienz zwischen direkter Elektrifizierung und importierten eFuels viel geringer als oft angegeben.
Bildquellen: Photo by Artem Verbo on Unsplash, Photo by Milan Popovic on Unsplash, Photo by Tasos Mansour on Unsplash, Photo by Anthony Tori on Unsplash
