Energieeffizienz von eFuels im Kontext: Warum Wirkungsgrad für eine Aussagekräftige Bewertung nicht ausreicht
Wirkungsgrad eFuels im Kontext: Warum er für die Effizienzbewertung nicht ausschlaggebend ist
Der Übergang zu einer nachhaltigen Mobilität ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Während Elektroautos oft als einzig wahre Lösung propagiert werden, geraten alternative Ansätze wie eFuels in die Kritik – insbesondere aufgrund ihres vermeintlich niedrigen Wirkungsgrads. Doch ist der Wirkungsgrad wirklich so schlecht, wenn man eine ganzheitliche Analyse von Lebenszyklen vornimmt? Und ist der Wirkungsgrad ohnehin das entscheidende Kriterium?
Wir beleuchten diese Aspekte, und welche Rolle eFuels in einem nachhaltigen Energiesystem spielen und wie Kuppelprodukte ihre Gesamtbilanz verbessern könnte.
Inhaltsübersicht
Was bedeutet Wirkungsgrad und warum steht er in der Kritik?
Wirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis von nutzbarer Energie zur eingesetzten Energie in einem System oder Prozess. Bei eFuels wird häufig der Gesamtwirkungsgrad von der erneuerbaren Stromerzeugung über die Kraftstoffherstellung bis zum Antrieb des Fahrzeugs betrachtet.
Kritiker argumentieren, dass eFuels im Vergleich zur direkten Nutzung von Strom in Elektrofahrzeugen einen geringeren Gesamtwirkungsgrad haben. Sie stützen sich dabei oft auf Grafiken und Darstellungen, die auf unrealistischen und unvollständigen Annahmen basieren, wie zum Beispiel einer industriellen eFuel-Produktion in Deutschland, wo erneuerbare Energien weniger effizient gewonnen werden.
Noch wichtiger, sie lassen die Herstellungsenergien von e-Autos im Vergleich zu Verbrennern völlig außer Acht. Weil ein e-Auto weiterhin sehr viel mehr Energie braucht für die Herstellung als ein vergleichbarer Verbrenner gibt es den so genannten „Rucksack“ am Anfang des Nutzungslebens. Dies beeinflusst den auf faire Weise errechneten Voll-Lebenszyklus-Wirkungsgrad auf unterschiedliche weise, je nachdem wie viel das Fahrzeug gefahren wird. Weil Akku und Elektronik unverzichtbare Komponenten der Energieversorgung solcher Fahrzeuge sind, kommt die Verzicht auf ihre Einberechnung einem anteiligen Verzicht auf das Diesel oder Benzin nahe, das ein Verbrenner in seinem Nutzleben verbrauchen würde.
Warum Effizienz nicht alles ist
Der Wirkungsgrad ist ein wichtiges Maß für die Energieeffizienz, aber er sollte nicht isoliert betrachtet werden. Es gibt mehrere Gründe, warum der Fokus allein auf den Wirkungsgrad zu kurz greift und nicht das alleinige Maß für die Sinnhaftigkeit einer Technologie darstellt. Ein weiterer Faktor, der extrem wichtig ist, ist die Auswirkung auf die Umwelt. Hier können eFuels in vielen Szenarien punkten, weil sie im Vergleich zu Batterien mit sehr geringen Umweltauswirkungen im Bereich Bergbau verbunden sind.
Ganzheitliche Betrachtung des Energiesystems
Eine ganzheitliche Betrachtung des Energiesystems zeigt, dass andere Faktoren ebenso wichtig oder sogar entscheidender sein können. Es geht darum, wie Technologien in das gesamte Energiesystem integriert werden, welche Synergien sie ermöglichen und welche Rolle sie im Kontext der Energiewende und im Umweltschutz spielen.
Standort der Energieerzeugung
Die Effizienz erneuerbarer Energien hängt stark vom Standort ab. Hier ist Photovoltaik in sonnenreichen Regionen der Erde oder Offshore-Windenergie deutlich nutzungseffizienter.
Flexibilität und Speicherung
eFuels ermöglichen die Speicherung und den Transport von überschüssiger erneuerbarer Energie aus Regionen mit hoher Effizienz zu Verbrauchsorten weltweit.
Nutzung bestehender Infrastruktur
eFuels können in vorhandenen Fahrzeugen und mit bestehenden Tankstellen genutzt werden, was große Investitionen in neue Infrastrukturen reduziert.
Dekarbonisierung Schifffahrt & Schwerlast
Bereiche wie Luftfahrt, Schifffahrt und Schwerlastverkehr können schwerlich elektrifiziert werden. eFuels bieten hier eine praktikable Lösung zur Reduktion von CO₂-Neuemissionen.
Die Kritik an der Effizienz von eFuels basiert oft auf vereinfachten Betrachtungen, die lediglich die Umwandlungsverluste zwischen Strom und Kraftstoff fokussieren. Neben Voll-Lebenszyklus-Analysen z.B. bei Fahrzeugen, zeigt eine ganzheitliche Betrachtung des Energiesystems, dass weitere Faktoren wie integrierte Prozesse die Effizienz des Gesamtsystems erheblich steigern können, indem sie verschiedene chemische und energetische Verfahren in einem geschlossenen Kreislauf kombinieren.
Wie erhöhen integrierte Prozesse die Effizienz?
- Energieoptimierung innerhalb der Prozesse:
Integrierte Prozesse nutzen die Energie, die während der CO2-Abscheidung, Elektrolyse und Synthese entsteht, effizient weiter. Beispielsweise wird die Prozessabwärme direkt in den nächsten Produktionsschritt zurückgeführt oder für externe Anwendungen bereitgestellt, wodurch Energieverluste minimiert werden. - Kopplung von Prozessen:
Die Kombination verschiedener Verfahrensschritte (z. B. CO2-Abscheidung und Synthese) in einer Anlage reduziert Transportverluste und senkt den Gesamtenergiebedarf. - Systemintegration in der Energiewende:
Integrierte Prozesse schaffen Synergien zwischen dem Energiesektor (Strom), der Industrie und dem Verkehr, indem überschüssige erneuerbare Energie gespeichert und in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt wird.
Effizienz im Kontext globaler Ressourcen
Effizienz ist besonders dann relevant, wenn ein Mangel an einer Ressource besteht. Weltweit gibt es jedoch keinen Mangel an erneuerbarer Energie. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zeigt, dass eine relativ kleine Fläche mit Solarparks ausreichen würde, um den gesamten Energiebedarf Deutschlands oder sogar der Erde zu decken.
Die Effizienz der eFuel-Produktion wird stark vom Standort und den verwendeten Prozessen beeinflusst. Regionen mit einem Überfluss an erneuerbarer Energie, wie windreiche Länder (z. B. Nordseeländer) oder sonnenreiche Regionen (z. B. die Sahara Wüste), bieten optimale Bedingungen für eine ressourcenschonende eFuel-Produktion.
Kuppelprodukte verbessern die Gesamtbilanz
Was sind Kuppelprodukte?
Die Herstellung von eFuels erfolgt über Prozesse wie die Fischer-Tropsch-Synthese oder das Methanol-to-Gasoline-Verfahren. Dabei entstehen zwangsläufig mehrere Produkte gleichzeitig – sogenannte Kuppelprodukte. Neben dem Hauptprodukt eFuel werden wertvolle Nebenprodukte wie eKerosin, eDiesel und eBenzin erzeugt, die in verschiedenen Bereichen genutzt werden können. Zudem entstehen weitere Kuppelprodukte, die für unterschiedlichste Branchen und Prozesse notwendig sind. Dies erhöht die Gesamteffizienz und Wirtschaftlichkeit von eFuels.
Die Rolle von eKerosin als Kuppelprodukt
Technische Kuppelproduktion: Bei der Produktion von synthetischen Kraftstoffen ist es technisch unvermeidbar, dass neben eBenzin und eDiesel auch eKerosin entsteht. Dieses Kuppelprodukt kann im Luftverkehr eingesetzt werden und trägt zur Dekarbonisierung der Luftfahrt bei.
Synergien zwischen Verkehrsträgern: Die gemeinsame Produktion von eFuels für Straße, Luft und See ermöglicht es, die Produktion effizienter zu gestalten und Kosten zu senken. Investitionen in eFuel-Anlagen profitieren von der Vermarktung aller Kuppelprodukte.
Beispiele für Kuppelprodukte
Sauerstoff: Bei der Elektrolyse von Wasser entsteht neben Wasserstoff auch Sauerstoff, der in der Medizin, Metallurgie oder Wasseraufbereitung genutzt werden kann.
Wärmeenergie: Abwärme aus Syntheseprozessen kann zur Beheizung von Gebäuden, in Fernwärmenetzen oder für industrielle Prozesse verwendet werden.
Chemische Grundstoffe: CO2-basierte Prozesse können eine Vielzahl unverzichtbarer Grundstoffe und innovativer Materialien für die chemische Industrie liefern.
weitere Informationen zur Bedeutung von Kuppelprodukten bei der Herstellung von eFuels finden Sie unter „eFuels und Kuppelproduktion: Warum der Straßenverkehr für klimafreundlichen Flugverkehr entscheidend ist“.
Die Rolle von eFuels in der Energiewende
Frühe Investoren in die Produktion von eFuels und RFNBOs (erneuerbare Kraftstoffe nicht-biologischen Ursprungs) tragen ein hohes finanzielles Risiko. Die initialen Produktionskosten sind hoch, und die Marktbedingungen sind unsicher.
Integration erneuerbarer Energien
Die Energiewende setzt auf einen massiven Ausbau erneuerbarer Energien. eFuels können hierbei eine Schlüsselrolle spielen. Sie ermöglichen es, überschüssigen Strom aus Wind- und Solarenergie in chemischer Form zu speichern und bei Bedarf zu nutzen. Dies trägt zur Stabilität des Energiesystems bei und verhindert, dass erneuerbare Energie ungenutzt bleibt oder Anlagen abgeschaltet werden müssen.
Reduzierung von Infrastrukturkosten
Durch die Nutzung bestehender Tankstellen und Fahrzeuge werden hohe Investitionskosten für neue Infrastrukturen vermieden. Dies beschleunigt die Umstellung auf klimafreundliche Technologien und macht sie wirtschaftlich attraktiver.
Globale Perspektive
eFuels können in Regionen mit hohem Potenzial für erneuerbare Energien produziert und weltweit transportiert werden. Dies fördert internationale Energiepartnerschaften und trägt zur globalen Dekarbonisierung bei. Länder mit überschüssiger grüner Energie, wie Chile oder Marokko, können ihre Ressourcen exportieren, was auch zur wirtschaftlichen Entwicklung dieser Regionen beiträgt.
Praktische Beispiele und Projekte
Haru Oni-Projekt in Chile
In der windreichen Region Patagonien entsteht eine Pilotanlage zur Produktion von eFuels, an der Unternehmen wie Siemens Energy und Porsche beteiligt sind. Neben eFuels wird der bei der Elektrolyse entstehende Sauerstoff genutzt, und die Abwärme aus dem Prozess dient der lokalen Energieversorgung. Dieses Projekt demonstriert die praktische Umsetzung der eFuel-Produktion und die Nutzung von Kuppelprodukten zur Steigerung der Effizienz.
Project Mosjøen
eFuel-Anlage in Norwegen
In der Gemeinde Vefsn in Nordnorwegen errichtet Norsk e-Fuel seine erste industrielle eFuel-Produktionsanlage. Das Projekt Mosjøen wird eine Produktionskapazität von 50 Millionen Litern erneuerbarer Kraftstoffe pro Jahr haben. Die Anlage ist darauf ausgelegt aus Wasserkraft, hauptsächlich eKerosin für die Luftfahrtindustrie zu produzieren, der restliche Anteil wird als eNaphtha in der chemischen Industrie Verwendung finden.
Zusätzlich plant das Unternehmen zwei weitere Analgen in Norwegen und Finnland.
eFuel-Anlage von CAPHENIA in Frankfurt-Höchst
Das bayerische Clean-Tech-Unternehmen CAPHENIA entwickelt im Industriepark Frankfurt-Höchst eine Produktionsanlage zur Herstellung von erneuerbaren synthetischen Kraftstoffen. Zentrales Element der Anlage ist ein eigens entwickelter Reaktor mit patentierter Plasma-Boudouard-Technologie (PBR). Die Inbetriebnahme der Anlage ist für das erste Halbjahr 2025 geplant und soll jährlich rund 500 Tonnen erneuerbare synthetische Kraftstoffe produzieren.
Kritische Betrachtung des Wirkungsgrads
Vergleich mit anderen Energieträgern
Während Elektrofahrzeuge im Fahrzeugbetrieb einen höheren Wirkungsgrad haben, müssen auch Faktoren wie die Effizienz der Energieerzeugung, Umweltauswirkungen bei der Batterieproduktion, Rohstoffabbau und Entsorgung berücksichtigt werden. Zudem ist die Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland weniger effizient als in sonnen- und windreichen Ländern.
Relevanz des Wirkungsgrads im Kontext
Der Wirkungsgrad ist weniger kritisch, wenn erneuerbare Energie im Überfluss vorhanden ist. Die Gesamteffizienz von eFuels kann mit der von Elektrofahrzeugen vergleichbar sein, wenn man die gesamte Energieversorgungskette betrachtet. Zudem ermöglicht die Nutzung von eFuels, einschließlich der Vermarktung von Kuppelprodukten wie eKerosin, die sofortige Reduktion von CO₂-Neuemissionen im bestehenden Fahrzeug- und Flugzeugbestand, ohne auf den vollständigen Austausch der Flotte warten zu müssen.
Der Wirkungsgrad ist ein wichtiger Faktor, aber nicht das alleinige Kriterium bei der Bewertung von Energieträgern. eFuels bieten durch ihre Flexibilität, Speicherfähigkeit und die Nutzung von Kuppelprodukten erhebliche Vorteile. Sie ermöglichen die effiziente Nutzung erneuerbarer Energien, reduzieren Infrastrukturkosten und fördern globale Energiepartnerschaften. Eine ganzheitliche Betrachtung des Energiesystems zeigt, dass eFuels ein wertvoller Baustein in einem nachhaltigen Energiemix sind und maßgeblich zur Dekarbonisierung beitragen können.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Effizienz von eFuels
Der Wirkungsgrad ist nur ein Aspekt und muss in einer fairen Betrachtung auch die Herstellung eines betrachteten Gegenstandes berücksichtigen. Bei einer ganzheitlichen Betrachtung, die die hohe Effizienz der erneuerbaren Energieerzeugung in geeigneten Regionen und die Nutzung von Kuppelprodukten wie eKerosin berücksichtigt, ist die Gesamteffizienz von eFuels vergleichbar mit der von Elektrofahrzeugen. Die Vorteile von eFuels, wie Speicherfähigkeit, Nutzung bestehender Infrastruktur und Dekarbonisierung schwer elektrifizierbarer Sektoren, machen sie zu einer wichtigen Ergänzung im Energiemix.
Die großmengige Speicherung und Verteilung von Wasserstoff ist technisch aufwendig und teuer, da er stark gekühlt und unter hohem Druck gelagert werden muss. eFuels werden aus niedrigkomprimiertem Wasserstoff hergestellt, haben eine höhere volumetrische Energiedichte bei „normalen“ Temperaturen und Drücken, und können einfacher und effizienter gespeichert und verteilt werden.
Kuppelprodukte wie eKerosin, Sauerstoff und Wärmeenergie können verkauft oder genutzt werden, was zusätzliche Einnahmen generiert und die Gesamtenergieeffizienz erhöht.
Mit steigender Produktion, technologischen Fortschritten und Skaleneffekten werden die Produktionskosten von eFuels sinken. Politische Unterstützung und Investitionen können diesen Prozess beschleunigen.
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