Über die Chancen von und Probleme bei synthetischen Kraftstoffen

Nicht nur Elektroautos können dazu beitragen, dass die Luft in unseren Städten sauberer wird. Auch mit synthetischen Kraftstoffen kann der Schadstoffausstoß reduziert werden. Synthetische Kraftstoffe – auch E-Fuels genannt – werden im Gegensatz zu Benzin und Diesel nicht aus Erdöl, sondern aus erneuerbarem Strom und CO2 gewonnen. Sie können aber wie Benzin oder Diesel in Verbrennungsmotoren eingesetzt oder diesen beigemischt werden. E-Fuels verbrennen nahezu rußfrei und erlauben es daher, Motoren so zu verbessern, dass sie in der Gesamtbilanz sehr viel weniger CO2 als Benzin und Diesel und fast keinen Feinstaub oder Stickstoffoxid emittieren.

In Zukunft dürften sowohl synthetische Kraftstoffe als auch die Elektromobilität in sinnvoller Kombination notwendig sein, um Klimaziele einhalten zu können. Ihr Zusammenspiel verspricht deutliche Fortschritte auf dem Weg hin zu einer emissionsfreien Mobilität – auch in nur schwer zu elektrifizierenden Bereichen wie Schiffe, Flugzeuge und Lastwagen. Wenn es also gelingt, synthetische Kraftstoffe in großen Mengen herzustellen, würden Autos künftig weniger Schadstoffe ausstoßen. Es hätte zudem den Vorteil, dass sie nur wenig umgebaut werden müssten – anders als bei der Umstellung auf Elektroantrieb. Ein weiterer Vorteil ist, dass Tankstellen bestehen bleiben könnten.

Wichtiger Teil der Energiewende

Und noch etwas spricht für die E-Fuels: Ähnlich wie Benzin oder Diesel lassen sie sich sehr gut für längere Zeit lagern – anders als Strom, der aus Wind und Sonne erzeugt wurde. Es wäre zum Beispiel möglich, an Tagen mit viel Sonnenschein und viel Wind überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien zu synthetischen Kraftstoffen zu verarbeiten. So könnten E-Fuels ein wichtiger Bestandteil der Energiewende werden.

Hergestellt werden können E-Fuels aus verschiedenen Rohstoffen: aus fossilen Quellen und Biomasse, vor allem aber auch aus CO2, Wasser und regenerativ erzeugtem Strom. Das ist besonders interessant. Werden nämlich synthetische Kraftstoffe aus Biomasse oder regenerativen Energien gewonnen, ist ihre CO2-Bilanz nahezu neutral, da nur so viel CO2 ausgestoßen wird, wie für ihre Produktion gebraucht wurde. Das benötigte CO2 kann dabei entweder direkt aus der Atmosphäre gewonnen, oder bei Industrieprozessen wie der Stahlproduktion abgefangen werden.

Noch besteht einiger Forschungs- und Enwicklungsbedarf, vor allem wenn es darum geht, synthetische Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien und CO2 in großen Anlagen herzustellen. Erste kleine Anlagen konnten bisher nur wenige Liter Kraftstoff liefern. Auch ist bekannt, dass synthetische Kraftstoffe sich in bestimmten Eigenschaften von fossilen Kraftstoffen unterscheiden und somit unter Umständen Anpassungen von Verbrennungsmotoren nötig machen – zum Beispiel an Dichtungen oder an der Einspritzpumpe. Tatsache ist auch: Bei den derzeitigen Verfahren und den aktuellen Rohölpreisen sind synthetische Rohstoffe wirtschaftlich noch nicht rentabel.

„Wir müssen die Anlage nur bauen“

Das Unternehmen Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH (CAC) hat bereits einen marktreifen Prozess zur Erzeugung von CO2-neutralem Benzin nur aus Kohlendioxid, grünem Strom und Wasser entwickelt – ganz ohne fossile Brennstoffe. „Synthetisches Benzin kann bestehendem Kraftstoff zugemischt werden oder diesen sogar vollständig ersetzen. Die von der Bundesregierung aufgestellten Klimaziele werden sofort erreicht, die bestehende Infrastruktur bis zur Tankstelle wird genutzt und jeder der 30 Millionen Ottomotoren, allein in Deutschland, kann mit klimafreundlicherem Benzin betankt werden“, so Joachim Engelmann, Geschäftsführer der CAC. „Ohne zusätzlichen Aufwand ist es sofort einsetzbar, wir müssen die Anlage nur bauen.“ Ein weiterer wichtiger Anreiz dafür müsse die Anrechenbarkeit von E-Fuels auf die Flottenbilanz der deutschen Automobilhersteller sein, findet Engelmann. Hierfür müssten politische Weichen gestellt werden. Die aktuell höheren Kosten im Vergleich zu herkömmlichem Benzin lassen sich durch größere Anlagen mit höherer Kapazität und steuerliche Förderungen weiter senken. Durch Zumischen von 14 Prozent zu herkömmlichem Benzin könne kurzfristig die Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED II) erfüllt werden, so der CAC-Geschäftsführer.

In mehr als zehn Jahren intensiver Arbeit haben die Chemnitzer CAC-Ingenieure ihren Prozess zur Erzeugung von CO2-neutralem Benzin entwickelt. Sowohl die Qualität des E-Fuels als auch das technische Anlagendesign ermöglichen die Umsetzung in einen großindustriellen Maßstab, um sofort auch die Nachhaltigkeitsziele der EU (RED II) und der deutschen Bundesregierung umzusetzen. Die wichtigste Prozessstufe in der Herstellungskette ist die Umwandlung des aus CO2 und Wasserstoff gewonnenen Methanols zu Benzin. In der Demonstrationsanlage an der TU Bergakademie Freiberg produzierte CAC im Oktober 2019 mehr als 16.000 Liter des grünen Benzins. Die Demonstrationsanlage kann 100 Liter pro Stunde herstellen. Abgefüllt und adressiert an die Automobilhersteller für Flottenversuche habe sich die Praxistauglichkeit bestätigt, so CAC in einer aktuellen Mitteilung. Ziel ist, bis 2030 eine Million Tonnen synthetisches Benzin herzustellen.

Auch Porsche setzt auf synthetisches Benzin

Auch Porsche arbeitet an der Entwicklung synthetischer Kraftstoffe. Der Sportwagenhersteller geht davon aus, dass der Verbrennungsmotor die Autowelt noch viele Jahre dominieren werde, sagte Entwicklungsvorstand Michael Steiner der Deutschen Presse-Agentur. „Wenn man die Bestandsflotte perspektivisch nachhaltig betreiben will, sind E-Fuels ein elementarer Bestandteil“, betonte er. Porsche suche nun „nach geeigneten Partnern, die mit uns Pilotanlagen bauen und den Nachweis führen wollen, dass die gesamte Prozesskette funktioniert und industrialisierbar ist“, so Steiner. Der Hersteller wolle bei möglichen Kooperationen Einfluss auf die Entwicklung des synthetischen Kraftstoffs nehmen können. „Wir wollen unbedingt mit spezifizieren, damit dieser Kraftstoff so tauglich ist, dass er auch für Hochleistungsmotoren funktioniert“, so Steiner. Probleme wie bei der Einführung von E10 dürften sich nicht wiederholen.

Zwar setzt Porsche mit dem Taycan, seinem ersten reinen Stromer, und mehreren Plug-in-Modellen auch verstärkt auf Batterieantriebe. Für besseren Klimaschutz seien aber auch synthetische Kraftstoffe wichtig: „Die Elektromobilität ist eine absolut begeisternde und überzeugende Technologie. Aber für sich allein genommen bringt sie uns in Richtung Nachhaltigkeit weniger schnell voran, als wir vorankommen wollen“, sagte Steiner. Mit E-Fuels könne auch die Bestandsflotte klimafreundlicher unterwegs sein, so der Porsche-Entwicklungschef.

Steiner räumt zwar ein, dass es deutlich effizienter ist, regenerativ erzeugte Energie in einem Batterieauto zu nutzen, da die Herstellung von E-Fuels energetisch sehr aufwändig ist. Die Technologie habe aber dennoch ihre Daseinsberechtigung: „Wenn es uns gelingt, als Menschheit die weltweit betrachtet im Überschuss vorhandene regenerative Energie zu nutzen, können wir die Nachhaltigkeit höher priorisieren als die Effizienz“, findet er.

16 kWh Strom für einen Liter E-Fuel

Bei Herstellungsprozess der Chemieanlagenbau Chemnitz etwa werden für nur einen Liter synthetisches Benzin 16,1 kWh Strom benötigt. Damit kommt ein reines Elektroauto gut 100 Kilometer weit – manche mehr, manche weniger. Ein weiterer Effizienz-Vergleich: Berechnungen von PricewaterhouseCoopers (PwC) sowie dem International Council on Clean Transportation (ICCT) zufolge erreicht per Photovoltaik produzierter Strom beim batterieelektrischen Auto einen Wirkungsgrad von 70 Prozent (PwC) bzw. 72 Prozent (ICCT). Bei synthetischen Kraftstoffen sind es magere elf Prozent (PwC) bzw. 16 Prozent (ICCT).

Es mag paradox klingen, aus Klimaschutzgründen wäre es dennoch sinnvoll, E-Fuels flächendeckend einzuführen. Denn weltweit sind mehr als eine Milliarde Pkw auf den Straßen – fast ausschließlich mit Verbrennungsmotoren ausgestattet. Und sie werden noch viele, viele Jahre im Einsatz sein. Für einen heute produzierten Neuwagen liegt die Lebensdauer bei mehr als 20 Jahren. Denn für deutsche Verhältnisse unattraktive weil alte Gebrauchtwagen sind weltweit begehrt, in Ländern der dritten Welt beispielsweise, und werden dort oft gefahren, bis sie buchstäblich auseinanderfallen. Der weltweite Fuhrpark kann sich kurzfristig nicht mit Elektro- und Brennstoffzellenautos ersetzen lassen. Mit synthetischem Benzin allerdings könnte der riesige Bestand weitgehend klimaneutral betrieben werden, in der Theorie zumindest. Einen Versuch wäre es wert.

Quelle: Bundesforschungsministerium – Pressemitteilung // Chemieanlagenbau Chemnitz – Pressemitteilung vom 11.08.2020 // Autohaus – Synthetische Kraftstoffe: Porsche steigt in E-Fuels-Entwicklung ein // Heise – Synthetisches Benzin: Wenig effizient, aber sinnvoll