E-Fuels: Der Sp(i)rit der Zukunft?

23.05.2023 | E-Mobility News | E-xpertise

Warum E-Fuels?

Bis zum Jahr 2050 soll, nach dem Pariser Klimaabkommen, eine CO2-Reduktion von 80 bis 95% stattfinden. Dabei wird im Verkehrssektor eine Minderung des Energieverbrauchs um 40% angestrebt. Sehr ambitionierte Ziele, für die es nun Zeit wird, Lösungswege zu finden. Die naheliegendste Option ist die vollständige Elektrifizierung des PKW-Verkehrs. Doch die benötigt Zeit. Ein weiteres Problem: Andere entscheidende Verbraucher von Flüssigtreibstoffen, wie LKWs, Schiffe, Teile des Schienenverkehrs aber auch Verbrennungskraftmaschinen, wie zum Beispiel Baumaschinen, können nur sehr schwer elektrifiziert werden. Gründe dafür sind schwere Batterien, ein hoher Leistungsbedarf und eine geringe Reichweite.

Für den Flugverkehr stellen Elektroantriebe aufgrund der spezifischen Anforderungen an den Kraftstoff (Kerosin) aktuell noch keine realistische Alternative dar. Der limitierende Faktor ist dabei die Batterie, beziehungsweise deren Gewicht bei der erforderlichen Menge an speicherbarer Energie um das Flugzeug lang genug in der Luft halten zu können. Durch eine batterieelektrische Lösung lassen sich die angestrebten Ziele also nicht erreichen. Hier kommen E-Fuels ins Spiel. Denn bei ausreichender Verfügbarkeit können diese sofort genutzt werden, ohne vorher eine neue Antriebsform entwickeln zu müssen. Außerdem sind flüssige Energieträger nach wie vor die einfachste Alternative, um Energie verlustfrei und über einen längeren Zeitraum hinweg zu speichern sowie über größere Distanzen  zu transportieren..

E-Fuels – was ist das eigentlich?

E-Fuels, abgeleitet von dem Englischen „electro fuel“, ist ein Sammelbegriff für alle Kraftstoffe, die auf Basis erneuerbarer Energien synthetisch hergestellt werden. Das bedeutet, dass sie nicht mineralischen Ursprungs sind – also keine endlichen Ressourcen, wie zum Beispiel Erdöl, verbrauchen. Es handelt sich daher  um Sprit, der anstelle von Erdöl aus Strom hergestellt wird. 

Als klimaneutral werden E-Fuels betrachtet, da sie nur so viel Treibhausgase ausstoßen, wie für ihre Herstellung aus der Atmosphäre entnommen wird. Der Fokus der Forschung zu E-Fuels liegt dabei auf der Entwicklung von Alternativen zu flüssigen Kraftstoffen wie Kerosin, Diesel, Benzin oder Methanol.

So werden E-Fuels hergestellt

Bei der Herstellung der synthetischen Kraftstoffe werden die Moleküle, aus denen fossiles Erdöl besteht, nachgebaut. Und zwar aus CO2 und Wasser. Wie genau das funktioniert? Vereinfacht dargestellt, sieht der Prozess folgendermaßen aus: 

• Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. 
• Dafür wird Strom aus erneuerbaren Energien wie z.B. Sonne, Wind oder Wasser verwendet.
• Dieser Wasserstoff verbindet sich dann mit dem CO2 aus der Luft und wird in einem letzten Schritt zu flüssigem Kraftstoff synthetisiert.

Da die Herstellung von E-Fuels genau so viel CO2 aus der Atmosphäre im Kraftstoff bindet, wie dann bei der Verbrennung ausgestoßen wird, kann dies als CO2 neutral eingestuft werden. Aber reicht das aus, um die angestrebten Klimaziele zu erreichen?

Diese Vorteile bieten E-Fuels

E-Fuels werden immer wieder als potentielle Lösung diskutiert. Dafür gibt es natürlich Gründe:

Die Energiedichte

Ein Vorteil den E-Fuels bieten, ist, dass sie sich durch eine hohe volumetrische Energiedichte auszeichnen. Das bedeutet: Sie können viel Energie speichern. Trotzdem sind sie im Vergleich zu E-Akkus ineffizienter. E-Autos verfügen mit Abstand über die beste Energiebilanz.

Die Transportmöglichkeiten

Auch haben E-Fuels den Vorteil, dass sie sich über weite Strecken mit geringen Energieverlusten transportieren lassen und man sich bei der Produktion auch Wind- und Sonnenenergie aus weit entfernten Regionen zu Nutze machen kann.

Die Mischbarkeit

Ein weiterer Vorteil ist die sog. Drop In Möglichkeit. Das bedeutet, dass sie je nach Verfügbarkeit auch ganz einfach konventionellen Kraftstoffen beigemischt werden und diese Tropfen für Tropfen ersetzen können.

E-Fuels: Wo ist der Haken?

Ein wesentlicher Nachteil der synthetischen Kraftstoffe ist deren schlechter Wirkungsgrad. Das bedeutet, dass bei der Umwandlung von Strom in den Kraftstoff sehr viel Energie verloren geht. Mehr als 20% der Energie kommen am Ende nicht beim Motor an. Das bedeutet letztlich, dass der Bedarf an erneuerbaren Energien für die Produktion höher ist, als würde der Strom direkt zum Laden eines E-Autos verwendet.  Zwar wird bei der Produktion kein CO2 ausgestoßen, sehr wohl aber bei der Verbrennung im Motor. Gesundheitsschädliches Kohlenmonoxid sowie Stickstoff werden ebenfalls weiter ausgestoßen. Auch das Problem mit Feinstaub bleibt. Ein weiterer Faktor: Die Strommenge, die aus erneuerbaren Quellen in Europa erschlossen werden kann, schwankt. Vermutlich würde diese den steigenden Bedarf für die Produktion von E-Fuels nicht decken.. Daher müsste man auf regenerativen Strom aus anderen Ländern zugreifen, die aufgrund lokaler Gegebenheiten größere Mengen an erneuerbarem Strom generieren. .

Kosten der Tankladung mit E-Fuels

Die EU-Staaten haben ein Verbrenner-Aus für Neuwagen ab 2035 beschlossen. Auf Drängen Deutschlands wurden die Regelungen kurzfristig doch noch geändert. Denn es wird eine Ausnahme für E-Fuels, also klimaneutrale, synthetisch hergestellte Kraftstoffe geben. Derzeit sind die Kosten von E-Fuels etwa doppelt so hoch wie die von herkömmlichen fossilen Kraftstoffen. Bei größeren Produktionsmengen und sinkenden Strompreisen könnten sie allerdings deutlich günstiger werden. Die Kraftstoffkosten werden dabei auf 1,20 bis 1,70 Euro pro Liter geschätzt.

Fazit: Sind E-Fuels der Sp(i)rit der Zukunft?

Eins ist klar: Mit dem Einsatz von E-Fuels im Verkehrssektor würde sich die große Menge an Treibhausgasen reduzieren. Werden konsequent synthetische Kraftstoffe eingesetzt, ergänzend zur Elektrifizierung von PKW und Co., könnten bis 2050 2,8 Gigatonnen eingespart werden. Anders ausgedrückt: Satte 2.800.000.000.000 Kilogramm CO2. Wie es weitergeht, wird die Zukunft zeigen. Wir berichten. 

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