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Mobilität in Zeiten von CoronaWasserstoff und E-Fuel: Elektrifizierung ohne Steckdose

Synthetische Kraftstoffe aus Ökostrom und recyceltem CO2 könnten das Erdöl ablösen und dem E-Auto Kon­kurrenz machen. Porsche arbeitet genauso wie Shell an dieser Zukunft. Die Hintergründe.

Energiegewinnung mittels Windrädern für Wasserstoff und E-Fuels © sidorovstock/stock.adobe.com
 

Nicht nur Wissenschaftler wie Robert Schlögl vom Max-Planck-­Institut für Chemische Energiekonversion in Mühlheim fordern eine offene Diskussion, wie das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 in Europa auch im Verkehr erreicht werden kann. Er hält synthetische Kraftstoffe, von Wasserstoff bis zu synthetischem Diesel und Benzin, für wichtige Ergänzungen zum batterie­elektrischen Antrieb. Diese könnten langfristig auch in nötigen Mengen erzeugt werden, da sie sich hervorragend als Speicher von Strom eignen. Biomasse dagegen hält Schlögl für nur begrenzt verfügbar, da sie in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion stehe. Am wichtigsten sei es, so Schlögl, eine Energiewende einzuleiten, die innerhalb eines Jahrzehnts die Emissionen des Gesamtenergiesystems senke und die Abhängigkeit von den Erdölimporten stark reduziere. Das bedeutet, dass es kostengünstige Lösungen mit vorhandenen Komponenten braucht, damit sich in kurzer Zeit viele Kunden dafür entscheiden.

Doch um das Klimaziel zu erreichen, sind weitere große Schritte nötig. Ein Ansatz sind strombasierte synthetische Kraftstoffe, auch E-Fuels genannt, die aus Ökostrom und CO2 oder CO erzeugt werden. Ihr Plus: Sie sind meist flüssig und können die vorhandene Tank­infrastruktur sowie die herkömmlichen Verbrennungsmotoren nutzen. Außerdem sie sind im optimalen Fall CO2-neutral und verursachen deutlich weniger Schadstoffe als aktuelle Motoren. Und, so Eberhard Jacob von Bodman-Ludwigshafen beim Wiener Motorensymposium: Sie ermöglichen die Integration der Mobilität in nachhaltige Energiesysteme, was die EU mit dem „Green Deal“ anstrebt.

Regional können Biokraftstoffe zwar auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, vor allem in Ländern mit unsicherer Stromversorgung, großem Biomasseangebot und geringer Kaufkraft der Kunden. In vielen Regionen der Welt können sich Staaten den Aufbau einer Stromlade- oder Wasserstoffinfrastruktur schlicht nicht leisten. Laut Schlögl wird vielfach auch die nötige Energiemenge für den Transport unterschätzt. 2017 war in der EU der Energieverbrauch des Transportbereichs deutlich höher als der Gesamtstromverbrauch.

Grundsätzlich wird seit Langem versucht, den Verbrauch von Benzin und Diesel im Pkw-Bereich zu senken. Die EU gilt weltweit als Vorreiterin in Sachen CO2-Reduktion bei Pkw und inzwischen auch bei Lkw. Der erste große Schritt war die Beimengung von sogenannten Biokraftstoffen zu Benzin und Diesel. Verschiedene Projekte zeigen, dass noch deutlich mehr möglich ist. VW etwa betreibt Werksfahrzeuge mit 33 Prozent „Ersatzdiesel“ (R33 von Shell). Der Test mit diesem synthetischen Diesel aus altem Frittieröl entspricht der Kraftstoffnorm und kann ohne Motorumrüstung dem fossilen Diesel beigemengt werden. Damit lassen sich laut VW mindestens 20 Prozent CO2 einsparen, allerdings nur, wenn die Herstellung dieses Kraftstoffs mitberücksichtigt wird („Well to Wheel“, von der Quelle bis zum Rad) und nicht bloß die Auspuffabgase. In der Schweiz ist dies anders als in der EU bereits der Fall.

Unter den aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen gibt es keinen wirtschaftlichen Grund, in teure E-Fuel-Anlagen zu investieren.

Ulrich Kramer

Grüner Wasserstoff

Wenn es nur um den Wirkungsgrad geht, wäre es am vernünftigsten, bei der Umwandlung von Ökostrom zu grünem Wasserstoff zu bleiben, also beim ersten Schritt zu E-Kraftstoffen, so Schlögl. Viele Projekte bauen auch darauf, selbst in Kombination mit einem Verbrennungsmotor. Mit dabei sind das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik unter der Leitung von Helmut Eichlseder an der TU Graz und Bosch. Graz ist mit der TU sowie dem Institut ­HyCentA das Zentrum für die österreichische Wasser­­stoff­forschung. Die serienmäßige Umsetzung dieses Wasserstoffantriebs ginge laut Eichls­eder vergleichsweise rasch, in rund vier Jahren. „Die größere Schwierigkeit liegt in der Bereitstellung von grünem Wasserstoff“.

Die meiste Energie benötigt die Erzeugung von E-Fuels wie E-Diesel oder E-Benzin, die nach der Herstellung von grünem Wasserstoff weitere Umwandlungsschritte durchlaufen. Aber: Sie sind für Fahrzeuge leicht, kostengünstig und sicher zu speichern und zu tanken, anders als Wasserstoff. Sie bieten wie Wasserstoff die Chance, so Schlögl, das immer größere Dilemma des Stromtransports zu lösen. Das bisherige System mit Hochspannungsleitungen könne mit den Erfordernissen etwa schnell wachsender Wind­energieanlagen immer weniger mithalten. Genehmigung und Bau neuer Fernleitungen dauern Jahrzehnte, wie Beispiele in Salzburg oder in Deutschland zeigen. Gespeichert in E-Fuels ließe sich der Strom dagegen ohne neue Stromtrassen wie Erdöl transportieren.

Das CO2-Senkungspotenzial erneuerbarer Kraftstoffe ist vergleichbar zum kompletten Effekt aus Digitalisierung und starker Verkehrsverlagerung sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr.

Stefan Hartung

Erdöl als Ressource ablösen

Für den Emissionsexperten Jacob haben synthetische und E-Kraftstoffe aus grünem Strom und recyceltem CO2 „das Potenzial, Erdöl als Ressource abzulösen“. Wird die Herstellung der Energie und der Fahrzeuge sowie das Recycling berücksichtigt, können E-Fuels bei CO2 besser abschneiden als batterieelektrische Antriebe. Die Preise von Diesel und Benzin aus Erdöl gelten, solange diese Kraftstoffe nicht verboten sind, als Maßstab. Da setzt der Erdöl-Preisverfall im Zuge der Coronakrise den E-Fuels zusätzlich zu. Darin sieht Jacob in der EU die größte Herausforderung. Asien könnte auch hier wie bei den Batteriezellen wieder wegen des Kostenvorteils Europa den Rang ablaufen. China stellt bereits großtechnisch synthetischen Diesel her.

Ein großer Kostenschnitt wäre möglich, wenn Solar- und Windstrom in dafür bevorzugten Regionen erzeugt würden: im Mittelmeer- und nordafrikanischen Raum. Dies bestätigt auch eine große deutsche Studie über klimaneutrales Fahren im Jahr 2050. In diesem südlichen Gebiet kann, so Jacob, Ökostrom um 2 Cent pro Kilowattstunde erzeugt werden und damit zu einem Bruchteil der Kosten von Windstrom etwa aus der Nordsee. Wird dieser Wüstenstrom vor Ort via Elektrolyse zu grünem Wasserstoff verarbeitet, ist er auch ohne Hochspannungsleitungen transportierbar.

Die größere Schwierigkeit liegt in der Bereitstellung von grünem Wasserstoff.

Helmut Eichlseder

An Importen von grüner Energie führt laut Schlögl und Jacob für die EU kein Weg vorbei. In Europa gibt es nur kleinere Versuchsanlagen. Eine wurde von Audi 2013 im deutschen Werlte vorgestellt, wo E-Gas via grünen Wasserstoff und abgespaltenes CO2 erzeugt wird. Audi arbeitet auch an Projekten, um flüssige E-Fuels zu erzeugen. Reiner Mangold, Leiter des Bereichs „Nachhaltige Produktentwicklung“ bei Audi: „Unser Engagement in diesem Bereich hängt davon ab, welche Signale die Politik in Bezug auf E-Fuels sendet.“ Das Engagement müsse sich rechnen. Aber auch Porsche hat sich zur E-Fuels-Entwicklung bekannt.

Weltweit größte Wasserstoff-Elektrolyse

Den Sprung in die milliardenteure Großserie wagt als Erster Shell. Der Ölmulti startet mit Partnern einen Mega-Windpark (NortH2) mit einer Leistung von drei bis vier Gigawatt bis 2030 und zehn Gigawatt bis 2040 in Groningen (NL). Dieser Windstrom ist für die Herstellung von grünem Wasserstoff gedacht. Dafür baut Shell Rheinland die laut eigener Aussage weltweit größte Wasserstoff-Elektrolyse, die pro Jahr 1300 Tonnen grünen Wasserstoff liefern soll. Heute wird der verwendete Wasserstoff zum Großteil aus Erdgas erzeugt, was deutlich billiger ist, aber CO2 verursacht. Mit dem Projekt NortH2 sollen bis 2040 sieben Megatonnen CO2 pro Jahr eingespart werden.

Shell testet zudem kostengünstige Varianten, CO2 aus Abgasen von Industrie- und Müllanlagen abzuspalten. Ein Versuch lief mit österreichischen Partnern in Wien beim Kraftwerk Simmering. Es gelang, mehr als 90 Prozent CO2 aus der Abluft zu holen. Solcherart „recyceltes“ CO2 lässt sich für die Produktion von E-Kraftstoffen einsetzen.

Trotz eindeutiger technischer Fortschritte bei der E-Fuels-Herstellung  gibt es eine große Hürde: „Unter den aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen gibt es keinen wirtschaftlichen Grund, in teure E-Fuel-Anlagen zu investieren“, so Ulrich Kramer von den Ford-Werken in einem Beitrag über „Zukünftige Kraftstoffe“ (Springer-Verlag). Solange in der EU nur Auspuffgase („tank to wheel“)  berücksichtigt werden, ändert sich nichts. Der neue Green Deal der EU könnte aber helfen. Ein Umdenken ist nötig, weil die Schere zwischen den geplanten und den tatsächlichen CO2-Einsparungen im Pkw- und Lkw-Verkehr immer weiter auseinandergeht.

Stefan Hartung, Geschäftsführer der Robert-Bosch- GmbH, ist überzeugt, dass nur zusammen mit E-Fuels die CO2-Ziele der EU für 2030 erreicht werden können. Die direkte Elektrifizierung brauche zu lange, vor allem im Schwerlastverkehr. „Das CO2-Senkungspotenzial erneuerbarer Kraftstoffe ist vergleichbar zum kompletten Effekt aus Digitalisierung und starker Verkehrsverlagerung sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr“, so Hartung  beim Wiener Motorensymposium. Nachsatz: „Dieses Potenzial darf nicht ungenutzt bleiben.“

Kommentare (31)
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Mezgolits
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Elektrifizierung ohne Steckdose

Vielen Dank - ich meine: Viel wirtschaftlicher und viel weniger umwelt-
schädlich wäre genau das Gegenteil von dem gewesen - was getan wurde
und zwar: Die Realisierung der beiden Donaustromwerke Wachau + Hain-
burg - aber dafür keine ungespeicherten Windstromanlagen + keine unge-
speicherten Solarstromanlagen und auch keine Stromverschwendungs-
pumpen = jetzt haben wir 2 unproduktive Donauabschnitte + unproduk-
tive Solarstromanlagen + unproduktive Windstromanlagen + unnötige,
unwirtschaftliche Stromspeicher-Experimente + nötige, selbstverschul-
dete Atom- + Kohlestrom-Importe. Erfinder Stefan Mezgolits Draßburg
PS: Die umweltschädlichste und unwirtschaftlichste Elektrifizierung.

oekoLogisch
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unser Erfinder im Forum

sollte endlich einmal Lösungen präsentieren und nicht immer nur meckern.

Mezgolits
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Die Lösungen: Die überfälligen Realisierungen der beiden

Donaustromwerke Wachau und Hainburg - dafür die restlose Entfernung
aller Windstromanlagen + extrem umweltschädlicher Stromverschwen-
dungspumpen - dafür die Installierungen von thermischen Solaranlagen.

Marcuskleine
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was meinen Sie

Was meinen Sie mit "Stromverschwendungspumpen"? Meinen Sie Pumpspeicherkraftwerke? Die sind einfach nur genial!
Ja, gegen weitere Laufkraftwerke spricht überhaupt nichts. ABER: Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen können eben genau ZUSAMMEN mit Speichermöglichkeiten (Pumpspeicher, Wasserstoff, E-Fuel) einen Riesen-Anteil unseres Energiebedarfs decken. Mittlerweile müssen wir nur noch ganz wenig Kohle- und Atomstrom nützen, was ein Riesen-Erfolg ist!

Marcuskleine
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was meinen Sie

Oder meinen Sie Wärmepumpen-Heizungen?
Mittlerweile, wo Wärmepumpenheizungen leise, wartungsarm und effizient sind, können Sie ein Haus mit ähnlich geringen Kosten wie bei einer Erdgas-Brennwertheizung heizen. Es ist zwar ungünstig, dass gerade in der kältesten Jahreszeit dadurch der Stromverbrauch etwas steigt, aber gut gedämmte Häuser haben mittlerweile einen sehr geringen Heizwärmebedarf. Ich fände auch Holzheizungen mit Rauchgas-Staubfilter sehr gut!

Mezgolits
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Vielen Dank - für Ihre Erkenntnis, dass - gerade in der kältesten

Jahreszeit dadurch der Stromverbrauch etwas steigt, ... = deshalb meine
Bezeichnung: Stromverschwendungspumpen = Atom- + Kohlestromhei-
zungen = bei Außentemperaturen unter null Grad gibt es keine Wärme.

Mezgolits
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Die EU gilt weltweit als Vorreiterin in Sachen CO2 Reduktion bei

Pkw und inzwischen auch bei Lkw. - Vielen Dank - ich meine: Wenn das
ganz richtig wäre, wäre die EU-weite Begrenzung der Kfz-Höchstgeschwin-
digkeit auf 150 km/h - schon längst umgesetzt - und auch keine 200 km/h
Begrenzung - aber dafür mit über 300 km/h Kfz-Produktion. Erfinder M.

scionescio
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Sehr guter Artikel - mehr oder weniger das, was in der Fachwelt Common Sense ist ...

... wer von den Akku-Fanboys den Artikel gelesen hat und glaubt, dass ein BEV tatsächlich eine nachhaltige Lösung für die breite Masse (natürlich gibt es sinnvolle Nischen - aber die gibt es fast immer für so ziemlich alles ...) und die Umwelt darstellt, ist entweder nicht in der Lage, sinnerfassend zu lesen oder verfolgt andere Interessen, die nichts mit Klimaschutz und einer vernünftigen Mobilitätsalternative zu tun haben.

franki20
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Fakten zu Wasserstoff

Es wäre einmal an der Zeit mit Fakten zu kommen. Was macht Wasserstoff besser?

hbratschi
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an wasserstoff ist besser,...

...dass er energie speichert, die man zu zeiten erzeugen kann, in denen die "grünen" energieproduzenten (wind, wasser, sonne) nicht genutzt werden können, da das stromnetz ein sehr empfindliches ist und diese deshalb nicht ständig verwendbar sind...

schadstoffarm
5
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Ja die Fachwelt liebt

Symposien, tagungstourismus, Förderung durch die öffentliche Hand und unverbindliche Ziele. Ich nehme an das ist der Konsens und common sense den du meinst.

duerni
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eigenartig ist, dass es nur wenige Leser/innen gibt, welche zu einer Stellungnahme, ....

mit Daumen hoch/runter führen. Dabei spricht dieses Thema eines unserer Schlüsselprobleme an. Nach etwas Nachdenken müsste es Konsens sein, dass der Akku nur einen kleinen Anwendungsbereich behalten wird. Jene Autobauer, welche den totalen Umstieg vom Verbrenner zum Stromer beschlossen hatten, werden bald ihr "Akkuwunder" erleben.

schadstoffarm
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du solltest länger nachdenken

dann ist das Resultat garantiert ein anderes.

duerni
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wenn sie begründen könnten, warum ich länger nachdenken soll...

wäre den Leserinnen und mir sehr geholfen. Bitte um ihre Sicht bezüglich des Akkus.

styrianprawda
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@schafstoffarm

Gehen Sie doch mit gutem Beispiel voran!

hbratschi
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und noch immer...

...gibt es fan boys, die den irrweg des akku autos nicht erkennen wollen/können. allein der vorteil, dass wasserstoff mit erneuerbarem strom "grün" erzeugt und gespeichert werden kann, wiegt alle (noch vorhandenen) nachteile auf. ich hoffe nur, dass unsere omv den zug nicht verschläft und (ähnlich wie shell) erkennt, dass öl und gas nicht die zukunft ist...

melahide
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Ein

Irrweg ist es aber auch zu sagen: „Ich mag E-Autos nicht. Wasserstoff und E-Fuels gibt es noch nicht. Da muss ich armer Mensch ja weiterhin den Verbrenner nutzen“. Weil das passiert gerade

schadstoffarm
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Dann tanke

E-fuel um die Umwelt zu schonen, was kost der dm3? Die omv hat schon Förderung für h2 eingestreift, vielleicht kümmert sich magna um E-fuels.

hbratschi
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hätte nie gedacht,...

...dass du dich angesprochen fühlst, schadstoff...😉😁😁😁

hbratschi
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aber im ernst, schadstoff...

...du wirst ja wissen, dass die erneuerbaren aufgrund des extrem sensiblen stromnetzes nur zu einem teil genutzt werden können. daher verpufft nutzbare grüne energie ungenutzt. genau das ist die stärke von wasserstoff, da diese "leer"zeiten zu seiner herstellung genutzt werden könnten. besser geht eigentlich (dzt) nicht...😊

schadstoffarm
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ja herr inquisitor

ich hänge einer Irrlehre an. In meiner Welt kreist nicht alles um die Verbrennungskraftmaschine und den Shareholdervalue von VW wie es der Orthodoxie entspricht.

hbratschi
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schon wieder falsch, schadstoff,...

...es ist keine irrlehre sondern ein irrweg. denn nirgends wird gelehrt, dass der akkuantrieb umweltfreundlich ist, das trommeln nur die, die uns das als "grün" verkaufen wollen. und daran glauben tun nur menschen, die ihr schlechtes gewissen (falls vorhanden) damit beruhigen wollen...

schadstoffarm
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wie schaut deine Vorgehensweise aus, Weiser ?

lei lafn losn
wird scho nix passieren, is imma gegongen
Reptilien werden wieder Nummer 1
Was kost das Ryan Air ticket nach Bratislava ?

hbratschi
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tut mir leid, schadstoff, aber...

...entweder du liest nicht, verstehst nicht oder beides. was soll's...😊

schadstoffarm
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also

lei lafn losn. Wenn du über 50 bist eine gute Wahl.

hbratschi
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ich wiederhole ganz für dich allein:

"tut mir leid, schadstoff, entweder du liest nicht, verstehst nicht oder beides. was soll's...😊"

 
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