Treibstoff der Zukunft?
E-Fuels in der Automobilbranche auf dem Prüfstand
Die EU hat das Aus für Diesel und Benziner beschlossen!
2035 wird deshalb wohl als Wendepunkt in die Geschichte der Automobilindustrie eingehen: Ab diesem Jahr dürfen Pkw und leichte Nutzfahrzeuge mit Verbrennungsmotor nur noch neu zugelassen werden, wenn sie ausschließlich mit kohlenstoffneutralen, synthetischen Kraftstoffen fahren.
Das angepasste Verbrenner-Aus ist ein viel diskutierter Kompromiss auf dem Weg in eine „Zero Emission“-Zukunft – während Befürworterinnen und Befürworter die sogenannten E-Fuels für die optimale Lösung halten, betrachten andere ihren Einsatz eher kritisch.
TÜV NORD stellt die synthetischen Kraftstoffe sowie die Anwendung in der Automobilbranche auf den Prüfstand und beantwortet die wichtigsten Fragen rund um den künstlich hergestellten Treibstoff:
Synthetische Kraftstoffe im Fokus
Die Bundesregierung hatte Ende März 2023 in der EU durchgesetzt, dass Verbrenner auch nach 2035 neu zugelassen werden dürfen – allerdings nur, wenn sie mit E-Fuels betrieben werden.
Diese Maßnahme erkennt das Potenzial synthetischer Kraftstoffe als Antriebsalternative zu fossilen Treibstoffen an und sieht im Klimaschutzpaket eine verstärkte Nutzung vor.
Damit die Produktion in Gang kommt, setzt die EU zudem auf Quotenregelungen beim Einsatz der E-Kraftstoffe. Denn die Herstellung ist bislang vergleichsweise teuer und noch nicht auf einen kommerzialisierten Nutzen ausgelegt.
Was heißt E-Fuels eigentlich?
Es handelt sich hierbei um die Kurzform für das englische Wort „Electro-Fuels“ und kann mit „Elektro-Kraftstoffe“ übersetzt werden.
Wie es der Name schon vermuten lässt, werden E-Fuels mit Strom erzeugt. Da der Herstellungsprozess als „Power-to-X“ bezeichnet wird, nennt man synthetische Kraftstoffe gelegentlich auch PtX-Fuels.
Was sind E-Fuels?
- E-Fuels haben fast dieselben Eigenschaften wie konventionelle Kraftstoffe; sie sind flüssig UND kohlenstoffhaltig.
- Mithilfe von Strom wird aus Wasser und CO₂ E-Benzin, E-Diesel und E-Kerosin hergestellt.
- Synthetische Kraftstoffe sind ohne Umrüstung in herkömmlichen Verbrennungsmotoren einsetzbar.
- Die Infrastruktur ist ebenfalls vorhanden; E-Treibstoffe können über das bestehende Tankstellennetz verteilt werden.
Ziele für den Klimaschutz
Deutschland zeigt in Sachen Klimaschutz eine ehrgeizigere Zielsetzung als von der EU vorgeschrieben:
- Bereits bis 2030 sollen die Emissionen hierzulande um 65 Prozent gegenüber 1990 sinken.
- Die EU gibt lediglich 55 Prozent vor.
- Europa hat das Ziel, bis 2050 treibhausgasneutral zu sein.
- In Deutschland soll „Zero Emission“ bereits 2045 gelten.
Wie werden E-Fuels hergestellt?
- Bei der Elektrolyse wird - unter Einsatz von erneuerbarem Strom - Wasser (H2O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten. Zwar ist auch der Einsatz von herkömmlichem Strom im Strommix möglich, das wäre aber mit Blick auf die Klimabilanz fatal.
- Das für die Herstellung von E-Fuels benötigte CO2 kann mit der „Direct Air Capture“-Methode aus der Atmosphäre oder aus industriellen Prozessen, sogenannten Punktquellen, abgeschieden werden.
- Mit der Fischer-Tropsch-Synthese wird aus dem entstandenen E-Rohöl, auch eCrude genannt, synthetisches Benzin, Diesel und Kerosin hergestellt.
Da bei der Raffinierung sowohl E-Benzin, E-Diesel als auch E-Kerosin entstehen, spricht man von Koppelprodukten – für die es auch Abnehmer braucht. Würden also E-Fuels ausschließlich in der Luftfahrt Verwendung finden, wäre das nicht wirtschaftlich.
Synthetische Kraftstoffe im Einsatz
Bis die Mobilität komplett auf Strom umgestellt ist, sind E-Fuels im Hinblick auf das Erreichen der Klimaziele für viele eine sinnvolle Maßnahme.
Doch es stehen auch zahlreiche, teils kritische Fragen rund um den Einsatz von E-Fuels im Raum – insbesondere für den Straßenverkehr.
Sind E-Fuels klimaneutral?
Für eine Beurteilung ist die gesamte Wertschöpfungskette, auch Well-to-Wheel genannt, zu betrachten. Zwei entscheidende Aspekte: Der Energiebedarf ist bei der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen enorm hoch und sie setzen bei der Verbrennung nicht nur CO2, sondern auch andere Schadgase und Feinstaub frei. Im Gegensatz zum E-Antrieb kann der Einsatz von E-Fuels die lokalen Schadstoffemissionen nicht reduzieren – und der Ausstoß ist mit dem von Verbrennern vergleichbar. Nur unter zwei Bedingungen können synthetische Kraftstoffe überhaupt als klimaneutral angesehen werden:
- Wenn bei der Produktion ausschließlich Ökostrom verwendet wird.
- Wenn das CO2 aus der Atmosphäre entnommen wird.
Auch bei Verwendung von E-Fuels entstehen bei der Nutzung in Verbrennungsmotoren Schadstoffe. Im Hinblick auf die Luftqualität sind insbesondere Partikelemissionen und Stickoxid-Emissionen relevant. Sie lassen sich durch vorhandene Systeme zur Emissionsminderung signifikant reduzieren. Da sich die Zusammensetzung der E-Fuels bei der Herstellung beeinflussen lässt, wird zudem versucht, auf diese Weise die Emissionen von Schadstoffen zu minimieren.
Warum ist synthetischer Kraftstoff unerwünscht?
Ein weiteres Argument gegen E-Fuels ist die Energiebilanz. Von der Quelle bis auf die Straße (auch „Well-to-Wheel" genannt) verbraucht ein mit E-Fuels betanktes Auto pro Kilometer rund fünfmal so viel Primärenergie wie ein Elektroauto.
- Bereits bei der Herstellung von E-Fuels geht viel von der ursprünglich im Strom vorhandenen Energie verloren, bis zu 60 Prozent können das sein.
- Wird der synthetische Kraftstoff anschließend in einem Motor verbrannt, gehen wiederum etwa 60 Prozent der im E-Fuel gespeicherten Energie verloren.
- Am Ende werden kaum mehr als 16 Prozent der ursprünglich im Strom vorhandenen Energie für den Antrieb des Fahrzeuges genutzt.
Kann mein Auto E-Fuels tanken?
E-Fuels haben die gleichen chemischen Eigenschaften wie herkömmliche Kraftstoffe.
Das bedeutet: Jeder Verbrennungsmotor kann mit elektrisch hergestelltem Sprit fahren, ohne dass Änderungen am Motor oder Kraftstoffsystem erforderlich sind.
Auch der Verbrauch ist vergleichbar und liegt im theoretischen Durchschnitt bei neu zugelassenen Pkw derzeit bei 6,3 bis 6,5 Liter/ 100km.
Allerdings müssen Hersteller E-Fuels für die Benutzung im jeweiligen Fahrzeug erst freigeben, sofern eine Abweichung zur bestehenden Kraftstoffnorm fossiler Kraftstoffe gegeben ist. Ähnliche Vorgehensweisen sieht man derzeit bei sogenannten HVO-Kraftstoffen, die aus pflanzlichen Abfällen gewonnen werden.
Was kostet synthetischer Kraftstoff?
Derzeit sind E-Fuels keine preisliche Alternative zu fossilen Kraftstoffen, da diese Technologie immer noch neu ist und die Produktion noch nicht im großen Maßstab erfolgt.
Derzeitigen Schätzungen zufolge können die Herstellungskosten für E-Fuels bei etwa 2 bis 3 Euro pro Liter und höher liegen.
Es ist allerdings zu erwarten, dass die Preise sinken, wenn die Technologie reift und die Produktion hochskaliert wird. Außerdem wäre auch die Mineralölsteuer eine Möglichkeit, mit der die Politik synthetische Kraftstoffe gegenüber fossilen wettbewerbsfähig machen könnte.
Kann ich E-Fuel selber herstellen?
Die Herstellung von E-Fuels erfordert spezialisierte und hochkomplexe industrielle Prozesse, die mit erheblichen Herausforderungen sowie Risiken verbunden sind.
Zum einen entsteht bei der Elektrolyse Wasserstoff, der hoch entzündlich ist. Zum anderen dürfte die Beschaffung für das nötige CO2 schwierig werden, da die „Direct Air Capture“-Technologie nicht für den Hausgebrauch verfügbar ist.
Daher ist die Produktion im Hobbykeller nicht möglich und der Versuch zudem ausgesprochen gefährlich.
Synthetische Kraftstoffe im Future-Check
Sind E-Fuels der Treibstoff der Zukunft?
Die Elektromobilität gilt als Schlüssel für die Wende in der Kfz-Branche und das Erreichen der Klimaziele, trotzdem wird eine nicht unerhebliche Anzahl an Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren in absehbarer Zukunft im Verkehr bleiben.
Das durchschnittliche Alter der Personenkraftwagen in Deutschland in dem Bestand von 48,8 Millionen Fahrzeugen liegt aktuell bei etwa 10 Jahren. 20 Prozent des Bestands ist zwischen 15-19 Jahren alt (Stand 01.01.2023).
E-Fuels können in der Übergangsphase eine wichtige Rolle einnehmen und eine Brücke zwischen Verbrennern und E-Fahrzeugen bauen.
Selbst, wenn ab 2035 keine Verbrenner mehr verkauft würden, bleiben bereits zugelassene Fahrzeuge weiter auf der Straße. Man geht davon aus, dass es 15 Jahre dauert, bis die Fahrzeugflotte in Europa erneuert wird. Zum Erreichen der Klimaziele ist es daher erforderlich, ab 2035 nur noch ‚Zero Emission‘-Fahrzeuge in den motorisierten Individualverkehr zu bringen, um bis zum Jahr 2050 Klimaneutralität erreichen zu können.
Diese Branchen setzen auf E-Fuels
- In der Luftfahrt werden E-Fuels langfristig die bedeutendste Rolle spielen: E-Kerosin gilt als technisch alternativlos beim Umstieg auf eine nicht-fossile, klimaneutrale Mobilität, denn die Elektrifizierung ist in diesem Sektor aus heutiger technologischer Sicht praktisch ausgeschlossen.
- Insbesondere Containerschiffe können nur mit großen Kompromissen elektrifiziert werden; die Giganten der Meere verursachen aber rund 80 Prozent der Emissionen im maritimen Sektor. Daher sind synthetische Treibstoffe die aussichtsreichsten Kandidaten, um die Dekarbonisierung in der Schifffahrt voranzutreiben. Die Sicherstellung der Kraftstoffqualität auf offenen Seewegen und funktionierende Abgasnachbehandlungssysteme führen zu weiteren Emissionseinsparungen.
- Für den Automobilsektor ist hingegen der Elektroantrieb das zukunftsweisendste Instrument; E-Fuels sind eine Übergangslösung bzw. ein Baustein zum Erfüllen der Klimaziele.
Wann werden E-Fuels bereitgestellt?
Die Produktion von synthetischen Kraftstoffen steckt noch in den Kinderschuhen, von einer ausreichenden Herstellung für den Markt sind wir noch weit entfernt.
Laut einer aktuellen Analyse des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung sind weltweit etwa 60 neue E-Fuel-Projekte angekündigt; davon haben bislang aber nur etwa 1 Prozent eine finale Investitionsentscheidung.
Selbst wenn alle Anlagen gebaut würden, entspräche dieses gesamte Angebot nur etwa 10 Prozent der deutschen Nachfrage – und auch nur in den unverzichtbaren E-Fuel-Anwendungen, nicht im Automobilverkehr. Mit vorgeschriebenen Quoten für Elektro-Treibstoffe will die EU Unternehmen und Investoren Planungssicherheit bieten und die Produktion in Schwung bringen.
E-Fuels Quote
2030 müssen nach EU-Vorgaben 29 Prozent der im Verkehrssektor verbrauchten Energie aus erneuerbaren Quellen stammen
- Mindestens 5,5 Prozent davon sollen E-Fuels sein.
- In der Luftfahrt gilt ab 2030 eine E-Fuels-Quote von 1,2 Prozent, ab 2050 sind es 35 Prozent.
- In der Schifffahrt soll ab 2034 der Anteil von Elektro-Kraftstoffen bei mindestens 2 Prozent liegen.
Wie wird „E-Fuels-Only“ ab 2035 in der EU umgesetzt?
Wie die neue Fahrzeugkategorie für Verbrenner aussehen soll und welche Folgen das für die Zielwerte bis 2035 hat, ist derzeit noch unklar.
„Es muss zum Beispiel sichergestellt werden, dass neuzugelassene Fahrzeuge tatsächlich ausschließlich mit E-Fuels betankt werden können“, sagt Helge Schmidt von TÜV NORD IFM.
Laut des TÜV NORD-Experten kann das mit smarten Lösungen wie Zapfsäulen, die mit dem Fahrzeug kommunizieren, oder Sensoren zur Erkennung der Kraftstoffqualität, umgesetzt werden.
Regelungen dürften diesbezüglich aber erst in den kommenden Jahren diskutiert und verabschiedet werden.
Pilotprojekt Chile: Volle Windkraft voraus
Die erste kommerzielle E-Fuels-Anlage hat ein Zusammenschluss internationaler Unternehmen, denen u. a. Porsche und Siemens Energy angehören, Ende 2022 in Chile in den Pilot-Betrieb aufgenommen:
- Der Süden des Landes ist ideal, da Windkrafträder dort 270 Tage im Jahr voll ausgelastet sind. Das ist dreieinhalb Mal so viel wie in Deutschland.
- Die Anlage „Haru Oni“ soll anfangs etwa 350 Liter E-Fuels pro Tag produzieren.
- Ende des Jahrzehnts soll die Kapazität 550 Millionen Liter betragen.
In Deutschland ist für den Betrieb einer vergleichbaren Anlage weder genügend Wind- noch Solarenergie vorhanden.