What are e-fuels?

23 November 2023

From 2035, new vehicle registrations in the EU will be restricted to zero-emission passenger cars and light commercial vehicles. With one exception: New cars with internal combustion engines will be approved if they run exclusively on synthetic and 100 percent carbon-neutral fuels. While some consider these “e-fuels” to be an ideal solution, others are critical of their use in cars. We clarify the most important questions about synthetic fuels.

 

What are e-fuels?

E-fuels is the abbreviation for electrofuels. These are produced from water and carbon dioxide (CO₂) using electricity and have almost the same properties as petrol or diesel. This means that they can also be used in normal combustion engines without conversion, provided that the manufacturer has approved the use of the alternative fuel for the vehicle in question.

How are the green electrofuels produced?

First, electrolysis is used to split water into oxygen and hydrogen using electricity from renewable energies. The hydrogen is then processed with CO₂ using what is known as the Fischer-Tropsch process to form a synthetic crude oil and then refined into various fuels. This always produces both e-petrol and e-diesel as well as e-kerosene. “For all three end products, you need buyers. So it wouldn’t be economical to use e-fuels only in aviation, for example,” says Manuel Hagemann, an expert in alternative propulsion systems at TÜV NORD.

How climate- and environmentally friendly are e-fuels?

As with conventional petrol or diesel, nitrogen oxides, particulate matter and CO₂ are released when e-fuels are burned. However, this CO₂ is climate neutral under two conditions:

• The e-fuels are produced exclusively with renewable energies.
• The required CO₂ is filtered out of the atmosphere using the Direct Air Capture method or captured from unavoidable emission processes, for example in the cement or steel industries.

As a result, no additional carbon dioxide is released into the air when the synthetic fuels are burned, and the overall emissions balance is carbon neutral. Unlike battery or fuel cell cars, however, the level of nitrogen oxide and particulate matter pollution in cities cannot be reduced by the use of e-fuels. “However, these emissions can be significantly reduced by existing exhaust gas purification systems,” says Helge Schmidt, an expert in exhaust emissions at TÜV NORD. “Since the composition of the e-fuels can be influenced during production, this represents an attempt to minimise pollutant emissions.”

Wie steht es um die Energiebilanz von E-Fuels?

Die Energiebilanz der synthetischen Kraftstoffe ist das gewichtigste Argument gegen einen breiten Einsatz im Straßenverkehr. Denn ihre Herstellung erfordert enorm viel Energie, und Verbrennungsmotoren sind ungleich ineffizienter als E-Motoren.

• Bei der Produktion von E-Fuels gehen bis zu 60 Prozent der ursprünglich im Strom vorhandenen Energie verloren.
• Wird der synthetische Kraftstoff anschließend in einem Motor verbrannt, kommen weitere 40 Prozent der im E-Fuel gespeicherten Energie als Abwärme abhanden.
• Am Ende werden kaum mehr als 16 Prozent der Ausgangsenergie für den Antrieb des Fahrzeuges genutzt.

Ein mit E-Fuels betankter Pkw benötigt daher pro Kilometer gut fünfmal so viel Energie wie ein Elektroauto. Und Grünstrom ist auf absehbare Zeit nicht im Überfluss vorhanden.

Welche Rolle können E-Fuels im Autoverkehr spielen?

In der Luftfahrt ebenso wie im Schiffsverkehr sind Batterien auch auf lange Sicht keine Alternative – insbesondere auf der Langdistanz. Diese Branchen wollen daher ihre Wege künftig mit Wasserstoff und mit E-Fuels CO2-ärmer machen. Im Automobilbereich hingegen gilt der E-Motor als beste und effizienteste Lösung zum Erreichen der Klimaziele. Doch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor werden aus dem Straßenverkehr nicht so schnell verschwinden, konstatiert Helge Schmidt von TÜV NORD. Selbst wenn ab 2035 keine konventionellen Verbrenner mehr verkauft werden, dürfte es Schätzungen zufolge rund 15 Jahre dauern, bis der gesamte Fahrzeugbestand in der EU erneuert ist. „Der Einsatz von synthetischen Treibstoffen kann in dieser Übergangsphase wichtig sein, um CO2-Emissionen im Straßenverkehr bilanziell zu reduzieren“, sagt Experte Schmidt.

Was kostet der synthetische Kraftstoff?

Um für Autofahrende infrage zu kommen, müssen E-Fuels vor allem erschwinglich sein. Aktuell sind sie allerdings noch keine preisliche Alternative zu fossilen Kraftstoffen, auch da sie bislang nur in geringen Kleinstmengen hergestellt werden. Wenn die industrielle Produktion von E-Fuels anläuft, könnten sich Schätzungen zufolge zunächst Herstellungskosten von zwei bis drei Euro pro Liter ergeben. Damit wären sie drei- bis fünfmal teurer als ein Liter fossiles Benzin, der im Oktober 2023 für rund 60 Cent an den Großmärkten gehandelt wurde. Die Preise für E-Fuels dürften aber sinken, wenn die Produktion weiter steigt und die Herstellungsverfahren optimiert werden. Außerdem wäre die Mineralölsteuer eine Möglichkeit, mit der die Politik synthetische Kraftstoffe gegenüber fossilen wettbewerbsfähig machen könnte.

EU-Quote für E-Fuels

2030 müssen nach EU-Vorgaben 29 Prozent der im Verkehrssektor verbrauchten Energie aus erneuerbaren Quellen stammen.

• Mindestens 5,5 Prozent davon sollen E-Fuels oder moderne Biokraftstoffe aus Abfällen 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 Elektrokraftstoffen bei mindestens zwei Prozent liegen.

 

Wie können Autos ab 2035 „E-Fuels-only“ fahren?

Wie diese neue Fahrzeugkategorie aussehen soll, ist derzeit noch offen. „Es muss unter anderem sichergestellt werden, dass neu zugelassene Fahrzeuge tatsächlich ausschließlich mit E-Fuels betankt werden können“, sagt Helge Schmidt. „Eine Möglichkeit wären etwa smarte Zapfsäulen, die mit dem Fahrzeug kommunizieren“, so der Abgasexperte. Diskutiert werden auch spezielle Tankstutzen, auf die nur eine E-Fuels-Zapfpistole passt. Mit entsprechenden gesetzlichen Regelungen ist aber erst in den kommenden Jahren zu rechnen.