Fossile Brennstoffe, wie zum Beispiel Erdgas oder Erdöl, sind bekanntlich endlich und werden der Menschheit bereits in naher Zukunft nicht mehr zur Verfügung stehen. Zwar macht der technische Fortschritt es inzwischen möglich, neue Erdölvorkommen zu erschließen, allerdings ist die Entwicklung regenerativen für die Zukunft ein unumgängliches Thema.
Zur Reduzierung des Schadstoffemissionen wurde im Rahmen des Pariser Klimaschutzabkommens entschieden, neben Wasserstoff- und Elektroantrieben auch die Herstellung und Nutzung synthetischer Kraftstoffe voranzutreiben.
Synthetische Kraftstoffe - Definition
Anders als fossile Kraftstoffe werden synthetische Kraftstoffe, die auch als E-Fuels bezeichnet werden, durch die Unterstützung regenerativer Energien, Wasser oder Kohlendioxid produziert. Dabei ist ihre chemische Struktur der von normalem Benzin oder Diesel nahezu identisch. Somit lassen sie sich rein theoretisch bereits jetzt in gewöhnlichen Verbrennungsmotoren einsetzen, wenngleich die Herstellung bislang noch mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden ist.
Wichtigste Basis für die Herstellung von synthetischen Treibstoffen ist Wasserstoff. Dabei wird das Wasser durch das Verfahren der Elektrolyse zunächst in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, was einer hohen Energiemenge bedarf. Damit dennoch eine CO2-neutrale Herstellung gewährleistet ist, sollte diese Energie aus Windkraft- oder Solaranlagen stammen.
Herstellung
Zur Herstellung synthetischer Treibstoffe aus Wasserstoff ist als nächstes eine Bindung mit Kohlendioxid erforderlich. Produzieren lässt sich diese aus Biomasse oder auch direkt aus der Umgebungsluft. So lässt sich auf diesem Wege aus Wasser sowie aus CO2 ein synthetischer Kraftstoff herstellen, der für moderne Fahrzeuge eingesetzt werden könnte und Diesel- sowie Benzinmotoren klimaneutral machen würde.
Zusammensetzung synthetischer Kraftstoffe
Wissenschaftler untersuchen bereits seit geraumer Zeit, ob sich aus regenerativen Rohstoffen wie Weizen, Palmöl oder Mais auch Kraftstoffe gewinnen lassen, die sich für Diesel- und Benzinmotoren nutzen lassen. Dies hätte allerdings einige Umweltkomplikationen zur Folge, wie der Rodung von Palmölplantagen in Regenwäldern.
Diverse Versuche mit Reststoffen, Algen oder Abfall waren wenig erfolgversprechend, so fokussierte sich die Wissenschaft zunehmend auf die Herstellung synthetischer Treibstoffe mit Wasserstoff als Grundlage. Dieser bietet den großen Vorteil, in der Natur praktisch in unendlicher Menge vorzukommen. Dazu kommt, dass er sich klimaneutral herstellen lässt.
Weil der Wasserstoff sich durch das Verfahren der Elektrolyse mit Hilfe umweltfreundlicher Energie freisetzt, spricht die Forschung hier von sogenannten E-Fuels oder auch energiebasierten Kraftstoffen.
Vor- und Nachteile von synthetischen Treibstoffe
Obgleich der Wirkungsgrad synthetischer Kraftstoffe bislang eher gering ist, während die Produktionskosten noch immer hoch sind, gibt es viele Vorteile. Wenn für die Produktion ausschließlich Energie aus regenerativen Quellen sowie CO2 (Treibhausgas) aus der Umgebungsluft genutzt wird, ist die Nutzung synthetischer Kraftstoffe grundsätzlich klimaneutral. Auch die Verbrennung erfolgt nahezu ohne einen Rußausstoß und das bereits ausgestoßene CO2 kann erneut für die Herstellung synthetischer Treisbstoffe zum Einsatz kommen. Dies ergibt einen funktionierenden Kreislauf für die Erzeugung und Nutzung klimafreundlicher Kraftstoffe mit einem großen Potenzial für die Zukunft.
Ein weiterer Punkt ist, dass syntehtische Kraftstoffe in ihrem chemischen Aufbau jenem von Benzin oder Diesel fast identisch sind. So kann er ganz normal in den gängigen Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, ohne dass dafür technische Anpassungen erforderlich sind. Für die Hersteller von Motoren rentiert sich das natürlich auch, so dass Neuentwicklungen für bereits etablierte Modelle überflüssig werden. Auch die bisherige Tankstelleninfrastruktur kann weiterhin wie gewohnt genutzt werden.
Fahrzeughalter könnten ihre Fahrzeuge also ganz normal an der Tankstelle mit synthetischen Treibstoffen betanken und müssten keine Umwege zu bestimmten Ladestationen machen.
Somit bringen synthetische Treibstoffe verglichen zu Wasserstoff- oder Elektroantrieben einen weiteren großen Pluspunkt mit sich: Sie lassen sich sehr gut in großen Tanks lagern und transportieren. Doch es gibt auch einige Nachteile, die berücksichtigt werden müssen: So sind die gesetzlichen Vorgaben durch die höhere Explosionsgefahr von Wasserstoff um einiges strenger, was sowohl den Transport als auch die Lagerung teurer macht. Deshalb zeigt sich, dass es bislang nur knapp 100 Wasserstoff-Tankstellen in Deutschland gibt und noch kein umfassender Ausbau geplant ist.
Die Effizienz synthetischen Benzins
Grundsätzlich sind synthetische Treibstoffe größtenteils CO2-neutral, allerdings ist ihre Effizienz nicht mit der eines Elektroantriebs zu vergleichen. Der Grund dafür ist, dass die Herstellung der Kraftstoffe derzeit noch relativ teuer ist. Insbesondere die Gewinnung von Wasserstoff erfordert hohe Kosten und eine große Energiemenge.
Rein theoretisch lässt sich der Wirkungsgrad laut synthetische Kraftstoffe Hersteller wohl auf rund 60 % erhöhen, allerdings ist dies in der Praxis noch nicht umsetzbar und wird derzeit noch erforscht. Zum Vergleich: Elektromotoren zeichnen sich durch einen Wirkungsgrad von bis zu 80 % aus. Auch unter Berücksichtigung der Energiebereitstellung und Ladeverluste beträgt deren Wirkungsgrad noch rund 65 %. Synthetische Kraftstoffe weisen derzeit einen Wirkungsgrad von nur knapp 15 % auf. Die Energiemenge, die erforderlich ist, um mit E-Kraftstoffen 100 km weit zu fahren, würde bei einem Elektromotor für ganze 700 km ausreichen. Somit zeigt sich: Es ist noch ein weiter Weg, bis sich synthetische Kraftstoffe wirklich etablieren und zu einer zukunftsfähigen Lösung entwickeln werden.
Des Weiteren arbeitet die EU derzeit daran, bis zum Jahr 2030 eine Quote von 2,6 bis 5,7 aus synthetischem Benzin & Co. pflichtmäßig im europäischen Verkehr einzuführen. Wenn dieser Beschluss gefasst wird, dürfte die Entwicklung deutlich schneller vorangehen.
Für welche Fahrzeuge sind synthetischer Diesel & Co. wirklich sinnvoll?
Aufgrund des derzeit noch eher geringen Wirkungsgrads wird vermutet, dass synthetische Kraftstoffe aus CO2 zunächst eher weniger in Autos, sondern eher in Transportfahrzeugen zum Einsatz kommen werden, in denen keine Elektroantriebe möglich wären. Das könnten zum Beispiel Schiffe oder auch Flugzeuge sein, da hierfür überdimensionale E-Akkus mitgeführt werden müssten, die das Transportvolumen zu stark belasten würden. Synthetische Treibstoffe bieten hier jedoch den Vorteil, dass sie sich über große Distanzen ohne Verluste transportieren lassen und zudem dazu in der Lage sind, in hoher Dichte Energie zu lagern. Erneuerbaren Wasserstoff oder sogar Energie aus weit entfernten Ländern nach Europa zu transportieren, ist derzeit keine rentable Lösung.