E-Fuels: Was sind die Vor- und Nachteile?

Als Carl Benz Ende des 19. Jahrhunderts sein Automobil vorstellte, ahnte wohl niemand, zu was für einem Kassenschlager sich der Verbrennungsmotor entwickeln würde – seit mehr als 130 Jahren ist die Zahl der Fahrzeuge, in die er eingebaut wurde, eigentlich nur nach oben gegangen. Doch bald droht ihm das Aus. Denn die Motoren sind im Laufe der Jahrzehnte zwar immer leistungsfähiger und effizienter geworden, aber trotzdem sondern sie Feinstaub und klimaschädliche Gase ab. Die Umweltminister der Europäischen Union haben daher beschlossen, eine Neuzulassung von Autos mit Verbrennermotor ab dem Jahr 2035 zu verbieten. Doch es gibt für Fans dieser Technologie nur noch einen einzigen Hoffnungsschimmer: E-Fuels. Hierüber gibt es derzeitig heftige Debatten zwischen Befürwortern und Gegner. Wir haben uns einmal angeschaut, ob E-Fuels oder reFuels sinnvoll sind und wenn ja, für wen.

Was sind E-Fuels?

Bei E-Fuels handelt sich es sich um synthetische Kraftstoffe, die auf der Basis von Wasser und Kohlendioxid hergestellt werden. Ihre Eigenschaften sind denen von Benzin und Diesel sehr ähnlich, weswegen sie diese vermutlich relativ problemlos ersetzen könnten, eventuell mit kleinen Anpassungen an den Motoren.

E-Fuels werden folgendermaßen hergestellt: Über eine Elektrolyse wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten. Im nächsten Schritt wird der Wasserstoff mit Kohlendioxid (CO₂) verbunden. Das dafür notwendige CO₂ kann zum Beispiel bei industriellen Prozessen aufgefangen werden. Das Ergebnis ist ein synthetischer Kraftstoff, auch E-Fuel genannt. Auf die gleiche Weise kann auch synthetisches Gas produziert werden, das Erdgas ersetzt. E-Fuels sind derzeit noch nicht auf dem freien Markt verfügbar.

Die Vorteile der E-Fuels liegen auf der Hand: Wasser und Kohlendioxid sind in nahezu unbegrenzten Mengen vorhanden. Ressourcenengpässe, wie sie früher oder später vermutlich beim Erdöl auftreten würden, sind nicht zu erwarten. Außerdem geben die E-Fuels, wenn sie verbrannt werden, nur so viel CO₂ an die Atmosphäre ab, wie sie zuvor aufgenommen haben. Prinzipiell können sie also klimaneutral sein. Das setzt allerdings voraus, dass der Vorgang der Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen abgewickelt wird.

Was spricht gegen E-Fuels?

Im ersten Moment klingt es nach einer äußerst sinnvollen Lösung, erneuerbare Energiequellen wie Windkraft und Sonnenstrom dafür zu nutzen, E-Fuels herzustellen. Denn bekanntermaßen sind die Speichermöglichkeiten aktuell noch begrenzt. Eine überschüssige Stromproduktion könnte also der Kraftstoff-Produktion dienen. Allerdings kommt hier der größte Nachteil der E-Fuels zum Tragen: Der Wirkungsgrad ist extrem gering. Auch wenn die Werte schwanken: Mehr als 20 Prozent der eingesetzten Energie kommen am Ende nicht beim Motor an. Das ist übrigens einer der Gründe dafür, warum E-Fuels – zumindest nach derzeitigem Stand der Technik – auch deutlich teuer wären als Benzin oder Diesel.

Nun könnte man argumentieren, dass der hohe Wirkungsgradverlust nicht so tragisch sei – vorausgesetzt, es handle sich tatsächlich beispielsweise um überschüssigen Solarstrom. Diese Denkweise ist aber eine Milchmädchenrechnung. Denn erneuerbare Energiequellen werden immer stärker in die reguläre Stromversorgung eingebunden. Klar ist aber auch, dass ihre Kapazitäten noch lange nicht ausreichen werden, um Deutschland mit Energie zu versorgen. Der Strombedarf für die E-Fuel-Produktion müsste zusätzlich gedeckt werden. Dieses Problem ließe sich nach Ansicht von Expertinnen und Experten auch nicht lösen, indem die E-Fuel-Produktion beispielsweise in sonnenreiche Länder ausgelagert würde. Dafür sei der Kraftstoffbedarf zu hoch. Eine glorreiche Zukunft könnten die E-Fuels also nur vor sich haben, wenn Forschende den geringen Wirkungsgrad erheblich steigern können.

Was ist der Unterschied zwischen reFuels und E-Fuels?

In der letzten Zeit schwirrt immer wieder der Begriff „reFuels“ durch die Medien. Da stellt sich die Frage, inwiefern sich diese von E-Fuels unterscheiden. Einen wirklichen Unterschied zwischen reFuels und e-Fuels gibt es nicht, es handelt sich dabei um die gleiche Art von Kraftstoffen. Bei reFuels kommt die Elektrizität für die Kraftstoffproduktion jedoch komplett aus erneuerbaren Energien. Die Kohlenstoffdioxid-Bilanz ist dadurch wesentlich besser. Bei Forschungen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erreichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine CO₂-Reduktion von bis zu 90 Prozent gegenüber herkömmlichen Kraftstoffen.

„reFuels versprechen nicht nur eine bis zu 90-prozentige CO₂-Reduktion gegenüber herkömmlichen Treibstoffen, sie erlauben auch die weitere Nutzung der bestehenden Fahrzeugflotten mit Verbrennungsmotor – und der gesamten Tank-Infrastruktur von der Herstellung über den Transport bis zum Vertrieb“, sagt Professor Thomas Hirth, Vizepräsident Transfer und Internationales des KIT. „Dass reFuels sowohl bei alten und heutigen Autos als auch bei Nutzfahrzeugen oder Lokomotiven funktionieren, haben wir schon gezeigt“, sagt Dr. Olaf Toedter vom Institut für Kolbenmaschinen des KIT, der InnoFuels koordiniert.

Stellt sich nur die Frage, wie effizient reFuels sein werden und ob sich das Vorantreiben dieser Technologie überhaupt lohnt. „Um die nationalen und internationalen Klimaschutzziele zu erreichen, werden auch reFuels für bestimmte Anwendungsgebiete benötigt“, sagt Baden-Württembergs Verkehrsminister Winfried Hermann. „Insbesondere für den Luft- und Schiffsverkehr werden auch in Zukunft flüssige Kraftstoffe benötigt werden – im Unterschied zum Beispiel zum Pkw, der effizienter batterieelektrisch angetrieben werden kann.“

Wann kommen E-Fuels?

Im großen Maßstab werden E-Fuels aktuell noch nicht hergestellt, und es ist auch nicht absehbar, wann sich das eventuell ändert. Es wird jedoch daran gearbeitet – und zwar innerhalb des Projekts InnoFuels, das vom Bundesverkehrsministeriums mit rund 5,2 Millonen Euro gefördert wird. Neben technischen Fragen soll hierbei insbesondere auch die optimale Gestaltung von Regeln und ökonomischen Rahmenbedingungen für die flächendeckende Massenproduktion von E-Fuels bzw. reFuels erörtert werden.

Eine Lösung für den geringen Wirkungsgrad ist jedoch noch nicht in Sicht. Das ließe sich eventuell jedoch verschmerzen, wenn die E-Fuels nur aus erneuerbarem Strom hergestellt wird. Es gibt immer Phasen, in denen mehr Strom als benötigt produziert wird. Anstatt diesen in einem Akku zu speichern, könnte man dann daraus auch einen synthetischen Kraftstoff herstellen.

Generell lässt sich sagen, dass E-Fuels zur Energiewende beitragen können. Denn auf der einen Seite wären sie eine mögliche Lösung für Fahrzeuge mit hohem Energiebedarf wie Lkw oder Flugzeuge. Auf der anderen Seite werden Gebrauchtwagen mit Verbrennermotor noch deutlich länger als bis 2035 auf den Straßen unterwegs sein – unabhängig davon, ob die EU das Schlupfloch E-Fuels für Neuzulassungen schließt oder nicht. Bleibt die Frage, ob die Kapazität an erneuerbaren Energien zu diesem Zeitpunkt ausreichen wird, um in E-Fuels gesteckt zu werden.