E-Fuels erklärt: Sind klimafreundliche Kraftstoffe die Zukunft des Verbrenners? – WEB.DE-News

• E-Fuels gelten als klimafreundliche Alternative zu herkömmlichen Kraftstoffen.
• Ihr Einsatz kann CO2-Emissionen reduzieren und elektrische Antriebe erhöhen.
• Wie E-Fuels hergestellt werden und welche Vor- und Nachteile sie haben, erklärt ein Experte.

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E-Fuels sind klimafreundliche Kraftstoffe, die voraussichtlich eine Ergänzung zur Elektromobilität darstellen können. Aktuell wird noch an der Verbesserung ihrer Effizienz geforscht. In der EU dürfen ab 2035 nur noch Elektrofahrzeuge neu zugelassen werden. Ob Neuwagen mit Verbrennermotor weiterhin erlaubt werden, wenn diese mit E-Fuels betankt werden, soll geprüft werden.

Was sind E-Fuels?

Als E-Fuels bezeichnet man synthetisch erzeugte, flüssige Kraftstoffe, die mit Strom aus erneuerbarer Energie, sowie Wasser und CO₂ hergestellt werden. Sie können klimaneutral produziert werden, da bei der Herstellung CO₂ aus der Atmosphäre und ausschließlich erneuerbare Energie eingesetzt werden. E-Fuels können heute konventionelle Kraftstoffe verlängern, den klimaschädlichen CO₂-Ausstoß reduzieren und so einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

„Unter E-Fuels, manchmal auch Electro-Fuels, versteht man synthetische Kohlenwasserstoffe oder auch Alkohole wie etwa Methanol, die mithilfe von elektrischer Energie aus Kohlendioxid und Wasser hergestellt werden. Da elektrische Energie (vereinfacht „Strom“) angewendet wird, um aus den energiearmen Ausgangsstoffen Kohlendioxid und Wasser energiereiche Kraftstoffe zu machen, nennt man E-Fuels auch strombasierte Kraftstoffe“, sagt Roland Dittmeyer, Leiter des Instituts für Mikroverfahrenstechnik am Karlsruher Institut für Technologie.

Wie werden E-Fuels hergestellt?

„Bei der Herstellung von E-Fuels wird im Prinzip im ersten Schritt flüssiges Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Wasserstoff ist ein energiereiches Molekül, das im Anschluss mit Kohlendioxid in einen synthetischen Kraftstoff umgewandelt werden kann. Je nachdem, welche E-Fuel Man möchte herstellen, gibt es Unterschiede im Verfahren. Methanol zum Beispiel kann man an einem zuverlässigen Katalysator direkt aus Wasserstoff und Kohlendioxid herstellen Benzin kann man dann in weiteren Schritten entweder über die sogenannte Fischer-Tropsch-Synthese oder aus Methanol herstellen“, sagt der Experte.

Für diese Elektrolyse wird Strom benötigt, er kann aus Wasserkraftanlagen und von Wind- oder Solaranlagen gewonnen werden. Idealerweise kommt dabei sogar überschüssiger, regenerativer Strom zum Einsatz, der sonst nicht vom Netz aufgenommen werden könnte.

Wofür können sie eingesetzt werden?

E-Fuels können in Form von Gas, Benzin, Diesel oder Kerosin für den Antrieb von Fahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen verwendet werden. Vor allem in Bereichen, in denen Elektromotoren aus Gründen des Gewichts oder Einer noch zu geringen Reichweite keine Alternative darstellen, haben sie große Bedeutung. E-Fuels können herkömmliche Kraftstoffen zunächst beigemischt werden, um die anfänglichen Produktionskosten abzuschwächen und diese mit der Zeit dann vollständig zu ersetzen.

Auch PkW können mit E-Fuels angetrieben werden. Der aktuelle Fahrzeugbestand mit Verbrennungsmotoren müsste somit nicht vernichtet werden, sondern könnte mit den synthetischen Kraftstoffen umweltbewusster weiterfahren.

„E-Fuels sind vor allem für die Luftfahrt, die Schifffahrt und für den Schwerlastverkehr von Interesse, da es für diese Anwendungen wegen der geforderten hohen Energiedichte zumindest kurz und mittelfristig keine Alternative zu flüssigen Kraftstoffen gibt. E-Fuels können aber auch in PkW eingesetzt werden werden, wobei hier je nach Motor Diesel- oder Ottokraftstoffe benötigt werden Chemieingenieur gegenüber der Redaktion.

Auch Heizungsanlagen, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, können ohne Umbaumaßnahmen auf E-Fuels umgestellt werden und die Umwelt durch ihren Einsatz schonen.

Was sind Vor- und Nachteile von E-Fuels?

Was für E-Fuels spricht:

• E-Fuels sind klimaneutral und besitzen dabei die gleichen Eigenschaften wie Benzin, Diesel oder Kerosin.
• Sie können ohne Umrüstung für Bestandsfahrzeuge genutzt und flächendeckend über das vorhandene Tankstellennetz abgegeben werden.
• E-Fuels werden mit Sonnen- und Windenergie produziert, die weltweit unendlich zur Verfügung stehen.
• Für den Flug-, Schiff- und Schwerlastverkehr sind sie aktuell die einzige technisch sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Kraftstoffen.

Was gegen E-Fuels spricht:

• Bei der Umwandlung von Strom in synthetischen Kraftstoff geht viel Energie verloren. Der Wirkungsgrad von E-Fuels liegt nur bei etwa 10 bis 15 Prozent. Elektroautos können 80 bis 90 Prozent der Ausgangsenergie umsetzen.
• Die Erzeugung von regenerativem Strom schwankt und wird in Deutschland vermutlich nicht zur Deckung des Bedarfs ausreichen. Man wäre auch auf regenerativen Strom aus anderen Ländern angewiesen.
• Aktuell ist die Herstellung von E-Fuels teuer und eine realistische Preisangabe pro Liter synthetischer Kraftstoff nicht wirklich möglich. Prognosen rechnen mit einem Preis von 1,45 bis 2,24 Euro für einen Liter E-Benzin inklusive Steuern im Jahr 2050 (https://www.e-fuels.de/).

„Vorteile der E-Fuels sind die hohe Energiedichte und die Möglichkeit, vorhandene Infrastrukturen zur Lagerung und Verteilung sowie existierende Fahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge weiter zu verwenden einem raschen Umstieg, sofern dieser überhaupt technisch möglich ist, entgegen stehen.

Der Nachteil der E-Fuels liegt in den Umwandlungsverlusten, dann bei der Herstellung der Kraftstoffe und folglich auch bei der Anwendung im Motor oder in der Turbine. This kostengünstig Bringen Gegenüber Einer Rein Elektrischen Lösung Einen Erhöhten Strombedarf Mit Sich, Der Allerdings Dann Nicht Oder Weniger Ins Gewicht Fällt, Wenn am Standort der Herstellung, Nicht anderweitig Verwertbarer Strom Zur Verfügung Steht Oder Stellt Werden Kann,“ erläutert Dittmeyer.

Wie ist der Stand der Forschung?

Die Forschung und Entwicklung der klimaneutralen Kraftstoffe ist bereits auf dem Stand, diese im industriellen Maß herstellen zu können, dennoch – die synthetischen Kraftstoffe noch effizienter zu werden, um ausreichend davon für verschiedene Bereiche zur Verfügung zu haben. Daran forscht unter anderem das Karlsruher Institut für Technologie, es geht davon aus, dass ein Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent möglich ist.

Mit entsprechenden politischen Entscheidungen könnte der Einsatz und die Produktion von E-Fuels im großen Stil vorangetrieben werden. Aktuell aber fehlen die entsprechenden Rahmenbedingungen sowie Förderungen und Anreize für weitere Investitionen.

„Die Verfahren zur Herstellung von E-Fuels sind im Grundsatz bekannt und zumindest in Teilen auch bereits großtechnisch erprobt Man forscht unter anderem noch an der Wärmeintegration der einzelnen Stufen der Prozessketten zur Herstellung der E-Fuels, um die energetischen Kosten zu senken, sowie ein flexibles Anlagenkonzepten auf Basis modularer standardisierter Komponenten, die eine verteilte Herstellung von E-Fuels wirtschaftlich ermöglichen sollen.

Ein weiterer Fokus liegt auf der Weiterentwicklung der Kraftstoffe hinsichtlich der Schadstoffemissionen bei der Verbrennung. Eine Herausforderung bei diesem Verfahren sind auch die Kosten und die großen verbrauchten Mengen an erneuerbarer elektrischer Energie. Durch Erhöhung der Energieeffizienz sowie der Lastflexibilität der Prozessketten lassen sich diese Kosten reduzieren“, sagt der Experte.

Können E-Fuels eine Alternative zu Elektroautos sein oder diese ergänzen?

Im Verkehrssektor können verschiedene Antriebsarten einen Beitrag zum Klimaschutz leisten, je nach Betrachtungsweise haben sie unterschiedliche Vor- und Nachteile. Eine universelle, ideale Technologie für alle Sektoren gibt es noch nicht. Hinsichtlich des Umsatzes der Klimaziele sind die Senkung der CO2-Emission und der vermehrte Einsatz regenerativer Energien ausschlaggebend. Dazu kann der Einsatz von E-Fuels im Vergleich zu Kraftstoffen einen Beitrag leisten, auch wenn elektrische Antriebe im Bereich der PkW effizienter sind.

Den Einsatz von E-Fuels in naher Zukunft schätzt Dittmeyer wie folgt ein: „Technisch wäre es möglich, bis zum Ende dieses Jahrzehnts signifikante Mengen an E-Fuels auf den Markt zu bringen, gleichwohl sicher nicht die Mengen an Kraftstoffen, die heute im PkW Aufgrund des hohen Strombedarfs befürchtet man aber, dass dann nicht genügend Ökostrom für andere Anwendungen, etwa in der Industrie, zur Verfügung steht -Fuels for Flugzeuge, Schiffe, den Schwerlastverkehr auf der Straße und für schwere Arbeitsmaschinen unstrittig ist und bei der Herstellung auch andere Fraktionen entstehen könnten, die im PkW genutzt werden könnten, wäre die Zulassung und Anrechnung von E-Fuels als nachhaltige Kraftstoffe grundsätzlich auch im PkW Auch dann, wenn in zehn Jahren oder schon früher keine neuen

Verbrennungsmotoren für PkW mehr zugelassen werden, gibt es auch für längere Zeit danach noch eine erhebliche Bestandsflotte, deren Kohlendioxidemissionen auf diesem Weg reduziert werden könnten. Angesichts der Klimakrise wäre ich für jeden Beitrag zur Reduktion der Kohlendioxidemissionen dankbar.“

Welche Meinung hat die Politik dazu?

Die Welt diskutiert aktuell, wie die vereinbarten Klimaziele am schnellsten und besten erreicht werden können. unter anderem: Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor sollen durch Elektroautos ersetzt werden, der Luftverkehr und die Schifffahrt sollen in den nächsten Jahren klimaneutral werden.

Am 28. Juni 2022 haben die EU-Länder nun entschieden, dass Neuwagen in der EU ab 2035 emissionsfrei sein sollen. Damit dürfen ab diesem Zeitpunkt keine Neuwagen mit Verbrennungsmotor mehr verkauft werden, sondern nur noch Elektrofahrzeuge neu zugelassen werden. Diesem Entschluss muss das EU-Parlament im Herbst noch zustimmen, bevor er in Kraft tritt.

Innerhalb der Bundesregierung hatte bezüglich dieser Entscheidung Uneinigkeit geherrscht. Erst während der Verhandlungen fand sie intern einen Kompromiss. Wirtschaftsminister Robert Habeck und Umweltministerin Steffi Lemke, beide von den Grünen, plädierten für das Aus von Verbrennungsmotoren, die FDP und Finanzminister Christian Lindner lehnten ein komplettes Verbot von Neuwagen mit Verbrennungsmotor ab und forderten dagegen, Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auch nach 2035 neu zulassen zu können, wenn diese ausschließlich mit klimafreundlichen E-Fuels betankbar seien. Auch Italiens Umweltminister setzte sich bei den Verhandlungen der EU für diese Art von Ausnahme ein.

Die EU-Länder einigten sich deshalb nun auf einen Kompromiss: Die EU-Kommission soll prüfen, ob es Ausnahmen für Verbrennerfahrzeuge mit klimafreundlichen E-Fuels geben kann.

Über den Experten:

Professor Dr.-Ing. habil. Roland Dittmeyer ist Direktor des Instituts für Mikroverfahrenstechnik am Karlsruher Institut für Technologie. Der Chemieingenieur forscht unter anderem zu Mikroverfahrenstechniken, katalytischer Reaktionstechnik, chemischer Energiespeicherung, sowie der Umwandlung erneuerbarer Energie in Gas und zu synthetischen Kraftstoffen und Chemikalien. Er ist Autor zahlreicher wissenschaftlicher Veröffentlichungen und hat 13 Patente inne.

Verwendete Quellen:

• Interview mit Professor Dr. Roland Dittmeyer
• UNITI Bundesverband mittelständischer Mineralölunternehmen eV: E-Fuels. Die Lösung für den klimaneutralen Verkehr von morgen
• tagesschau.de: Neuwagen soll ab 2035 emissionsfrei sein, 29. Juni 2022