Zwischen Innovation und Effizienzdebatten: die Rolle von E-Fuels in der Mobilitätswende
Synthetische Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, können als umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen zu einer emissionsarmen Zukunft beitragen. Wie der innovative Energieträger hergestellt wird und wie E-Fuels gegenüber Elektroautos abschneiden, erfahren Sie hier.
Der EU-Umweltrat hat sich im März 2023 darauf geeinigt, dass ab 2035 nur noch Neuwagen mit Verbrennungsmotor zugelassen werden sollen, die im Betrieb kein CO2 ausstoßen. Vor diesem Hintergrund rücken E-Fuels zunehmend in den Fokus der Automobilindustrie und Energiepolitik. Sie könnten genau diese Anforderung erfüllen und stellen auf den ersten Blick eine Ergänzung zu anderen klimaschonenden Mobilitätslösungen dar.
E-Fuels (dt.: „elektrische Kraftstoffe“) sind synthetische Kraftstoffe, die in einem chemischen Verfahren aus Wasser und Kohlendioxid (CO2) hergestellt werden. Die dafür benötigte elektrische Energie stammt in der Regel aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarkraft. Dadurch gelten E-Fuels als klimaschonende Alternative zu Benzin und Diesel. Das Endprodukt ist ein flüssiger oder gasförmiger Kraftstoff, der in bestehenden Verbrennern verwendet werden kann, ohne dass diese umgerüstet werden müssen. Das Verfahren verspricht sauberen Kraftstoff für einen klimafreundlichen Verkehr. Deshalb sind E-Fuels seit einiger Zeit aus der Debatte um die Zukunft der Mobilität nicht mehr wegzudenken.
Die Ladeinfrastruktur in unserer Stadt verbessert sich stetig. Heute schon sind über das gesamte Stadtgebiet mehr als 1.500 öffentlich zugängliche Ladepunkte von mehreren Anbietern verteilt. Die Stadtwerke Düsseldorf engagieren sich als First Mover seit 2015 und bringen aktuell und zukünftig die Elektromobilität voran und die Landeshauptstadt näher an ihr Ziel: Klimaneutralität bis 2035.
E-Fuels werden in einem mehrstufigen chemischen Prozess hergestellt – dem Power-to-Liquid-Verfahren. Dieses nutzt erneuerbare Energie, um Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) in Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Vereinfacht läuft die Herstellung folgendermaßen ab:
Elektrolyse: Der erste Schritt ist die Gewinnung von Wasserstoff (H2) durch die Elektrolyse von Wasser. Dabei wird Wasser unter Einsatz von (sinnvollerweise ausschließlich regenerativer) Elektrizität in einem Elektrolyseur in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.
Synthese: In der nächsten Phase wird der gewonnene Wasserstoff mit CO2 verbunden. Dabei entsteht flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoff, der die Grundlage für die E-Fuels bildet. Das CO2 stammt aus der Atmosphäre bzw. wird aus industriellen Prozessen gewonnen.
Aufbereitung und Verfeinerung: Die klare, geruchsarme Flüssigkeit kann nun zu verschiedenen Arten von Brennstoffen wie Benzin, Diesel oder Kerosin weiterverarbeitet werden. Diese Brennstoffe sind sofort einsatzbereit für herkömmliche Verbrennungsmotoren.
Trotz ihres theoretischen Potenzials stehen E-Fuels derzeit noch vor erheblichen Herausforderungen, die dazu führen, dass Expert:innen den großflächigen Einsatz bei Pkw und Lkw kritisch sehen. Insbesondere die Energieeffizienz des Herstellungsprozesses ist eine große Hürde. Aktuell benötigt die Produktion von synthetischem Kraftstoff eine beachtliche Menge an elektrischer Energie. Laut dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI müsste die derzeitige Produktion von erneuerbarer Energie nahezu verdoppelt werden, um bis zum Jahr 2050 einen globalen Anteil von 10 % an grünem Wasserstoff und synthetischen Brennstoffen wie E-Fuels zu erzielen.
Der schlechtere Wirkungsgrad ist der wesentliche Nachteil von E-Fuels, der sich aus erheblichen Energieverlusten bei der Umwandlung von elektrischem Strom in synthetischen Kraftstoff ergibt. Kurz um: Der Bedarf an erneuerbarer Energien ist für die Produktion höher, als würde der Ökostrom direkt zum Laden eines E-Autos verwendet.
Das verdeutlicht, dass E-Fuels auch in Zukunft eine knappe und kostspielige Ressource bleiben werden. Denn synthetische Kraftstoffe sind derzeit in der Herstellung nicht nur teurer als konventionelle Kraftstoffe, sondern auch teurer als der Betrieb von Elektrofahrzeugen: Dem Fraunhofer-Institut zufolge werden E-Fuels im Jahr 2050 voraussichtlich zwischen 1,20 Euro und 3,60 Euro pro Liter kosten – exklusive Steuern (Quelle: isi.fraunhofer.de). Im Vergleich dazu bewegt sich der Preis für herkömmliche fossile Brennstoffe Anfang 2023 ohne Steuern zwischen 0,60 und 0,70 Euro je Liter.
Sie können in bestehenden Verbrennungsmotoren genutzt werden – eine Umrüstung ist nicht erforderlich.
E-Fuels werden mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt, was unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduziert.
Der synthetische Kraftstoff kann auch in den Bereichen Luft- und Seefahrt zum Einsatz kommen.
Die Herstellung von E-Fuels ist derzeit noch nicht so effizient wie die direkte Nutzung des Stroms beim Laden von Elektrofahrzeugen.
Aktuell sind die Herstellungskosten für E-Fuels höher als die von fossilen Kraftstoffen. Zudem übersteigen sie die Kosten für das Laden von E-Autos.
Für die Herstellung von E-Fuels werden große Mengen erneuerbarer Energie benötigt, die der deutsche Markt derzeit noch nicht hergibt. Die Produktion von E-Fuels im großen Maßstab ist daher noch nicht möglich.
Angesichts des schnellen Fortschritts in der Elektromobilität könnten E-Fuels eine Übergangslösung bleiben und langfristig durch effizientere Technologien ersetzt werden.
| Klimaneutralität | |
|---|---|
| E-Fuels | - Potenziell klimafreundlich, abhängig von der Energiequelle |
| E-Autos | - Klimaneutral im Betrieb, abhängig von der Stromquelle |
| Energieeffizienz | |
|---|---|
| E-Fuels | - Gering, aufgrund des aufwendigen Herstellungsverfahrens |
| E-Autos | - Hoch, da direkte Umwandlung von Strom in Bewegung |
| Anschaffungskosten | |
|---|---|
| E-Fuels | - Reguläre Anschaffungskosten für einen Verbrenner-Pkw |
| E-Autos | - Anschaffungskosten für E-Autos derzeit höher, aber weitere Kostensenkungen sind durch Economies of Scale (Skaleneffekte) in der Produktion zu erwarten. Einige Autohersteller haben bereits E-Fahrzeuge zu attraktiven Preisen im Programm. |
| Verbrauchskosten | |
|---|---|
| E-Fuels | - Aktuell hoch, Kostensenkungen in Zukunft möglich |
| E-Autos | - Geringer, zudem dürften sich in Zukunft weitere Kostenoptimierungen, beispielsweise durch flexible Stromtarife, ergeben |
| Infrastruktur | |
|---|---|
| E-Fuels | - Kann bestehende Kraftstoffinfrastruktur nutzen |
| E-Autos | - Ausbaufähig, viele Länder investieren bereits umfassend in den Ausbau einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur |
| Technologische Reife | |
|---|---|
| E-Fuels | - In Entwicklung, nicht vollständig marktreif |
| E-Autos | - Bereits weit entwickelt und marktverfügbar |
| Lokale Emissionen | |
|---|---|
| E-Fuels | - Geringer als bei fossilen Brennstoffen, aber nicht null |
| E-Autos | - Keine lokalen Emissionen aus Auspuffanlagen, da insbesondere bei den sogenannten Vollstromern diese Komponente grundsätzlich fehlt |
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Joachim Gerloff • 7. November 2023
