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E-Fuels: CO2-neutrale Kraftstoffe der Zukunft

Das Auto von morgen fährt abgasfrei. Alternative Kraftstoffe und Antriebe bieten die Chance, CO2-Emissionen zu verringern und den Klimaschutz zu fördern. Auf dem Weg zum emissionsfreien Fahren sind synthetische Kraftstoffe ein wichtiger Baustein.

Seit 2004 sind die CO2-Emissionen und der Kraftstoffverbrauch neu zugelassener Pkw in Deutschland bereits um mehr als ein Viertel gefallen. Um die ambitionierten europäischen Klimaziele zu erreichen, muss der Schadstoffausstoß gerade im Verkehr noch weiter sinken. Dafür hat die Industrie unterschiedliche technologische Lösungen entwickelt. Synthetische Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, spielen für die Mobilität von morgen eine wichtige Rolle, da sie wie Benzin oder Diesel im Verbrennungsmotor eingesetzt werden können. Wenn sie aus rein erneuerbarer Energie erzeugt werden, ermöglichen sie eine quasi CO2-neutrale Fortbewegung – nicht nur mit dem Auto, sondern auch mit dem Lastwagen, Schiff oder Flugzeug. Die Technologie gewinnt zunehmend an Bedeutung, da auch rein elektrisch angetriebene Transportmittel in ihrer Herstellung viele CO2-Emissionen erzeugen.

Was sind E-Fuels?

E-Fuels sind synthetisch erzeugte Kraftstoffe, die durch den Einsatz der Power-to-X-Technologie, genauer dem Power-to-Liquid-Verfahren, aus Strom, Wasser und Kohlenstoffdioxid hergestellt werden. Bei dem Verfahren macht man sich einen Rückkopplungsprozess zunutze. Es wird bei der Herstellung genauso viel Kohlenstoffdioxid gebunden, wie später wieder beim Verbrauch emittiert wird. Dies ist nur möglich, wenn der verwendete Strom aus erneuerbaren Energien und das CO2 aus der Umwelt stammt. Der Begriff stammt aus dem Englischen und ist die Abkürzung für „Electrofuels“. Das übergeordnete Ziel der Technologie ist die Dekarbonisierung des Verkehrssektors, wobei E-Fuels skalierbar an Endprodukten nutzbar sind, d.h. sie können wie Benzin oder Diesel in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, ohne viel umbauen zu müssen.

Wie werden synthetische Kraftstoffe hergestellt?

Basis für die Herstellung von E-Fuels ist die Power-to-Liquid-Technologie, bei der grüner Wasserstoff entsteht. Bei dem chemischen Verfahren wird zunächst Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt, der für die anstehende Elektrolyse nötig ist. Die Elektrolyse ist ein Verfahren, bei dem der Strom eine chemische Stofftrennung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff erzwingt. Vereinfacht gesagt entsteht der elementare Wasserstoff, indem geladene Teilchen zu Elektroden wandern und somit separiert werden. Unter der Hinzugabe von Kohlenstoffdioxid wird dann in einer gesonderten Reaktion ein Synthesegas erzeugt, das die Basis für die nachfolgenden Schritte bildet. Der verwendete Kohlenstoffdioxid kann entweder aus der Umwelt entnommen oder mittels der Carbon Capture Utilization and Storage-Technologie gespeichert werden, bei der das CO2 aus Verbrennungsabgasen verwendet wird. Das Synthesegas als Zwischenprodukt enthält die Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, die für die Weiterverarbeitung erforderlich sind. Dieses Gas wird dann mittels spezieller Verfahren synthetisiert.

Basis für die Herstellung von E-Fuels ist die Power-to-Liquid-Technologie

Eine der meist genutzten Vorgehensweisen ist die das Fischer-Tropsch-Verfahren. Hierbei findet eine Aufbaureaktion des Syntheseproduktes an speziellen Katalysatoren statt, wobei sich Paraffine, Alkene und Alkohole bilden können. Notwendig dafür sind ein hoher Druck von bis zu 40 Bar und eine hohe Temperatur von bis zu 350°C. Das Erzeugnis muss im letzten Schritt dann noch in Raffinerien aufbereitet werden und man erhält E-Benzin, E-Diesel oder E-Kerosin – das E-Fuel. Dieses Herstellverfahren ist sehr energieintensiv. Die benötigte Energiemenge kann von den in Deutschland verfügbaren, erneuerbaren Energien nur schwierig abgedeckt werden. Dementsprechend werden E-Fuels vermutlich in anderen Ländern hergestellt und dann zum Großteil importiert werden.

Sind E-Fuels klimaneutral?

Bei der Anwendung der PtL-Technologie für E-Fuels wird ungefähr gleich viel Kohlenstoffdioxid bei der Herstellung gebunden, wie bei der späteren Verbrennung wieder emittiert wird – Die Klimabilanz ist also ausgeglichen und die Vision vom emissionsfreien Fahren in der Theorie Realität.

E-Fuels sind weitgehend frei von Schwefelkomponenten, was eine nachträgliche Filterung überflüssig macht und die Umwelt schützt. Der Einsatz synthetischer Kraftstoffe reduziert die Nutzung fossiler Rohstoffe im Idealfall auf Null, wenn über den gesamten Produktionsprozess keinerlei Erdöl, Erdgas oder Kohle verwendet werden.

Der Einsatz von E-Fuels kann einen großen Beitrag zur Erreichung der verabschiedeten Klimaziele leisten. Da sie sofort verwendet werden können, ohne eine neue Infrastruktur aufbauen zu müssen, sind sie auch in wirtschaftlich weniger entwickelten Ländern implementierbar. E-Fuels können demnach den Verkehrssektor nachhaltig dekarbonisieren, die Treibhausgasfreisetzung reduzieren und den Klimawandel eindämmen.

Vor- und Nachteile synthetischer Kraftstoffe im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen

Vorteile Nachteile
kann konventionellen Kraftstoff direkt ersetzen, da bestehende Infrastruktur (Tankstellen, Pipelines) und Antriebe können genutzt werden Energieeffizienz ist im Vergleich zu Verbrennungsmotoren vier bis sechs Mal geringer
höhere Qualität als fossile Brennstoffe, da nur reine Ausgangsstoffe verwendet werden (kein Schwefelgehalt) es gibt weiterhin Luftschadstoffemissionen
hohe Energiedichte derzeit noch um ein Vielfaches teurer als fossile Kraftstoffe
über lange Distanzen kostengünstig transportierbar  
gut stationär speicherbar  
Bestandsflotten können klimaneutral betrieben werden  
Rohöl kann in herkömmlichen Raffinerien verarbeitet werden  
bei den noch hohen Herstellungskosten sind noch Kostensenkungen möglich