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E-Fuels: Vorteile und Nachteile synthetischer Kraftstoffe

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Sind E-Fuels der Schlüssel zur Dekarbonisierung und Erreichung der Klimaziele oder aus Effizienzgründen reine Verschwendung erneuerbarer Energien?

Der Begriff E-Fuels umschreibt synthetische Kraftstoffe, die mithilfe von Ökostrom aus Wassser und Kohlendioxid gewonnen werden. Übergreifend wird der Prozeß als Power-to-Fuel beschrieben. Unterschieden wird zwischen gasförmingen Kraftstoffen und flüssigen Kraftstoffen – dementsprechend variieren die Begrifflichkeiten als Power-to-Gas oder Power-to-Liquid. Auch Mischformen bzw. Konkretisierungen als Power-and-Biohas-to-Liquid-Technologie sind denkbar.

Die E-Fuels werden grundsätzlich aus zwei Komponenten hergestellt. In der Regel wird durch Elektrolyse (oder Co-Elektrolyse oder ein anderes Verfahren) Wasserstoff gewonnen. Dieser wird mit CO2 vermischt. Das kann beispielsweise aus Industrieprozessen stammen oder als Direct Air Capture aus der Umgebungsluft gewonnen werden. Ergebnis sind langkettige Kohlenwasserstoffe, die ähnliche Eigenschaften aufweisen wie Benzin, Diesel und Kerosin. Gewöhnlich werden diese normalen Kraftstoffe aus Erdöl raffiniert.

Stromkraftstoffe brauchen in der Herstellung zwei Komponenten: Durch Elektrolyse gewonnenen Wasserstoff und CO2. Die Mischung ergibt für Verbrennungsmotoren geeignete Kohlenwasserstoffe, die ähnliche Strukturen haben wie solche, die aus Erdöl hergestellt werden. Verwendet man zur Produktion Strom aus erneuerbaren Quellen, wird bei der Verbrennung der E-Fuels nur so viel CO2 ausgestoßen, wie ihnen im Produktionsprozess hinzugefügt wurde. Ein klimaneutraler Kraftstoff also.

Der große, theoretische Vorteil der E-Fuels ist, dass sie bei Einsatz von Erneuerbaren Energien für Elektrolyse und DAC als klimaneutral bezeichnet werden können: Sie setzen im Verbrennungsmotor nur so viel Kohlendioxid wieder frei, wie sie zuvor verarbeitet haben. Unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktur (Schiffe, Pipelines, Raffinerien, Transporter) können die E-Fuels über das Tankstellennetz verteilt werden.

Allerdings sind berechtigte Zweifel angebracht, ob es sinnvoll sein kann, ein derart aufwändiges System aufrecht zu erhalten. Denn jeder der beschriebenen Schritte ist energieintensiv, nur ganz am Anfang wird die Lieferkette verändert: Statt Erdöl aus dem Boden zu holen, wir sozusagen künstliches Erdöl erzeugt. Eines der wichtigen Klimaziele ist es aber, Lieferketten zu verkürzen, und beispielsweise den ausufernden Schiffsverkehr zu reduzieren.

Tragen E-Fuels zur Erreichung der Klimaziele bei?

Die zentrale Frage rund um synthetische Kraftstoffe lautet, ob sie zur Erreichung der Klimaneutralität beispielsweise im Fahrzeugbestand gebraucht werden. Weltweit gibt es 1,3 Milliarden Fahrzeuge – bis dieser Fuhrpark auf Elektromobilität umgestellt sein kann, vergehen Jahrzehnte. Und so lange trägt der Verkehrssektor nur bedingt zu den CO2-Reduktionszielen bei. Es drängt sich der Eindruck auf, dass dem Fahrzeugbestand eine ganz wichtige Rolle zukommt – wie kann dieser schneller sauberer werden?

Vorteile synthetischer Kraftstofe

Die Vorteile synthetischer Kraftstoffe liegen auf der Hand: Mithilfe von Technologie kann ein 1:1-Ersatz für Benzin, Diesel und Kerosin erzeugt werden. Dabei können viele Teile der existierenden Infrastruktur weiter genutzt werden. Die Verbrennungsmotoren hingegen müssen nicht modifiziert werden.

Sobald E-Fuels an den Raffinerien anrechenbar sind, kann ein Markthochlauf über Quoten organisiert werden. So können sukzessive Strukturen geschaffen werden. Weiterer Vorteil von Beimischungsquoten: Deutlich höhere Erzeugerpreise können im Gesamtpreis des Kraftstoffs abgefedert werden.

Besonders vorteilhaft sind E-Fuels insbesondere da, wo eine direkte Elektrifizierung nicht stattfinden kann. Etwa im Schwerlast-Verkehr oder im Flugverkehr. Allerdings können E-Fuels auch und gerade den Fahrzeugbestand klimafreundlicher machen, bis dieser vollständig durch Elektrofahrzeuge ersetzt wurde.

Zu bedenken ist: Dieser Fahrzeugbestand umfasst weltweit 1,3 Milliarden Fahrzeuge. In einem gewöhnlichen Jahr werden 5 Prozent dieser Fahrzeuge durch neue Fahrzeuge ersetzt. Stand heute (Dezember 2020) sind die Neufahrzeuge noch zu 90 Prozent Verbrenner. Diese Zahlen zeigen zweierlei: Einerseits muss es durch den Wandel zum Elektroauto und zum Autonomen Fahren gelingen, den Fahrzeugbestand insgesamt zu reduzieren. Andererseits muss jedes Fahrzeug zur Erreichung der Klimaziele beitragen – beispielsweise durch Nutzung klimafreundlicher Kraftstoffe.

Die synthetischen Kraftstoffe basieren in der Regel auf der Herstellung von Wasserstoff im ersten Schritt. Im Gegensatz zu Wasserstoff sind e-Diesel, e-Kerosin oder das sogenannte Blue Crude (Rohölersatz) einfacher zu transportieren als Wasserstoff. Das grüne Gas wird daher in Zukunft in Form von Methanol oder Ammoniak per Schiff transportiert werden.

Nachteile der E-Kraftstoffe

Der wesentliche Nachteil synthetischer Kraftstoffe liegt in der Efffizienz. Kritiker führen gerne dieses Schaubild der Öko-Organisation Transport & Environment ins Feld. Ich halte die Angaben für den Prozess bis zum Kraftstoff für zu negativ. Die Co-Elektrolyse von Sunfire etwa wartet mit hohen Effizienzwerten auf, ist aber nur in kleinem Maßstab erprobt worden.

Die Herstellung von E-Fuels ist energieintensiv. Setzt man ausschließlich erneuerbare Energien ein, reicht das Potenzial in Deutschland nicht aus. Bedeutet: E-Fuels werden aller Voraussicht nach in anderen Ländern hergestellt, und dann der deutschen Tankstelleninfrastruktur zugeführt.

Ein Dilemma besteht aber in der Frage, wo die ersten erzeugten Mengen E-Fuels eingesetzt werden können – wahrscheinlich ist der Effekt im Flugverkehr und im Schiffsverkehr größer als im Langstrecken-Transport.

Aktuelle Lage der E-Fuels – Projekte in Planung

Norsk e-fuel: Kerosin aus Luft, Wasser und Ökostrom

Norwegen hat für die Herstellung von E-Fuels einen großen Vorteil: Das Land versorgt sich angesichts reichhaltiger Vorkommen überwiegend aus Wasserkraft. Erneuerbare Energien sind günstig und für die Industrie verfügbar. Das Konsortium Norsk e-fuel will ab 2023 10 Millionen Liter synthetisches Kerosin herstellen. Dabei wird der Power-to-Liquids-Technologiepfad beschritten.

Industriegebiet Heroya Projekt Norsk e-fuel
So könnte es 2026 aussehen: Norsk e-fuel im Industriegebiet Heroya

Mithilfe der Co-Elektrolyse sowie CO2 aus der Umgebungsluft entsteht ein Synthesegas, das anschließend zu Kerosin weiterverarbeitet werden kann. Beteiligt am Joint Venture ist das deutsche Cleantech-Unternehmen Sunfire, einer der erfahrensten Anbieter entsprechender Technologie, das Schweizer DAC-Unternehmen Climeworks, Paul Wurth als international tätiger Anlagenbauer und schließlich Valinor, eine grüne Investmentgesellschaft und Muttergesellschaft des größten, privaten Windkraftentwicklers Norsk Vind in Norwegen.

Drei Schritte zu 10 Millionen Litern e-Kerosin

Die Realisierung der PtL-Anlage im Industriegebiet Heroya soll in drei Schritten gelingen:

  1. Die Demonstrationsanlage von Sunfire in Dresden wird umgebaut, so dass die Verschaltung der Technologien getestet werden kann. Dazu zählt u.a. die Nutzung von Abwärme aus der Fischer-Tropsch-Synthese für die Hochtemperatur-Elektrolyse.
  2. 2021 soll es dann nächsten Bauabschnitt kommen. Wichtigster Technologieschritt dabei ist die Skalierung auf ein Volumen von 10 Millionen Liter pro Jahr.
  3. 2023 schließlich soll in Heroya, 150 Kilometer südwestlich von Oslo die Produktion starten. In den Prozess integriert wird dann die sogenannte Co-Festoxid-Hochtemperaturelektrolyse (Co-SOFC) mit angedockter Synthetisierung.
  4. Ab 2026 schließlich soll der Endausbau erfolgt sein – mit einer Produktionsmenge von 100 Millionen Litern E-Fuels für den Einsatz in der Luftfahrt.

Mehr zum Projekt Norsk e-fuel gibt es auch hier bei Cleanthinking.

Haru Oni: E-Kraftstoffe für ein langes Porsche-Leben

An diesem Projekt zur Herstellung von E-Fuels über den e-Methanol-Pfad, sind die deutschen Konzerne Siemens Energy und Porsche beteiligt. Da es in die Nationale Wasserstoffstrategie passt, hat das Bundeswirtschaftsministerium ebenfalls acht Millionen Euro beigesteuert. Im Haru Oni genannten Projekt sollen ab 2022 130.000 Liter synthetischer Kraftstoffe pro Jahr hergestellt werden.

Porsche und Siemens bezeichnen die eigene Anlage als „weltweit erste, integrierte kommerzielle Anlage zur Herstellung klimaneutraler Brennstoffe.“ Ob die Anlage angesichts der Förderung der Bundesregierung als kommerziell bezeichnet werden kann, sei mal dahingestellt. Entstehen soll jedenfalls ein Leuchtturmprojekt im Rahmen der Wasserstoffstrategie.

Synthetische Kraftstoffe für Porsche: E-Fuels-Projekt in Chile
Siemens Energy ist federführend am E-Fuels-Projekt in Chile beteiligt.

Porsche will die E-Fuels, sie sagen dazu E-Kraftstoffe, auf Rennstrecken, in Fahrzeugversuchen und möglicherweise auch in Seriensportwagen einsetzen.

Das Projekt Haru Oni soll in mehreren Schritten skaliert werden:

  • ab 2022: 130.000 Liter E-Fuels
  • ab 2024: 55 Millionen Liter
  • ab 2026: 550 Millionen Liter

Siemens steuert neben der Elektrolyse-Technologie über das Partnerunternehmen Siemens Gamesa auch die Windturbinen bei, die dafür sorgen sollen, dass die Elektrolyse ausschließlich mit erneuerbaren Energien betrieben wird. Daneben sind auch das lokale Energieunternehmen AME, der Mineralölkonzern ENAP und der italienische Energiekonzern Enel beteiligt.

Mehr zu Haru Oni gibt es hier auf dieser Webseite.

Kopernikus: Kompakte Versuchsanlage für E-Fuels

Am 12. November 2019 ging in Karlsruhe eine besonders kompakte Versuchsanlage zur Herstellung von E-Fuels in Betrieb. Den beteiligten Unternehmen sowie den Forschern des KIT gelang es, die Technologien in einem Schiffscontainer unterzubringen. Konkret wurden folgende Verfahrensschritte realisiert:

  • Für die Filterung des CO2 aus der Umgebungsluft ist der Schweizer DAC-Spezialist Climeworks zuständig.
  • Im zweiten Schritt wird die Co-Elektrolyse von Sunfire genutzt, um CO2 und Wasserdampf in Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu spalten.
  • Im dritten Schritt kommt die Technologie der KIT-Ausgründung Ineratec ins Spiel. Aus dem zuvor entstandenen Gasgemisch werden nun lange Kohlenwasserstoff-Ketten.
  • Das vierte Modul schließlich spaltet die festen, langkettigen Kohlenwasserstoffe so auf, dass sie für die Herstellung von Benzin, Diesel und Kerosin genutzt werden können.

Das 2019 abgeschlossene erste Projekt, diente dazu, die Technologie grundlegend in ihrer Kompaktheit zu demonstrieren. Die Kopernikus-Anlage liefert 10 Liter E-Fuel pro Tag. Dabei soll es nicht bleiben: 2022 soll die zwanzigfache Menge produziert werden können, also etwa 200 Liter pro Tag. Im vorindustriellen Stadium schließlich ist bis 2025 eine weitere Versuchsanlage geplant, die zwischen 1.500 und 2.000 Litern Kraftstoff pro Tag produzieren soll. Pro Jahr wären das dann ca. 540.000 Liter.

Mehr zum Kopernikus-Projekt von Climeworks, Sunfire und Ineratec gibt es hier.

Synthetische Kraftstoffe; Studien im Überblick

An dieser Stelle werden die relevantesten Studien rund um synthetische Kraftstoffe und E-Fuels verlinkt. Eine Studie fehlt? Bitte schreiben Sie uns an info@cleanthinking.de ein Nachricht oder hinterlassen Sie einen Kommentar.

Dieser Beitrag wurde erstmals am 7. Dezember 2020 veröffentlicht, entwickelt sich laufend weiter.

% S Kommentare
  1. […] Hybridfahrzeuge, die mit Elektromotor ausgestattet sind, aber für lange Fahrten mit synthetischen Kraftstoffen betankt […]

  2. […] Verkehrsmaschinen entfernt sind. Umso wichtiger als der Sicht des klimaneutralen Fliegens ist, dass rasch E-Fuels in großen Mengen produziert werden, um zumindest über den Treibstoff zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beizutragen. […]

  3. Hallo Herr Jendrischik,

    ich bin völlig Ihrer Meinung. Die spannende Frage ist, ob man aufgrund Ihrer Argumentation nicht sogar auf ein Verbot des Verbrenners verzichten kann – ein Verbrenner ist ja völlig ok, wenn er klimaneutral fährt. Theoretisch braucht man das Verbot nicht, weil es ja erneuerbare Energie im Überfluss gibt – praktisch evtl. schon, weil man den Hochlauf von H2/PtX nicht beliebig schnell organisieren kann.
    Gruß, T.Unnerstall

  4. Markus V. sagt

    E-Fuels werden unseren Lebensraum nicht retten können.

    Wir hatten jetzt bestimmt 30 Jahre Zeit uns vom Öl zu verabschieden und jetzt willst du den Übergang zu Erneuerbaren Energien nochmal mit E-Fuels über Jahrzehnte verlängern? – Und CO2 neutral bedeutet nicht CO2 frei!
    Und auch nicht Giftfrei! In einem Verbrenner kommt nicht nur Benzin sondern auch Öl zur Schmierung und dieses wird auch mit verbrannt.
    Durch E-Fuel sinkt auch der Verbrauch nicht wirklich. – Reine Verschwendung von wertvoller Energie, die wir noch nicht mal zur Verfügung haben!
    Es wird leider noch lange lange Zeit dauern bis kein Öl mehr gefördert wird. – Und diese Infrastruktur ist vorhanden.

    Ich sehe somit keinen Grund das Leben von Verbrennern mit E-Fuel noch weiter zu verlängern.

    Ein Fahrzeug ist ein 100% Verlustgeschäft für den Besitzer. Es ist ein Gebrauchsgegenstand der einem hohen Verschleiß unterliegt und regelmäßig ersetzt werden muss. Wer ein Fahrzeug anschafft muss sich dem Umstand beugen das sein Geld weg ist. – Es gibt seit Jahren keine Neufahrzeug mehr zu kaufen die jemals als Oldtimer unterwegs sein werden.
    Der Totalverlust ist obligatorisch. – Das glaubt nur leider keiner. Der Wert wird ausschließlich durch den Weiterverkauf definiert und nicht durch den Materialwert.
    Wenn wir als Menschheit gemeinsam eine Zukunft haben wollen, müssen wir aufhören, uns an alten Verbrauchsgütern zu klammern. Wenn wir nicht flott zusammen weiter gehen, werden wir nicht länger an einer Zukunft teilnehmen dürfen.

    MfG.
    M.V.

    1. Martin Jendrischik sagt

      Hallo Markus,

      vielen Dank für Deine Meinung. Schade, dass Du mir als Autor Dinge unterstellst, die einfach nicht wahr sind. Ich plädiere gerade für ein festes, möglichst zeitnahes Ausstiegsdatum aus dem Verbrenner (2030).

      Eine Gegenfrage: Wie willst Du den aktuellen Fahrzeugbestand von 1,3 Milliarden Fahrzeugen weltweit austauschen, so dass alle Fahrzeuge elektrifiziert sind?

      Danke, Martin Jendrischik

  5. Christian sagt

    Mit SunFire käme man auf einen Rekordwirkungsgrad von 15% für E-Fuels. Sorry macht wirklich keinen Sinn.

    1. Martin Jendrischik sagt

      Es macht eben doch Sinn. Nämlich genau dort, wo Elektrifizierung keine Alternative, Dekarbonisierung aber notwendig und sinnvoll ist.

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