E-Fuels: Brückentechnologie oder Sackgasse der Mobilitätswende?

Die Debatte um die Zukunft der Mobilität ist in vollem Gange. Elektroautos (BEVs), E-Fuels und Wasserstoffantriebe gelten als führende Kandidaten für eine nachhaltige Verkehrswende. In diesem Artikel werden diese drei Technologien unter dem Gesichtspunkt der Thermodynamik, Effizienz und des CO2-Verbrauchs während des Produktionsprozesses untersucht.

Thermodynamik und Effizienz
Die Effizienz eines Antriebssystems hängt vom Wirkungsgrad ab, der angibt, wie gut Energie in nutzbare Arbeit umgewandelt wird. Elektroautos haben hier einen klaren Vorteil, da Elektromotoren einen Wirkungsgrad von bis zu 95% erreichen können. Im Vergleich dazu haben Verbrennungsmotoren, die mit E-Fuels betrieben werden, einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad von etwa 20-30%.

Wasserstoffantriebe, die über Brennstoffzellen Strom erzeugen, weisen einen Wirkungsgrad von etwa 40-60% auf. Allerdings muss der Wasserstoff zunächst durch Elektrolyse gewonnen werden, was zusätzliche Energie erfordert und den Gesamtwirkungsgrad des Systems verringert.

CO2-Verbrauch und Produktion
Es ist wichtig, den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs zu berücksichtigen, einschließlich der Herstellung der Batterien oder Brennstoffzellen sowie der Produktion des Treibstoffs. Elektroautos sind vorteilhaft, wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. Die Produktion von E-Fuels ist jedoch energieintensiv und kann, wenn sie nicht mit erneuerbaren Energien betrieben wird, zu einem hohen CO2-Ausstoß führen.

Die Herstellung von Wasserstoff kann ebenfalls CO2-neutral sein, wenn er durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Die derzeitige globale Produktion von emissionsarmem Wasserstoff ist jedoch noch gering.

Globale Verfügbarkeit und Verbrauch
Die Verfügbarkeit von Strom, E-Fuels und Wasserstoff hängt stark von der globalen Infrastruktur und den Investitionen in erneuerbare Energien ab.

Während die Produktion von erneuerbarem Strom stetig zunimmt, ist die Herstellung von E-Fuels und Wasserstoff noch nicht in dem Maße skalierbar.

Die Wahl des Antriebssystems für die Zukunft hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise der Effizienz, der CO2-Bilanz und der Verfügbarkeit von Ressourcen. Derzeit bieten Elektroautos die höchste Effizienz und bei Nutzung von erneuerbarem Strom auch die beste CO2-Bilanz. Wasserstoff könnte in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, insbesondere bei schweren Fahrzeugen und langen Strecken. E-Fuels sind eine Option, um bestehende Fahrzeuge weiter zu nutzen. Allerdings stellen sie aufgrund ihrer geringeren Effizienz und höheren CO2-Emissionen bei der Produktion eine weniger nachhaltige Lösung dar.

Die Entscheidung für eine dieser Technologien wird letztendlich von den Fortschritten in der Effizienz, der Infrastruktur und der globalen Energiepolitik abhängen.

Verfügbarkeit von Wasserstoff in der Zukunft

Die Menge an Wasserstoff, die energieintensive Betriebe wie die Stahlindustrie in Deutschland benötigen, ist beträchtlich. Für eine klimaneutrale Stahlproduktion im Jahr 2050 könnten in Deutschland etwa 2,2 Millionen Tonnen klimaneutraler Wasserstoff pro Jahr erforderlich sein. Dies entspricht einem Energiegehalt von rund 77 TWh, wenn man von einem Energiegehalt von 33,33 kWh pro Kilogramm Wasserstoff ausgeht.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Zahlen auf aktuellen Studien und Prognosen basieren, die sich mit der Zeit ändern können. Insbesondere wenn es um die Entwicklung neuer Technologien und Produktionsmethoden geht, kann sich der Bedarf an Wasserstoff verändern. Die tatsächlich benötigte Menge an Wasserstoff hängt auch von der Geschwindigkeit der Energiewende und der Umstellung auf klimaneutrale Produktionsprozesse ab.

Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat sich intensiv mit der Nutzung von Wasserstoff und E-Fuels in PKWs beschäftigt. Die Forschung zeigt, dass E-Fuels aus ökonomischen und ökologischen Gründen nicht für den großflächigen Einsatz in PKWs und LKWs geeignet sind. Die Hauptgründe dafür sind der hohe Energiebedarf bei der Herstellung und die fragwürdige Umweltbilanz. Dies stellt ein mögliches Hindernis für die Verkehrswende dar.

In einigen Nischenanwendungen könnte Wasserstoff sinnvoll sein. Allerdings deutet die aktuelle wissenschaftliche Meinung darauf hin, dass E-Fuels und Wasserstoff für PKWs im Vergleich zur direkten Elektrifizierung durch batteriebetriebene Fahrzeuge zu ineffizient und zu teuer sind.

In Bezug auf die realistische Produktionskapazität wird diskutiert, dass die weltweite erneuerbare Stromproduktion fast verdoppelt werden müsste, um bis zum Jahr 2050 einen weltweiten Anteil von zehn Prozent an grünem Wasserstoff und synthetischen Brenn- und Kraftstoffen einschließlich E-Fuels zu erreichen. Dies lässt vermuten, dass E-Fuels und Wasserstoff vorerst teuer und selten bleiben werden. Elektromobilität stellt eine bereits breit verfügbare und energieeffiziente Alternative für PKWs dar.

Das bedeutet, dass mit der Menge an Wasserstoff, die für die Stahlindustrie in Deutschland benötigt wird, etwa 14,67 Millionen PKWs für ein Jahr betankt werden könnten. Das sind 23.73 % des gesamten PKW-Anteils in Deutschland.

Diese Berechnung ist natürlich stark vereinfacht und berücksichtigt nicht die Effizienzverluste bei der Verteilung und Speicherung von Wasserstoff oder andere Faktoren wie saisonale Schwankungen im Fahrverhalten. Es dient lediglich als grobe Schätzung.

Kann Herr Wissing nicht rechnen? Im Jahr 2022 betonte er noch die Wichtigkeit einer technologieoffenen Herangehensweise und sprach sich dafür aus, verschiedene Energieträger dort einzusetzen, wo sie am effizientesten sind. Für PKWs sah er den elektrischen Antrieb als die effizienteste Lösung.

Zwei Jahre später dann dies:

Volker Wissing zum geplanten Aus für Autos mit Verbrennungsmotor in Europa ab 2035. Er betonte, dass Fahrzeuge, die ausschließlich mit klimaneutralen Kraftstoffen wie E-Fuels betankt werden, auch nach 2035 neu zugelassen werden können. Wissing ist der Meinung, dass die Ausnahme für E-Fuels juristisch sicher ist, obwohl es Kritik an den hohen Herstellungskosten und der schlechten Energiebilanz gibt.

Die EU hat sich endgültig dafür entschieden, ein Schlupfloch für E-Fuels zu schaffen, nachdem Deutschland wochenlang Widerstand geleistet hatte. Die Bundesregierung hat beschlossen, dass auch nach 2035 weiterhin Verbrennungsmotoren zugelassen werden können, sofern sie ausschließlich mit E-Fuels betrieben werden. Diese Entscheidung verdeutlicht, dass die Diskussion um den Ausstieg aus Verbrennungsmotoren und die Rolle von E-Fuels in Politik und Gesellschaft weiterhin kontrovers diskutiert wird.

Quellen
Wasserstoff als Basis für eine klimaneutrale Stahlproduktion – www.stahl-online.de
Zukünftiger Wasserstoffbedarf in einzelnen Sektoren – Deutscher Bundestag
Wie viel grünen Wasserstoff benötigt Europas Industrie im Jahr 2050 – www.isi.fraunhofer.de
Ausarbeitung Wasserstoffbedarf – Deutscher Bundestag
Wasserstoff statt Kohle: Wie wird Stahl grün? | BDEW – www.bdew.de
Eine Wasserstoff-Roadmap für Deutschland – Fraunhofer

E-Fuels nicht sinnvoll für großflächigen Einsatz bei Pkw und Lkw – www.isi.fraunhofer.de
Studie: E-Fuels sind zu ineffizient und zu teuer – www.auto-motor-und-sport.de
Publikation – E-Fuels zwischen Wunsch und Wirklichkeit – www.agora-verkehrswende.de
Wasserstoff und E-Fuels | oeko.de – www.oeko.de