E-Fuels: Power mit synthetischer Kraft

Juli 2019 – Vor dem Hintergrund des Klimawandels geraten Benziner und Dieselfahrzeuge immer mehr in die Defensive. Als Alternative bieten sich neben der gefeierten – aber nicht ganz unkritischen Elektromobilität – auch E-Fuels an. Diese synthetischen Kraft- und Brennstoffe könnten Vorteile für die gesamte Weltwirtschaft bieten.

Innovative Ideen müssen nicht zwingend neu ein. Die Grundlagen der modernen E-Fuels wurden bereits vor fast 100 Jahren gelegt. Die deutschen Chemiker Franz Fischer und Hans Tropsch forschten damals Seite an Seite am Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr. Die Synthese, die die beiden entdeckten, trägt ihren Namen: Fischer-Tropsch-Verfahren.

Lösung gegen den Klimawandel

Heute, ein gutes Jahrhundert später, sind Fischer und Tropsch wieder in aller Munde. Der Grund ist klar: Die Welt sucht nach einer Lösung gegen den weltweit steigenden Ausstoß an Kohlendioxid und den dadurch verursachten Klimawandel. Gerade der Verkehrssektor, ob auf der Straße, dem Wasser oder in der Luft, trägt einen maßgeblichen Teil zur Erderwärmung bei. Klassische Benzin- und Dieselmotoren geraten dabei zusehends ins Abseits. Eine große Hoffnung der Klimaschützer ruht jetzt auf der Elektromobilität – dabei gilt es zu hinterfragen, wie klimafreundlich der Strom für die E-Autos eigentlich produziert wird oder wieviel Kohlendioxid allein bei der Produktion der notwendigen Batterien in die Umwelt gelangt.

Klimaschutzpolitik im Autoverkehr

Weltweite Grenzwerte ausgewählter Länder und der EU

Die alte Idee von Fischer und Tropsch, im modernen technischen Gewand, steht dagegen für Klimaneutralität: Technische Grundlage ist dabei die Elektrolyse – diese spaltet Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff auf. Der so gewonnene Wasserstoff wird in weiteren Prozessen mithilfe von Kohlendioxid chemisch an Kohlenstoff gebunden. Die neue Verbindung führt zu einem synthetischen flüssigen Kraftstoff. Bei der Produktion wird dabei genau so viel Kohlendioxid aus der Umwelt entnommen, wie später bei der Verbrennung wieder freigesetzt wird. Und wenn der für die Elektrolyse benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind oder Sonne stammt, handelt es sich um 100 Prozent klimaneutral hergestellte Brennstoffe. Ingenieure fassen die Technologie zur Speicherung von erneuerbarem Strom durch synthetische Kraft- und Brennstoffe (Strom zu Flüssigkeit/Power-to-Liquids und Strom zu Gas/Power-to-Gas) generell unter dem Begriff Power-to-X zusammen.

Mitglieder des Interessenverbandes „Power to X Allianz“ sind Industriegrößen wie die Audi AG oder BP Europe SE – aber auch pfiffige Newcomer wie die GP Joule GmbH aus dem nordfriesischen Reußenköge. 2009 mit der Überzeugung gegründet, dass 100 Prozent erneuerbare Energieversorgung machbar ist, ist GP Joule heute nach eigenen Worten „ein Systemanbieter für integrierte Energielösungen aus Sonne, Wind und Biomasse sowie ein Partner auf Versorgungsebene für Strom, Wärme, Wasserstoff sowie Elektromobilität“. Die mittelständische Unternehmensgruppe beschäftigt mehr als 200 Mitarbeiter in Deutschland, Europa und Nordamerika.

Mit der jetzt gestarteten Initiative „e-Farm“ setzt auch GP Joule auf synthetische Kraftstoffe. „Dabei handelt es sich um das bisher größte grüne Wasserstoff–Mobilitätsprojekt in Deutschland. Wir realisieren damit eine Wasserstoff-Infrastruktur von der Erzeugung über die Verarbeitung bis zur Flottennutzung im Verbund“, sagt André Steinau, Referent der Unternehmensleitung bei GP Joule.

Mithilfe von regionalem Windstrom soll dabei Wasserstoff erzeugt werden, der dann an zwei Wasserstoff-Tankstellen in Husum und Niebüll getankt werden kann. Zum Start des Projekts werden zwei Brennstoffzellenbusse für den Linienverkehr sowie fünf per Brennstoffzelle betriebene Autos angeschafft. Weitere sollen folgen.

Grüner Antrieb für Straße, See und Luft

Maximaler PtX-Anteil ausgewählter Sektoren im Jahr 2050

Vorhandene Infrastruktur kann weiter genutzt werden

Derzeit sorgen klassische flüssige Kraftstoffe noch für rund 98 Prozent der Antriebsenergie im Verkehr und für mehr als ein Fünftel der Heizenergie in Deutschland. Von rund 46 Millionen Autos in Deutschland fahren zurzeit lediglich 200.000 mit Elektro- oder Hybridantrieben. Der Rest rollt mit Verbrennungsmotoren über die Straßen. Und diese Flotte lässt sich nicht so schnell auf andere Technologien umstellen, wie es die Klimaschutzziele der Bundesregierung erfordern. Mit E-Fuels ist dagegen der Technikaustausch nicht nötig. Alle vorhandenen Infrastrukturen können laut den Befürwortern der e-Fuels weiter genutzt werden – Pipelines, Tanklager, Tankstellen. Das wäre ein großer Pluspunkt bei der Transformation des Energiesystems, da kein vollkommen neues Versorgungssystem aus dem Boden gestampft werden müsste. „Das ist für die Markterschließung und die damit verbundenen Kosten ein zentrales Argument“, sagt Nils Driemeyer, Global Head Renewable Energy bei der Hamburg Commercial Bank.

Die Verbraucher können die grünen Kraftstoffe weiter in ihren bewährten und bereits verwendeten Verbrennungsmotoren und Heizungen nutzen – nur eben klimaneutral. „Sie sind daher ein schneller und effizienter Hebel zur CO2-Minderung“, sagt Kurt-Christian Scheel, Geschäftsführer des Verbands der Automobilindustrie.

E-Fuels können fast alles, was in der Energiewelt wichtig ist: Autos, Lastwagen, sogar Schiffe und Flugzeuge auf langer Strecke antreiben, dazu Heizkessel und Kraftwerksturbinen befeuern. Auch als Rohstoff in der Industrie sind die gasförmigen oder flüssigen E-Fuels als Ersatz für Otto- und Dieselkraftstoffe einsetzbar.

Im Jahr 2050 können E-Fuels allein in Deutschland einen Bedarf von 150 bis 900 Terawattstunden (TWh) abdecken – vor allem in Bereichen, die sich durch eine direkte Nutzung erneuerbaren Stroms nicht oder nur schwer von Emissionen befreien lassen, so das Ergebnis einer im Sommer 2018 von der Deutschen Energie-Agentur (dena) veröffentlichten Untersuchung zur Energiewende.

Sonnenkraft aus Nordafrika als Energielieferant

Da E-Fuels speicherbar und leicht zu transportieren sind, können sie in sonnen- und windreichen Regionen der Erde, wie etwa in Nordafrika oder im Nahen Osten, günstiger als beispielsweise in Deutschland oder in anderen europäischen Staaten erzeugt werden. So kostet eine Kilowattstunde regenerativ erzeugter Strom gut sechs Cent in Deutschland, aber nur drei bis vier Cent in Nordafrika. „Die Anzahl der Länder oder Standorte, die für die Produktion von E-Fuels infrage kommen, ist auf jeden Fall höher als die Anzahl ölexportierender Länder“, sagt Alexander Tremmel, Projektleiter im Technologiefeld Energiesysteme bei der Siemens AG, Corporate Technology.

Auch EU-Klimakommissar Miguel Arias Cañete hält große Stücke auf die synthetischen Kraft- und Brennstoffe: „Die Produktion von erneuerbarer Energie bietet umfassende Möglichkeiten für ‚grünes Wachstum‘ und die Steigerung der Beschäftigung in Europa. Unsere Ölrechnung beträgt nahezu eine Milliarde Euro pro Tag. Diese Importe durch im Inland erzeugte Energie zu ersetzen, würde unsere eigene Wirtschaft massiv ankurbeln.“ Der EU-Kommissar weiß aber auch: „Die spezifische Rolle von E-Kraftstoffen im Vergleich zu anderen Formen der Alternativenergie wird von der Technologieentwicklung, der Integration ins Stromnetz und den Kosten abhängen.“

Gerade Letztere sind für einen echten Marktdurchbruch noch viel zu hoch – die kritischsten Schätzungen reichen von 4,50 Euro und mehr pro Liter. Wissenschaftler Tremmel ist da optimistischer und hält E-Fuels-Herstellungskosten von ungefähr einem Euro pro Liter in den nächsten fünf bis zehn Jahren für machbar. Voraussetzung dafür ist jedoch ein Ausrollen der Technologie, die bisher über das Versuchsstadium in Deutschland noch nicht großartig hinausgekommen ist.

„Der Erfolg der E-Fuels hängt entscheidend davon ab, dass es bald gelingt, die derzeit noch viel zu hohen Herstellungskosten zu senken“,

meint Finanzierungsexperte Nils Driemeyer von der Hamburg Commercial Bank.

Auch der Weltenergierat macht der deutschen Klimaschutz- und Wirtschaftspolitik mit Studien Mut und zugleich Beine. Die Ergebnisse der von ihm in Auftrag gegebenen Studie „Internationale Aspekte einer Power-to-X Roadmap“ sind eindeutig: Wenn Deutschland die Energiewende aktiv gestalten will, müssen synthetische Kraft- und Brennstoffe aus erneuerbarem Strom zum dritten Standbein einer globalen Transformation werden – neben der Energieeffizienz und der direkten Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien.

Carsten Rolle, Geschäftsführer des Weltenergierats Deutschland e. V., und Abteilungsleiter Energie- und Klimapolitik beim Bundesverband der Deutschen Industrie, fordert für das große Ziel staatliche Subventionen: „Wie bei allen großen, neuen Technologien ist auch bei der Produktion und Nutzung von E-Fuels ein bisschen Schub nötig. Das war bei den erneuerbaren Energien so; das war früher bei fossilen Technologien so.“ Erst wenn das nötige Bewusstsein vorhanden sei, könnte die Industrie nach seinen Worten die anderen Schritte angehen, wie etwa den Bau von Pilot- und Demoprojekten bis hin zur industriellen Produktion.