E-Fuels: Vorteile und Nachteile synthetischer Kraftstoffe

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

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

Was sind E-Fuels? Wie werden e-Fuels hergestellt?

Die E-Fuels werden grundsätzlich aus zwei Komponenten hergestellt. In der Regel wird durch Elektrolyse Wasserstoff gewonnen. Dieser wird mit CO₂ vermischt. Das kann beispielsweise aus Industrieprozessen stammen oder als Direct Air Capture aus der Umgebungsluft oder aus biogenen Prozessen (Biomasse) gewonnen werden. Ergebnis ist zunächst ein Synthesegas – ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Dieses wird über die Fischer-Tropsch-Synthese zu einem synthetischen Erdölersatz – teilweise als e-Crude bezeichnet – verarbeitet.

Dieser Erdölersatz wird dann in klassischen Raffinerieprozessen zu Benzin, Diesel und Kerosin weiterverarbeitet. Gewöhnlich werden diese konventionellen Kraftstoffe aus fossilem Erdöl raffiniert.

Der große, theoretische Vorteil ist, dass sie bei Einsatz von Erneuerbaren Energien für Elektrolyse und DAC als (weitgehend) CO2-neutral 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.

Alternative Kraftstoffe wirklich klimaneutral?

Ob die alternativen Kraftstoffe, die über erneuerbare Energien und Direct Air Capture hergestellt wurden, wirklich klimaneutral sind, ist in Zweifel zu ziehen. Untersuchungen haben ergeben, dass durch die Verbrennungsprozesse andere Umweltschadstoffe freigesetzt werden – beispielsweise auch Kohlenmonoxid in deutlich größerer Menge als bei konventionellen Kraftstoffen. Gesundheitsschädlich sind diese synthetischen Kraftstoffe also definitiv.

Überdies gibt es erhebliche Zweifel, ob die E-Fuels-Hersteller, die heute schon aktiv sind, wirklich Kohlendioxid aus Direct Air Capture sowie Erneuerbare Energien verwenden. Porsche in Chile etwa lässt das CO₂ aus Industrieprozessen abscheiden und dann per LKW zum Produktionsstandort Haru Oni bringen. Anschließend wird das e-Methanol mit herkömmlichen Schiffen nach Europa transportiert, in Raffinerien weiterverarbeitet und mit LKWs auf Tankstellen verteilt. Das ist – Stand heute – mehr Greenwashing als Klimaneutralität.

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?

Ganz anders sieht es bei Neufahrzeugen aus: Hier macht es mindestens in dieser Dekade keinerlei Sinn, strombasierte Kraftstoffe als 100-Prozent-Kraftstoff einzusetzen. Denn bei den Neufahrzeugen muss und wird der schnelle Hochlauf der Elektroautos den größeren Klimanutzen stiften. Die Europäische Union hat hier mit dem faktischen Verbrenner-Aus im Jahr 2035 ein ganz klares Signal gesetzt – obwohl sie auf Druck der FDP eine Ausnahme für „E-Fuels-only“-Fahrzeuge schaffen will (siehe Verbrenner-Verbot mit Ausnahme).

Alle Zeichen stehen dennoch auf den ganz schnellen Hochlauf der Elektromobilität – ein disruptiver Wandel, der in einem Jahrzehnt weit vorangeschritten sein wird. Der Kipppunkt steht unmittelbar bevor, wie auch diese Studie „The Breakthrough Effect“ zeigt.

Vorteile synthetischer Kraftstofe

Die Vorteile synthetischer Kraftstoffe – damit sind in diesem Artikel immer E-Fuels gemeint – 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 sie 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.

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 der E-Kraftstoffe 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 eingesetzt werden können – wahrscheinlich ist der Effekt im Flugverkehr und im Schiffsverkehr größer als im Langstrecken-Transport.

Unflexible Herstellung von PtL-Kraftstoffen

Ein weiteres, großes Problem der E-Fuels, die auf Basis von E-Crude (synthetischem Rohöl) dem Raffinierungsprozess zugeführt werden, ist der Umstand, dass dabei immer Kopplungsprodukte entstehen. Es gibt also nicht den Raffinierungsprozess, der ausschließlich E-Kerosin liefert. Als Kopplungsprodukte entstehen immer auch E-Benzin, E-Diesel und Wachse, die als Basisprodukte für die chemische Industrie dienen.

Laut Lobbyverband UNITI entsteht bei der gewöhnlichen Raffinierung von E-Crude lediglich ein Anteil E-Kerosin von fünf bis zehn Prozent. Das bedeutet: Wirtschaftlich können E-Fuels im Grunde nur dann werden, wenn all diese Kopplungsprodukte marktfähig sind. Derzeit gibt es in Europa aber keine Quote, die etwa Benzin und Diesel beigemischt werden. Um mehr erneuerbare Energien in klassische Kraftstoffe zu bringen, würde es auch zunächst genügen, den Wasserstoffanteil dieser Kraftstoffe zunächst grün zu machen. Die weitere Wandlung von Wasserstoff in andere E-Kraftstoffe wäre dann überflüssig.

Wie realistisch sind E-Fuels in großem Maßstab?

Prof. Harald Lesch spricht in seinem ZDF-Beitrag wichtige Punkte an. Synthetische Kraftstoffe sollten vor allem in den Bereichen Schifffahrt, Flugzeuge und Chemie eingesetzt werden. Nimmt man alle bereits vorgestellten E-Fuel-Produktionsanlagen weltweit als Basis, können bisher nur 1/10 der Menge synthetischer Kraftstoffe hergestellt werden, die alleine in diesen drei Sektoren und nur in Deutschland gebraucht werden.

Käme ein großer Teil des Fahrzeugbestands hinzu, wird die ganze Geschichte noch viel unrealistischer. Denn klar ist auch: Die knappen Mengen, die nach Deutschland kommen, wird die Industrie aufkaufen – insbesondere dann, wenn weitere Bereiche in den Emissionshandel einbezogen werden. Dort ist die Zahlungsbereitschaft viel höher als für den Einsatz in PKW oder gar Heizungskeller.

Es braucht also, um die zumindest die Mengen der E-Kraftstoffe herzustellen, die für die nicht-elektrifizierbaren Bereiche gedacht sind, gewaltige Investitionen in den kommenden ein, zwei Jahren.

Investoren werden aber nur dann in den Markt einsteigen, wenn möglichst alle vier Produkte marktfähig sind. Andernfalls sind die Kosten für E-Fuels viel zu hoch. Die fortlaufend vorgetragene Erwartung von Mineralöl-Lobbyverbänden, wonach saubere Kraftstoffe auch im PKW-Straßenverkehr zum Einsatz kommen sollten, sind allerdings sehr vage.

Denn sämtliche Studien aus Klima- oder Energieperspektive, etwa von der Energy Transitions Commission oder von Stiftung Klimaneutralität, PIK oder IEA zeigen, dass Klimaneutralität nur dann effizient erreicht werden kann, wenn alle Bereiche, die leicht elektrifiziert werden können, auch elektrifiziert werden.

Aktuelle Lage – 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.

Mithilfe der Co-Elektrolyse sowie CO₂ aus der Umgebungsluft (zunächst ergänzt um CO2 aus Industrieprozessen) 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.

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

• 2023: Start des Baus der ersten Produktionslinie
• 2024: Produktionsstart der Linie 1 (12, 5 Mio. Liter Output)
• 2025: Start des Baus der zweiten Produktionslinie (12, 5 Mio. Liter Output)
• 2026: Produktionsstart der Linie 2.

Mehr zum Norsk e-fuel gibt es bei Cleanthinking.

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

An diesem Projekt 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 2023 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.

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 2023: 130.000 Liter Kraftstoff
• 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.

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 zu Kopernikus gibt es dort.

E-Kerosin in der Luftfahrt: Nur zwei Prozent bis 2030

Die Luftfahrt-Industrie will bis 2030 zwei Prozent des Kerosins von allen hier betankten Flugzeugen nachhaltig machen. Dazu sollen PtL-Kraftstoffe verwendet werden. Zwei Prozent bis 2030 und 100 Prozent bis 2045? Diese Ambitionen von Industrie und Politik sind mit dem Ziel der Klimaneutralität kaum in Einklang zu bringen.

Die Analyse zeigt: Es gibt in dieser Dekade viel zu wenig grünen Wasserstoff, der erschwinglich ist. E-Fuels aus Chile nach Europa zu schippern kann das Ziel Klimaneutralität nachhaltig beschädigen. Daher sollten sie in den Sektoren eingesetzt werden, wo es keine Alternative gibt – in der Luftfahrt könnte es aber auch die direkte Verwendung von Wasserstoff bei gleichzeitiger Nutzung von E-Kerosin geben. In der Schifffahrt zeichnen sich Methanol und Ammoniak als wichtige Kraftstoffe aus.

Synthetische Kraftstoffe: Studien im Überblick

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

• Renewable electricity requirements to decarbonise transport (Ricardo / Transport & Environment)
• Studie – Das Potenzial strombasierter Kraftstoffe für einen klimaneutralen Verkehr in der EU (Verband der Automobilwirtschaft)
• Studie Deutscher Bundestag

Einschätzung von Martin Jendrischik, Gründer von Cleanthinking:

Die Welt braucht E-Kraftstoffe auf Basis von Wasserstoff und Kohlendioxid, um die Dekarbonisierung der Industrie hinzubekommen. Auch Teile der Mobilität werden etwa mit e-Methanol (Schifffahrt) oder grünem Wasserstoff bzw. e-Kerosin (Luftfahrt) auf entsprechende Moleküle angewiesen sein. Die Bereiche, die nicht elektrifiziert werden können, sind selbstverständlich auf synthetische und strombasierte Kraftstoffe angewiesen.

Wichtig ist dabei, dass sich die Politik bei den anstehenden Förderungen, nicht von Lobbyverbänden und Industrie überrumpeln lässt. Denn selbst das Vorzeigeprojekt von Porsche in Chile ist nicht so grün, wie es oft dargestellt wird. Dass die dort erzeugten Kraftstoffe klimaneutral wären, ist für den Moment betrachtet nichts weiter als Greenwashing.

Lobbyverbände versuchen durch öffentliche Debatten gezielt, zu erreichen, dass strombasierte Kraftstoffe mit „klimaneutral“ assoziiert werden. Und viele Medien übernehmen die Aussagen ungefiltert. Aber das sind sie definitiv nicht, wenn das CO₂ aus fossilen Verbrennungsprozessen stammt. Hier muss bei der Vergabe von Fördergeldern ganz klar darauf geachtet werden, dass kein Greenwashing stattfindet.

Auch der BDI nimmt eine ausgesprochen fragwürdige Rolle ein: Während etwa die E-Fuel-Alliance sehr klar auf CO₂ aus Direct Air Capture und regenerativen Strom aus sonnenreichen Regionen setzt, will der BDI mindestens Kohlendioxid aus Deutschland für einheimische Produktion verwenden. Nur der Wasserstoff soll importiert werden. Bedeutet: Der BDI will seinen Industrieunternehmen eine Möglichkeit bieten, das Kohlendioxid abscheiden zu lassen und somit ohne hohe Kosten loszuwerden.

So soll Abgas-CO₂ einerseits in Form von Greenwashing die Kraftstoffe sauber machen und gleichzeitig die Emissionsbilanz der Industrieunternehmen verbessern. Doch hier warnen Wissenschaftler ganz klar vor Lock-In-Effekten: Denn Produzenten haben immer einen Anreize, günstigeres Gas zu verwenden, was eher aus Abgasen als aus DAC kommen wird. Und das Gas aus Prozessen zu nehmen, die eigentlich ersetzt werden müssen, ist für die Klimaziele kontraproduktiv.

Die Debatte um E-Fuels, ausgelöst von Wissing, Lindner und anderen FDP-Politikern ist eine reine Scheindebatte. Insbesondere der Versuch, auch E-Fuels im Neu-PKW unterzubringen, hat kaum Relevanz. Über Nischen werden die Kraftstoffe im PKW-Bereich nicht hinauskommen. Dazu verläuft die Disruption im Automobilsektor zu schnell. Hauptsache der Porsche 911 von Christian Lindner darf nach 2035 sündhaft teuren E-Sprit tanken…

Dieser Beitrag wurde erstmals am 7. Dezember 2020 veröffentlicht, entwickelt sich laufend weiter. Letzte Aktualisierung vom 7. April 2023.