Skip to content

Wie effizient sind die Kraftstoffe der Zukunft?

Inmitten der fortschreitenden Debatte über nachhaltige Mobilität ist der Verbrennungsmotor nach wie vor ein zentraler Akteur auf deutschen Straßen und macht den Verkehrssektor zu einem der größten CO2-Verursacher. Um den Klimawandel zu stoppen, müssen wir den CO2 Ausstoß jedoch reduzieren. Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft und Geothermie anstelle von fossilen Brennstoffen könnte genau dazu beitragen. Der Verkehrssektor könnte durch die Umstellung von Verbrennungsmotoren auf Elektroantriebe oder sogenannte E-Fuels nahezu emissionsfrei sein und somit die Umwelt und das Klima schützen und das Leben auf unserem Planeten nachhaltiger gestalte.

Ein Beitrag von Dr. Thomas Müssig-Pabst

Es stellt sich allerdings die Frage, welche Antriebsart für den Individualverkehr überhaupt realistisch umgesetzt werden kann: Elektromotor mit Batterie, Elektromotor mit Wasserstoff oder klassischer Verbrennungsmotor? Hinzu kommt: Wie steht es jeweils um die Effizienz, also die Höhe des Energieverbrauchs? Und wie realistisch ist die Umsetzung, um die Klimaziele in der vorgegebenen Zeit bis 2045 überhaupt noch zu erreichen? Schauen wir uns zunächst einmal die Effizienz der einzelnen Antriebsmöglichkeiten an.

Energieeffizienz verschiedener Antriebsmöglichkeiten

Beim batteriebetriebenen Elektromotor treten die geringsten Energieverluste auf, was diese Antriebsart zu der mit dem höchsten Wirkungsgrad macht. 64 Prozent der hier zugeführten Energie werden bei der Fortbewegung des Fahrzeuges umgesetzt. Beim Laden der Batterie ist allerdings der Energieverlust bei Wechselstrom höher als bei Gleichstrom. Beim Antrieb mit Wasserstoff werden lediglich 27 Prozent der zugeführten Energie auf die Straße gebracht. Die größten Energieverluste ergeben sich hierbei aus der Herstellung durch Elektrolyse und Reinigung des Wasserstoffs, dem Transport und der Speicherung, bei der der Wasserstoff auf 600 bar komprimiert werden muss. Da diese Technologien schon sehr ausgereift sind, kann man in der Zukunft keine wesentlichen Effizienzerhöhungen erwarten. Das Benzin-Fahrzeug zeichnet sich durch den höchsten Energieverlust aus: Ganze 80 Prozent gehen hier verloren. Und was wäre, wenn statt Benzin E-Fuels verwendet würden?

Der batteriebetriebene Elektromotor hat den höchsten Wirkungsgrad | © BMU/maristeiner Grafik-Design

So entstehen E-Fuels für Verbrennungsmotoren

Die Herstellung von E-Fuels aus Wasserstoff und Kohlendioxid erfolgt in mehreren Schritten:

  • Schritt 1: Wasserstofferzeugung. Wasserstoff wird entweder durch Elektrolyse von Wasser oder durch Dampfreformierung von Erdgas oder Biomasse produziert.
  • Schritt 2: Kohlendioxid-Abscheidung. Kohlendioxid wird aus industriellen Abgasen oder direkt aus der Luft abgeschieden.
  • Schritt 3: Synthese. Wasserstoff und Kohlendioxid werden in einem Synthesereaktor unter hohem Druck und hoher Temperatur zu Methanol umgewandelt.
  • Schritt 4: Methanol-Reformierung. Methanol wird in einem weiteren Schritt in einem Reformator in Kohlenwasserstoffe umgewandelt.
  • Schritt 5: Raffination. Die Kohlenwasserstoffe werden in einer Raffinerie weiter aufbereitet und veredelt, um hochwertige E-Fuels zu produzieren.

Auswirkung auf den Energieverbrauch

Gemäß dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) ergibt sich folgender Strombedarf aus erneuerbaren Energien für die verschiedenen Antriebsmöglichkeiten pro 100 Kilometer:


• Elektromotor: 18 Kilowattstunden (kWh)
• Wasserstoff (Brennstoffzelle): 54 kWh
• synthetischer Kraftstoff (aus erneuerbaren Energien): 115 kWh


Demnach wird mit dem synthetischen Kraftstoff die über sechsfache Energiemenge im Vergleich zum batteriebetriebenen Elektromotor gebraucht. Auch die Brennstoffzelle liegt um den Faktor 3 hinter der Batterie. Macht es dann überhaupt Sinn, das Konzept des synthetischen Kraftstoffs weiterzuverfolgen?

Umsetzbarkeit der E-Fuels-Technologie

In Deutschland gibt es etwa 49 Millionen zugelassene Autos mit Verbrennungsmotoren. Der durchschnittliche Verbrauch dieser Autos beträgt etwa 6 Liter auf 100 Kilometer. Wenn man annimmt, dass alle diese Autos im Durchschnitt 12.000 Kilometer pro Jahr fahren, ergibt das einen jährlichen Verbrauch von etwa 35 Milliarden Litern Benzin oder Diesel. Geht man weiter davon aus, dass alle diese Autos auf E-Fuels umsteigen, müsste man also jährlich etwa 35 Milliarden Liter E-Fuels produzieren, um den Bedarf zu decken.

Die Pilotanlage von Porsche, die bis 2026 etwa 500 Millionen Liter E-Fuels aus Windenergie herstellen soll, zeigt, wie aufwendig es bereits ist, allein für Deutschland eine entsprechende Infrastruktur aufzubauen – ganz abgesehen von der Menge für 1,6 Milliarden Fahrzeuge weltweit. Betankt man alle in Deutschland zugelassenen Pkws mit E-Fuels, so würde sich der Stromverbrauch in Deutschland um ein Vielfaches erhöhen. Deutschland müsste sich dafür in noch größere Abhängigkeiten mit anderen politisch fragwürdigen Systemen bringen.

Nicht zu vergessen die Infrastruktur, die aufgebaut werden müsste, um E-Fuels herzustellen, denn auch die wäre gewaltig. Deshalb ist es wichtig, für den Individualverkehr statt E-Fuels andere technische Lösungen zu finden.

Fazit

Insgesamt kann man also feststellen, dass der Antrieb Elektromotor mit Batterie zumindest für den Individualverkehr aufgrund der hohen Effizienz und relativ einfachen Umsetzung die sinnvollste Lösung für die Zukunft ist, zumal diese Technologie die Transformation zu regenerativen Energien wegen der sehr effizienten Speicherung des Stroms unterstützt. Voraussichtlich wird nach heutigem Stand der Technik im Schwerlast-, Flug- und Schiffsverkehr jedoch die E-Fuels-Technologie ihre Anwendung finden. Es ist allerdings schwierig, hier in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch eine genaue Schätzung zu machen, da dieser stark von verschiedenen Faktoren wie Routen, Entfernungen, Transportvolumen und Flugzeugtypen abhängt.

Quellen und weitere Infos

Mehr zum Strombedarf aus erneuerbaren Energien für die verschiedenen Antriebsmöglichkeiten:

Mehr zu den Wirkungsgraden von Elektroautos, Brennstoffzellen-Pkws und Benzinern:

Anzahl zugelassener Pkws in Deutschland:

Beitrag teilen:

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest
XING
WhatsApp
Email

Ähnliche Beiträge

Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (12)
18. Juni, 2024
Eine auf den ersten Blick völlig unförmige Figur wird um eine Achse gedreht. Plötzlich nimmt ihr Schatten die Gestalt einer aus einer Kindersendung wohlbekannten Maus an. Dreht man sie weiter, erscheinen nacheinander die beiden besten Freunde der Maus: ein Elefant und eine Ente. Wie kann das sein?
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (11)
28. Mai, 2024
Inmitten der fortschreitenden Debatte über nachhaltige Mobilität ist der Verbrennungsmotor nach wie vor ein zentraler Akteur auf deutschen Straßen und macht den Verkehrssektor zu einem der größten CO2-Verursacher. Um den Klimawandel zu stoppen, müssen wir den CO2-Ausstoß jedoch reduzieren. Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft und Geothermie anstelle von fossilen Brennstoffen könnte genau dazu beitragen. Der Verkehrssektor könnte durch die Umstellung von Verbrennungsmotoren auf Elektroantriebe oder sogenannte E-Fuels nahezu emissionsfrei sein und somit die Umwelt und das Klima schützen und das Leben auf unserem Planeten nachhaltiger gestalten.
Blogbeitrag_Fachkräftemangel
14. Mai, 2024
Obwohl die Digitalisierung ist in den letzten Jahrzehnten viele Bereiche unseres Lebens verändert hat, ist die Integration digitaler Technologien in Bildungseinrichtungen noch nicht so weit fortgeschritten, wie es sich so manche Lehrkraft und so manche Schüler:in wünschen würde. Dabei werden ebendiese Schüler:innen von heute die IT-Fachkräfte von morgen sein.
TED-Talk_Bildung_Header_1920x1080
28. Februar, 2024
Wenn wir uns für ein bestimmtes Thema interessieren und dazu unser Wissen erweitern möchten, ist unsere erste Anlaufstelle oft das Internet, gefolgt von Podcasts, Wissensvideos oder Sachbüchern. TED Talks haben in den vergangenen Jahren in Deutschland zwar sicherlich an Bekanntheit gewonnen, fristen jedoch verglichen mit ihrer Popularität in englischsprachigen Ländern wie den USA oder Großbritannien noch immer ein Schattendasein – das jedoch völlig zu Unrecht.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (4)
11. Januar, 2024
Es ist ein hübsches Spiel für geduldige Kinder: Auf einer Holzplatte ist ein Kreis aufgezeichnet, und auf dem Umfang dieses Kreises sind in gleichmäßigen Abständen p – 1 Nägel eingeschlagen, wobei p in der Größenordnung von einigen Hundert liegt und am besten eine Primzahl ist. Die Nägel n sind fortlaufend nummeriert. Die Aufgabe besteht darin, für alle n von 1 bis p – 1 einen Faden von Nagel n zu Nagel 2n zu ziehen.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023
20. Dezember, 2023
Seit ein Artikel in der New York Times im Dezember 2017 über ein geheimes Programm zur Erforschung von unbekannten Luftphänomenen (UAP) im US-Verteidigungsministerium berichtete, häufen sich die Nachrichten zu UAP. Ein ehemaliger Geheimdienstoffizier sagte nun vor dem Kongress aus, dass die USA sogar im Besitz „intakter, nicht menschlicher Technologie“ seien. Sollte uns eine außerirdische Intelligenz besuchen, könnte diese Erkenntnis die Menschheit jedoch in eine kosmische Krise stürzen.
Header_Entdeckt_02-2023 (20)
5. Dezember, 2023
Albert Einsteins Relativitätstheorie dient heute als Werkzeug: Erstmals wurde die Masse eines Sterns anhand der Deformation seiner Raumzeit ringsum gemessen. Schon 1912 hatte Einstein entdeckt, wie ein Stern durch seine Schwerkraft die Lichtstrahlen eines anderen, viel weiter entfernten Sterns geringfügig verbiegt. Weil der Ablenkwinkel winzig ist, schrieb er 1936, nachdem er diesen Gravitationslinseneffekt erneut untersucht hatte: „Selbstverständlich besteht keine Hoffnung, das Phänomen zu beobachten.“
Header_Entdeckt_02-2023 (14)
8. November, 2023
Mit Platz für sieben reguläre Besatzungsmitglieder und einer ununterbrochenen menschlichen Präsenz seit Oktober 2000 ist die Internationale Raumstation (ISS) die größte und erfolgreichste Raumstation aller Zeiten. Ihre Zukunft jedoch wird immer ungewisser.
Header_Entdeckt_02-2023 (4)
10. Oktober, 2023
Je größer die Frequenz einer schwingenden Klaviersaite, umso höher ist der Ton, den der Mensch hört. Allerdings steigt die Tonhöhe nicht gleichmäßig mit der Frequenz an, sondern wird vom Gehör logarithmisch abgeflacht.
Header_Entdeckt_02-2023 (3)
27. September, 2023
Der Tag hat noch gar nicht richtig angefangen, da haben wir schon tausend Dinge im Kopf: schnell anziehen, frühstücken, zur Arbeit hetzen … Kaum dort angekommen, füllt sich der Schreibtisch schneller als ein Fußballstadion beim Finale der Weltmeisterschaft. Der Kopierer streikt, das Meeting wurde vorverlegt und der Kaffee ist alle. Nach nur zwei Stunden Arbeit ist man direkt wieder reif für das Bett, weil man letzte Nacht schon wieder kaum geschlafen hat.
MZ-2023_Beitragsbild (1)
15. September, 2023
Digital First, Textverstehen zweitrangig? Der Eindruck könnte entstehen, wenn man das Leseverhalten von Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit den Ergebnissen der empirischen Leseforschung kontrastiert. Denn die Leseforschung sagt, dass wir anspruchsvolle Sachtexte weniger gut verstehen, wenn wir sie digital lesen. Befragt nach ihren Lesegewohnheiten berichten aber Studierende, dass sie mehr als 80  Prozent ihrer Lesezeiten vor dem Bildschirm verbringen. Belletristik wird hingegen lieber auf Papier gelesen als auf dem E-Reader. Dabei gibt die Leseforschung mit Blick auf die narrativen Texte Entwarnung: Ein Nachteil ist mit der digitalen Lektüre nicht verbunden.
MZ-01-23_Beitragsbild BecksEcke
27. Juni, 2023
Ein raffiniertes Konzept könnte die elementarsten Arbeitsschritte eines Rechners auf eine völlig neue Grundlage stellen – aber das wird voraussichtlich nicht passieren.