Wir wissen es: Die CO₂-Emissionen von Personenwagen und Nutzfahrzeugen müssen in den kommenden Jahren drastisch gesenkt werden. Wie die gesetzlich festgelegten Grenzwerte so schnell einzuhalten sind, ist dagegen vielen Herstellern ein Rätsel. Und auch die Käufer von Neuwagen tun sich schwer: Preis und Prestige kommen noch immer vor den Emissionen. Deshalb sind beispielsweise Batterie-Elektroautos erst dort erfolgreich, wo der Staat mit Kaufprämien und anderen Privilegien nachhilft.
Um die Flotten-CO₂-Emissionen zu senken, haben Autohersteller oder Fahrzeugimporteure viele Möglichkeiten. Naheliegend sind Anpassungen beim Modellangebot. Kleinere und leichtere Fahrzeuge mit weniger Antriebsleistung erzeugen geringere Emissionen. Ausserdem gibt es eine Vielzahl von Elektrifizierungskonzepten – vom effizienzoptimierten Mildhybrid bis zum leistungsstarken Plug-in-Hybrid. Rein elektrisch betriebene Fahrzeuge lassen sich lokal sogar völlig emissionsfrei bewegen, wenn die Antriebsenergie aus einer Batterie stammt. Einzig Wasserdampf emittieren Modelle, die mit wasserstoffbetriebener Brennstoffzelle ausgestattet sind.
CO2-NEUTRALES FAHREN MIT SYNTHETISCHEM BRENNSTOFF
Viele Hybrid- und so gut wie alle Elektroantriebskonzepte erfordern jedoch den grundlegenden Neuaufbau eines Fahrzeugs. Plattform und Gesamtkonzept müssen der alternativen Antriebsform angepasst werden. Damit lassen sich zahlreiche Vorteile erzielen, etwa beim Raumangebot oder bei der Gewichtsverteilung. Allerdings sind diese Vorteile konstruktiv teuer zu bezahlen. Genau darum gibt es auch gute Gründe, schadstoffarme respektive schadstofffreie Antriebe zu entwickeln, die auf bestehenden Konstruktionen basieren und daher fahrzeugbezogen kostengünstiger möglich sind.
Die Verbrennungsmotoren haben heute einen hohen Reifegrad erreicht. Anstatt diese Aggregate beiseite zu legen – vorschnell sogar zu verbieten –, könnte man sie mit neuen, synthetisch hergestellten Treibstoffen versorgen. Schadstoff- und CO₂-armes oder gar CO₂- neutrales Fahren ist im Verbrennerfahrzeug möglich, wenn sogenannte Power-to-Gas- (PtG) und Power-to-Liquid-Treibstoffe (PtL) genutzt werden. PtG und PtL, zusammenfassend auch als PtX bezeichnet, sind aus Strom und CO₂ synthetisch hergestellte chemische Energieträger. Da sie bei der Herstellung CO₂ binden, wird das Treibhausgas so zum Rohstoff, der zusammen mit regenerativ erzeugtem elektrischem Strom zu Kohlenwasserstoffen wie Benzin, Diesel oder Erdgas verarbeitet werden kann. Das CO₂ kann dabei aus industriellen Anlagen, aus Biomasse oder aus der Luft stammen.
BIO-, WASSERSTOFF- UND DESIGNERTREIBSTOFFE
Schon in den 00er-Jahren haben mehrere Autohersteller mit Flexfuel-Autos Treibstoffe propagiert, die durch Ethanol-Beimischungen wesentlich klimafreundlicher wurden. Jene «Biotreibstoffe» standen jedoch in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, waren also politisch nicht korrekt. In der zweiten Generation kamen für die Herstellung nur noch Pflanzenreste zum Einsatz; trotzdem blieben die Treibstoffe bis heute wenig gefragt.
Für die Herstellung synthetischer Treibstoffe – sogenannte Designertreibstoffe – gibt es mehrere Prozesse. Revolutionär neu ist keiner. Mit Strom, idealerweise aus Windparks, Solaranlagen oder Wasserkraftwerken, wird stets per Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt. Dieser Wasserstoff (H₂) kann entweder zum Betrieb von Brennstoffzellen verwendet oder bei der Methanisierung zusammen mit CO₂ zu Methan (CH₄) umgewandelt werden. Mit Methan, chemisch Erdgas entsprechend, können Ottomotoren betrieben werden. Der Wirkungsgrad bei der Methanisierung liegt bei 80 bis 90 Prozent.
Mit H₂ und CO₂ können im sogenannten Fischer-Tropsch-Verfahren Diesel, Benzin oder Kerosin hergestellt werden. Ein dritter PtX-Weg führt über die Methanolsynthese, mit der sich Methanol oder DME (Dimethylether) respektive OME (Oxymethylenether) erzeugen lassen. Mit DME- und OME-Beimischungen werden Dieselmotoren betrieben. Da die Abgase dann keine Russpartikel enthalten, kann man sich bei der Abgasnachbehandlung auf die Absenkung der Stickoxidemissionen (NOx) beschränken. Bei Fischer-Tropsch- Umwandlungen und Methanolsynthese bleibt der Wirkungsgrad jedoch auf rund 60 Prozent beschränkt.
DIE VORTEILE VON SYNTHETISCHEM BENZIN
Durch die synthetische Herstellung der Treibstoffe werden fossile Rohstoffe substituiert. So lassen sich qualitativ hochstehende Treibstoffe mit guter Klopffestigkeit erzeugen, die eine optimale Verbrennung und hohe Motorleistungen sowie eine sehr gute Qualität der Rohemissionen ermöglichen, weil sie weder Aromaten noch Schwefelverbindungen enthalten. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass das bestehende Tankstellennetz unverändert genutzt werden kann. Das bedeutet auch, dass die Tankvorgänge genauso wenig Zeit beanspruchen wie beim Einsatz konventioneller Treibstoffe.
Audi hat vor einigen Jahren mit der Errichtung der PtG-Anlage in Werlte, Norddeutschland, ein Zeichen gesetzt. Dort entsteht aus Windstrom und CO₂ synthetisches Methan, das ins bestehende Erdgasnetz eingespeist oder direkt in CNG-Fahrzeuge getankt werden kann. Audi spricht von e-Gas. Zudem hat Audi vor kurzem zusammen mit Partner Global Bioenergies auch erste Motorentests mit synthetischem Benzin, sogenanntem e-Benzin, gestartet. Selbst der Dieselmotor soll mit e-Diesel wieder rehabilitiert werden. Audi plant, im aargauischen Laufenburg ein entsprechendes Werk zu bauen.
IDEAL FÜR SCHWERE NUTZFAHRZEUGE
Ein weiteres Beispiel liefert der deutsche Sportwagenbauer Gumpert, der sein neustes Hochleistungs-Elektroauto namens Nathalie mit Batterie und Brennstoffzelle ausstattet. Der von der Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff wird dabei von einem Reformer aus Methanol gelöst. Methanol kann wie e-Benzin oder e-Diesel synthetisch hergestellt werden.
LÄSST SICH DER E-KRAFTSTOFF WIRTSCHAFT-
LICH VERNÜNFTIG HERSTELLEN?
Offen bleibt die Frage, ob sich synthetische Treibstoffe für Personenwagen wirtschaftlich vernünftig herstellen lassen. Nachteilig ist der Wirkungsgrad über die gesamte Prozesskette Strom-Gas-Flüssigtreibstoff. Diese Schritte benötigen vergleichsweise viel Energie; ausserdem muss der Strom unbedingt regenerativ erzeugt worden sein, und es muss eine grosse Menge an Wasser zur Verfügung stehen. Heutigen Einschätzungen zufolge sind die neuen Treibstoffe aus diesen Gründen weniger geeignet für den grossflächigen Einsatz in Personenwagen, sie dürften eher für schwere Nutzfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge eine attraktive Alternative darstellen – dort eben, wo grosse und schwere Batterien für den Elektroantrieb ungeeignet sind.