Immer am Limit und darüber – ob technisch oder menschlich. Das ist die DNA der Formel 1. Nun stellen sich die Macher der Königsklasse des Motorsports einer neuen Herausforderung: Bis 2025 plant man komplett auf klimaneutralen Kraftstoff umzurüsten. Damit ebnet der Rennsport nicht nur der Zukunft den Weg, sondern rettet auch sich selbst – und damit viele Emotionen und Traditionen.

Grand Prix von Australien, Melbourne, 2014. Auf der Rennstrecke durch den Albert Park mitten in der Stadt brüllt ein V8-Formel-1-Motor so laut, dass er die ganze Innenstadt beschallt und selbst die Menschen am Strand im Stadtteil St. Kilda noch Gänsehaut bekommen. Der Klang: Brachial. Die Demonstrationsrunde am Sonntagmorgen vor dem Rennen ist eine musikalische Heavy-Metal-Abschiedstour. Denn es ist die erste Saison, in der die neuen 1,6-Liter-V6-Motoren und Energie-Rückgewinnungssystem in der Formel 1 ihr Debüt feiern. Die neue Motorengeneration klingt sanfter. Aber es sind immer noch die Klänge des Verbrenners, die das Herzstück des Rennsports bilden – neben der technischen Präzision und den fast schon akrobatischen Künsten der Piloten am Lenkrad, die alle paar Wochen auf der ganzen Welt um Kurven jagen.

Die Formel 1 fasziniert die Menschen seit jeher – spätestens dann, wenn sie ein Rennen hautnah erlebt haben. Sie zehrt jedoch von mehr als purer Emotion. Die Königsklasse war auch immer ein Wegbereiter für neue Technologien, die ihren Weg in den Straßenverkehr gefunden haben. So wie die Regelmacher mit der Einführung der neuen Hybrid-Technik damals in Melbourne erkannten, dass sie mit der Zeit gehen müssen.

„Nur wenige wissen, dass das aktuelle F1-Hybrid-Aggregat das effizienteste der Welt ist”, sagt Ex-F1-Boss Chase Carey. “Es liefert mehr Leistung bei geringerem Kraftstoffverbrauch – und damit weniger CO2 als jedes andere Auto.”

Die Uhr tickt wieder. Bis 2030 strebt die Formel 1 einen CO2-Fußabdruck von Null an. Der Anteil der Autos selbst macht im Vergleich zum ganzen Formel-1-Zirkus nur einen Anteil von 0,7 Prozent aus. Die Renner sind allerdings das, was die Menschen nach außen hin wahrnehmen. Will die Formel 1 am Verbrennungsmotor in Kombination mit Energierückgewinnungssystemen festhalten – und damit an einer emotionalen Geräuschkulisse – ist es umso wichtiger, dass die Technik in Zukunft noch klimafreundlicher wird. Die Lösung: Biokraftstoffe und E-Fuels (Electrofuels) der zweiten und dritten Generation.

Die Formel 1 testet einen Mix aus Biokraftstoff und E-Fuel

Seit geraumer Zeit tüftelt eine Arbeitsgruppe mit wichtigen Schlüsselfiguren des Sports daran, den Plan in die Tat umzusetzen. Schon heute ist für das Benzin ein Anteil von 5,75 Prozent Biokraftstoff vorgeschrieben. Ursprünglich sollten es bereits 2021 zehn Prozent sein, doch die Verschiebungen aufgrund der Corona-Situation betreffen auch diesen Teil des technischen Reglements. Deshalb gilt erst ab 2022 der erhöhte Wert. Was steckt dahinter? Es muss ein Kraftstoff sein, der aus nachhaltigem Ethanol besteht. Sprich: Ein Biokraftstoff der zweiten Generation, der entweder aus Abfallprodukten oder aus Pflanzen gewonnen wird, die nicht zur Nahrungsmittelproduktion dienen.

Ein weiterer Meilenstein: In der Winterpause nach der Saison 2020 bekamen die vier in der Formel 1 vertretenen Motorenhersteller Ferrari, Mercedes, Renault und Honda einen neu entwickelten nachhaltigen Kraftstoff von der obersten Motorsportbehörde FIA (Féderation Internationale de l’Automobile) zu Testzwecken zur Verfügung gestellt. Mit den 200 Litern Treibstoff, die in der aktuellen Version keine Veränderungen am aktuellen Motor notwendig machen, sollen die Hersteller auf dem Prüfstand erste Erkenntnisse sammeln. Die FIA will die Technologie weiter vorantreiben und die Formel 1 sobald wie möglich vollständig auf Biokraftstoff oder E-Fuel umstellen. Das Ziel: Motorsport ohne CO2-Belastung. Das wäre nicht nur eine Revolution für die Umwelt, sondern auch für die Fans. Fünfter Gang. Klack. Vierter Gang. Klack. Dritter Gang. Mit jedem Runterschalten heult der Verbrenner auf. Ein Konzert, auf das sie auch in Zukunft nicht verzichten müssten.

Formel 1 ohne das dröhnende Gekreische der F1-Motoren? Für Fans undenkbar! – © Marcel Heil – Unsplash

100 Prozent nachhaltiger Kraftstoff in der Formel 1 ab 2025?

Wann genau es soweit sein wird, ist derzeit in der Diskussion. Erste Pläne hatten die Einführung im Jahr 2023 vorgesehen, nun ergeben sich durch die Verhandlungen um das neue Motorenreglement Änderungen. Aus Sicht der FIA erscheint eine Kombination mit der für 2025 geplanten neuen Motorengeneration sinnvoll. So hat jeder interessierte Hersteller von Anfang an die Chance, das Formel-1-Aggregat mit der neuen Technologie im Hinterkopf zu entwickeln. Auch hier sollen nur Biokraftstoffe bzw. E-Fuels der zweiten und dritten Generation erlaubt sein.

“Unser Ziel war es, die Kraftstofflieferanten dazu anzustoßen, diese Technologien voranzutreiben. Wir wollten ihnen nicht die Arbeit abnehmen, sondern sie motivieren. Wir drängen ihnen nichts auf, sondern arbeiten mit den Motorenherstellern und Kraftstofflieferanten zusammen”, erklärt FIA-Technikdirektor Gilles Simon die Entwicklung des Demo-Sprits. “Und wir wollten uns nicht sagen lassen, dass es nicht möglich ist.”

Das von der FIA gemeinsam mit einem Labor entwickelte Benzin besteht aus einem Mix aus Biokraftstoffen der zweiten Generation und synthetischen Kraftstoffen – also E-Fuels, die oft als Biokraftstoffe der dritten Generation bezeichnet werden.

“Einige Komponenten entsprechen Biomass-to-Liquid, andere stammen aus Biomasse, die mit Wasserstoff behandelt wurde, also der Technologie von E-Fuels sehr nahe kommt”, so Simon. Mit der Entwicklung hat sich die FIA zugleich so viel Wissen angeeignet, dass sie mit den Kraftstofflieferanten auf Augenhöhe diskutieren kann.

Im nächsten Schritt müssen sich alle Beteiligten zusammensetzen und ein Regelwerk ausarbeiten. Dabei geht es um die Definition der Nachhaltigkeit des Kraftstoffs und um Methoden, wie das überprüft werden soll. Wie die einzelnen Kraftstofflieferanten zu der Vorgabe 100 Prozent nachhaltig kommen, will die FIA nicht vorschreiben. Simon:

“Der Kraftstoff muss nur vollständig nachhaltig sein, ob nun Biokraftstoff oder E-Fuel. Wir glauben, dass diese Technologien im Wettbewerb stehen. Und wir wissen, dass einige Komponenten nicht verfügbar sind, deshalb muss es vielleicht ein Mix sein. Wir wollen das offen lassen, denn ein Anbieter wird diesen Weg wählen, ein anderer einen anderen Weg. Wir geben nicht die Technologie vor, sondern die Nachhaltigkeit.”

Welche Änderungen ergeben sich mit E-Fuels am F1-Motor?

Die Hochleistungstriebwerke in der Formel 1 werden nicht etwa mit Benzin von der Tankstelle gefüttert. Jeder Motorenhersteller hat einen Kraftstoff-Partner, der den Sprit individuell anpasst. Wie aufwendig das ist, zeigt die Tatsache, dass die Benzinlieferanten eigene mobile Labore an der Rennstrecke dabei haben und regelmäßig Analysen durchführen. Kein Wunder, dass die Techniker beim Thema Biokraftstoff und E-Fuel einige Punkte bedenken müssen.

Motorenexperte Mario Illien, der früher die Mercedes-Formel-1-Motoren entwickelte, meint:

“Die Klopffestigkeit ist ein Thema. Man muss das Brennverfahren anpassen. Aber ich bin überzeugt, dass man mit der Zeit auch Kraftstoffe herstellen kann, die eine Oktanzahl im Bereich von 98 oder höher haben. Dann wird das Problem um einiges geringer.”

Es geht weniger um einen großen mechanischen Umbau als mehr um eine Modifikation von Einspritzsystem, Einspritzdüsen, Zündverfahren und Verbrennungsablauf. Das benötigt viel Zeit für die Applikation am Prüfstand und in der Simulation.

Der Einsatz von E-Fuels erfordert eine Modifikation von Einspritzsystem, Einspritzdüsen, Zündverfahren und Verbrennungsablauf – technisch keine unlösbare Herausforderung. – © Nick Fewings – Unsplash

In der amerikanischen Indycar-Serie fährt man schon seit vielen Jahren mit 85 Prozent Ethanol (Biokraftstoff der ersten Generation) und 15 Prozent herkömmlichem Benzin. Neben dem Umweltaspekt spielt die Sicherheit eine Rolle. Auf den amerikanischen Speedways ist die Mauer immer nah und bei einem Einschlag würde sich Benzin unkontrollierter entzünden als Ethanol. “Für die Formel 1 brauchen wir einen Kraftstoff, der klopffest ist und einen hohen Heizwert hat – vergleichbar mit den heutigen Kraftstoffen”, meint Illien, der die Motorenschmiede Ilmor gegründet hat.

“Das Problem beim Biosprit ist, dass man den Heizwert verliert. Mit dem Nachteil, dass man mit der gleichen Tankgröße öfter tanken muss. Ethanol hat nur 60 Prozent der Energie pro Kilo im Vergleich zu Benzin.”

Andererseits ergeben sich neue Chancen. Die neuen Kraftstoffe könnten in der Entwicklung so angepasst werden, dass sie mehr Effizienz bieten. “Die F1-Motoren mit dem aktuellen Rückgewinnungssystem haben etwas mehr als 50 Prozent Effizienz”, sagt FIA-Techniker Simon. “Wenn sie auf mehr als 60 oder 65 Prozent steigt, wäre das ein großer Fortschritt. Das bedeutet gleiche Leistung für weniger Kraftstoff. Weniger Kraftstoff bedeutet weniger Energie, um ihn zu produzieren und zu transportieren.”

Stellt sich die Frage: Warum fährt die Formel 1 nicht komplett elektrisch oder nur mit Verbrennungsmotor? Beides widerspricht der Philosophie der Rennserie. Für einen vollelektrischen Antrieb wären die Batterien zu schwer, um dieselben spektakulären Hochgeschwindigkeitstänze zu vollführen. Zudem ist eine komplette Renndistanz über zwei Stunden mit Batterien kaum zu stemmen. Und Surren statt Radau? Für die Spitze des Motorsports eine Bankrotterklärung. Nur auf den Verbrenner zu setzen, entspricht allerdings nicht mehr dem Zeitgeist und dem derzeitigen Stand der Technik. Schließlich müssen die Hersteller ihr Engagement in der Top-Klasse des Motorsports und die damit verbundenen hohen Summen rechtfertigen – und das gelingt meist mit den sportlichen Erfolgen und dem Technologietransfer für die Serie.

Was sagen die Formel-1-Teams zu E-Fuels?

In diesem Hinblick scheint die Kombination aus Hybridtechnik und klimafreundlichen Kraftstoffen viel Sinn zu machen. In einem Statement des Mercedes-AMG Petronas Formel-1-Teams heißt es: „Wir sehen nachhaltige Kraftstoffe nicht als Alternative zur Elektrifizierung, sondern sie gehen Hand in Hand mit fortschrittlichen Hybrid-Antriebssträngen; wir glauben weiterhin an die Bedeutung fortschrittlicher Technologie, die als Speerspitze für die Automobilentwicklung dient.” Auch Ferrari ist mit Kraftstoffpartner Shell einer der Hersteller, die das Thema vorantreiben. Enrico Gualtieri, Leiter der Motorenabteilung der Scuderia Ferrari, sagt:

“Als Partner arbeiten wir seit einiger Zeit mit Shell an der Definition dessen, was ein nachhaltiger Kraftstoff für die Zukunft sein sollte. Synthetische Kraftstoffe sind offensichtlich ein wichtiger Teil dieser Definition. Was Verbrennungsmotoren betrifft, so sind fortschrittliche nachhaltige Biokraftstoffe und synthetische Flüssigkraftstoffe sicherlich die schnellste Option, um die Emissionen im Straßenverkehr zu reduzieren.”

Wie schnell sie in der Formel 1 zum Einsatz kommen, hängt auch davon ab, in welchen Mengen sie verfügbar sind und wie die Eckpunkte für das neue Motorenreglement aussehen. “Zum jetzigen Zeitpunkt scheint die Umstellung auf 100 Prozent synthetischen Kraftstoff eher eine Frage der Kosten zu sein als eine große technische Herausforderung”, meint Gualtieri. “Auf einer breiteren Ebene muss die Kostenfrage bei der Festlegung der Pläne für den nächsten Lebenszyklus der Power Unit berücksichtigt werden, die deutlich billiger sein muss als die aktuelle. Zugleich sollten aber die grundlegenden Eigenschaften in Bezug auf Straßenrelevanz und High-End-Technologie beibehalten werden.”

Ferrari-Partner Shell sieht das Formel-1-Projekt als Chance, die eigene Innovationskraft zu zeigen und den Wissenstransfer von der Rennstrecke zur Alltagsmobilität zu schaffen. Shell war nach eigenen Aussagen einer der starken Befürworter, dass nur Biokomponenten der zweiten Generation statt der ersten für den neuen Sprit genutzt werden.

Biokraftstoff und E-Fuels in DTM und Co.

Gerhard Berger, selbst ehemaliger Ferrari-Pilot in der Formel 1 und heute Chef der Rennserie DTM, beobachtet die Entwicklungen in der Königsklasse mit großem Interesse. “Aus meiner Sicht ist das ein guter Weg”, sagt der Österreicher. “Es ist für mich ganz klar, dass der Motorsport einen Wandel durchmachen muss, um den erforderlichen Nachhaltigkeitsanspruch besser darzustellen. In der DTM arbeiten wir natürlich auch an diesem Thema. Sollte sich der Verbrenner als beste Lösung etablieren, dann aber nur als Hybrid mit einem klimafreundlichen, synthetischen Kraftstoff.”

Weil sich durch die geringere Energiedichte der synthetischen Kraftstoffe eine Reduzierung der Leistung ergibt, sieht Berger die Aufgabe bei den Ingenieuren, diese Leistungslücke zu schließen. Wie in der Formel 1 legt er mit der DTM zudem Wert auf den Ursprung und die Energiekette des Kraftstoffs. Heißt: Nicht in Konkurrenz mit Nahrungsmitteln im Rohstoffbereich zu stehen. Berger meint:

“Als Techniker wünscht man sich immer den Kraftstoff mit der höchsten Energiedichte, als Konsument mit mittlerweile gestiegenem Umweltbewusstsein den billigsten Kraftstoff, als Promoter den CO2-neutralsten. Am attraktivsten ist der Kraftstoff, der alle Bedürfnisse in der besten Kombination ausbalanciert.”

Die DTM befindet sich nach der Saison 2020 selbst im Wandel. Nach dem Ausstieg der Hersteller muss sich die einstige Tourenwagen-Serie neu erfinden. Mit GT3-Autos wie Audi R8 LMS, Mercedes-AMG GT3 oder BMW M6 soll es zunächst als GT-Serie in eine neue Ära gehen. Für die Zukunft evaluieren die Organisatoren verschiedene Antriebs-Technologien – darunter die DTM Electric ab 2023. Berger ist sich bewusst, dass dabei das Gänsehautfeeling der Fans nicht zu kurz kommen darf. “Wenn man im Motorsport weiterhin auf den Verbrenner und Hybridantrieb mit klimafreundlichem Kraftstoff setzt, bleibt der Sound, wie wir ihn kennen, erhalten”, sagt er.

“Denn synthetische Kraftstoffe und andere klimafreundliche Kraftquellen haben eines gemeinsam: Sie müssen verbrennen und setzen die gespeicherte Energie frei. Dabei erzeugen sie den Sound, den die Fans so lieben. Wenn sich der elektrische Antrieb durchsetzen sollte, wird man auch bei diesem Thema eine Antwort finden müssen, um die Fans emotional abzuholen.“

E-Fuels im Langstreckensport

Auch Hersteller wie Porsche setzen Zeichen. Der Sportwagenbauer stellte kürzlich den neuen Porsche 911 GT3 Cup vor, der in den weltweiten Porsche-Markenpokalen zum Einsatz kommt. Der über 500 PS starke Renner ist schon jetzt für den zukünftigen Einsatz umweltschonender synthetischer Kraftstoffe ausgelegt. Zudem bekannte sich Porsche jüngst zum neuen Konzept der LMDh-Prototypen, die ab 2023 mit Hybridantrieb eine neue Topklasse in der Langstrecken-Weltmeisterschaft und beim 24h-Rennen in Le Mans sein werden. “Wenn das Reglement perspektivisch Raum für den Einsatz von synthetischen Kraftstoffen bietet, wäre das für mich im Sinne der Nachhaltigkeit ein noch größerer Ansporn”, so Porsche-Entwicklungsvorstand Michael Steiner.

In der FIA Truck-Europameisterschaft sollen ab 2021 nachhaltige Kraftstoffe Einzug halten, in der FIA Rallye-Weltmeisterschaft (WRC) setzt man bei der Einführung der neuen Hybrid-Technik ab 2022 darauf. Rund um das deutsche Motorsport-Mekka am Nürburgring bewegt sich auch einiges. Derzeit arbeitet Henning Meyersrenken mit Nachdruck daran, Biokraftstoffe und E-Fuels bei den legendären 24 Stunden Nürburgring, dem härtesten Langstreckenrennen der Welt, zu etablieren. Meyersrenken ist Vorstandsratsmitglied des Veranstalters ADAC Nordrhein und selbst Organisationsleiter von historischen Rennveranstaltungen wie dem 1000-Kilometer-Rennen oder Nürburgring Classic.

“Beim ADAC 24h-Rennen fahren Rennfahrzeuge mit, die man als Serienfahrzeuge kennt. Wenn sie mit Bio-Fuels/E-Fuels an den Start gehen, kann sich der Zuschauer direkt damit identifizieren.”

Das ist eine Chance: Eine, die Emotionen und Traditionen im Motorsport zu erhalten.

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