E-Fuels sind synthetisch erzeugte flüssige Kraft- und Brennstoffe auf Basis von Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2). Sie werden mit Hilfe von erneuerbarem Strom hergestellt. Das Kohlendioxid kann aus der Luft, aus Abfallstoffen biogener Herkunft oder aus Industrieprozessen genutzt werden. Stammt das CO2 aus der Luft oder aus biogenen Quellen, wird bei der Verbrennung bilanziell nur so viel CO2 freigesetzt, wie zuvor gebunden wurde. Emissionen aus Herstellung und Transport sind darin nicht enthalten.

Im Prinzip werden E-Fuels aus CO2 und Wasser hergestellt. Man baut im Grunde die chemischen Moleküle nach, aus denen fossile Kraftstoffe bestehen.

Es gibt unterschiedliche Verfahren für die Herstellung. E-Fuels benötigen zunächst Wasserstoff („Wasserstoff-Folgeprodukte“), der wiederum mittels Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird. Für die Elektrolyse wird Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet. Ein Herstellungsprozess ist die Fischer-Tropsch-Synthese. Hier wird der Wasserstoff mit Kohlendioxid verbunden und so zu einem flüssigen Kraftstoff synthetisiert. Es gibt darüber hinaus den Weg über die Methanol-Synthese. Es sind unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von synthetischen Diesel- und Kerosin- bzw. Benzinkomponenten. Die Abbildung zeigt das schematisch.

E-Fuels sind sehr praxistauglich, weil sie chemisch herkömmlichen (fossilen) Kraftstoffen ähnlich sind: Sie sind leicht zu transportieren, können in dafür geeigneten Motoren verwendet und an Tankstellen schnell und sicher getankt werden. Sie haben eine ähnlich hohe Energiedichte wie fossile Kraftstoffe.

Sie haben den großen Vorteil der Mischbarkeit – man kann sie mit den herkömmlichen Kraftstoffen und Biokraftstoffen vermischen. Das ist für den Hochlauf wichtig. Solange die Mengen noch nicht für die Nachfrage nach E-Fuels ausreichen, kann die Beimischung bereits dazu beitragen, CO2-Emissionen im Verkehr zu senken. Und das gesamte Tankstellen- und Tanklagernetz ist verlässlich und effizient weiterhin nutzbar.

Strom muss aus erneuerbaren Quellen wie Sonne, Wasser oder Wind kommen, es ist nicht effizient, Kohlestrom zu nutzen.

E-Fuels sind nicht CO2-frei. CO2 ist allerdings natürlicher Bestandteil der Luft. Wird das CO2 der Luft entnommen, gelangt bei der Verbrennung bilanziell kein zusätzliches fossiles CO2 in die Atmosphäre.

E-Fuels haben auf den ersten Blick in einer tank-to-wheel-Betrachtung einen geringen Wirkungsgrad. Eine Gesamtbewertung sollte jedoch auch ökologische, soziale und wirtschaftliche Aspekte einbeziehen.

Bisher werden E-Fuels noch nicht im industriellen Maßstab hergestellt, weil die derzeitigen politischen Rahmenbedingungen große Investitionsbarrieren darstellen.

Die Unternehmen stehen bereit, viele bisher kleinere Anlagen bereiten sich auf einen Markthochlauf vor. Wann E-Fuels flächendeckend an Tankstellen erhältlich sind, hängt davon ab, wie schnell die Produktionskapazitäten ausgebaut werden. eFUEL-TODAY informiert regelmäßig über die wesentlichen Entwicklungen in der Verfügbarkeit von E-Fuels.

Der Begriff der E-Fuels beschreibt einen Bereich der synthetischen Kraftstoffe aus regenerativen Quellen (reFuels), deren Herstellung auf Elektrolyse-Wasserstoff aufsetzt. Der Prozess der Wasserstoff-Elektrolyse ist sehr energieintensiv und die Kraftstoffkosten sind damit sehr stark an zwei Kostenfaktoren gebunden:

Die Kosten des Stromes aus erneuerbaren Quellen
Die Verfügbarkeit der Produktionsanlagen und
damit der dazu genutzten erneuerbaren Energie
Der zweite Punkt reduziert die eingesetzten Investitionsbedarfe und daran gebundene Folgekosten gemäß der Auslastung. Die Kosten für die Elektrizität sinken in sonnen- und windreichen Gebieten dramatisch gegenüber den Kosten in Deutschland. Solaranlagen in Saudi-Arabien haben schon vor Jahren Werte von 1,04 ct/kWh erreicht und wurden seitdem weiterentwickelt, während Strom aus Windenergieanlagen in den Höhenlagen Chiles mit >7.000 Volllaststunden und konstanter Windrichtung noch zwischen 1 und 2 ct/kWh kostet.

Auf diesem Wege und mit Blick auf die laufenden Weiterentwicklungen, sind Kraftstoffkosten in der Größenordnung der Kosten heutiger fossiler Kraftstoffe nicht unrealistisch, auch wenn die Kosten bei den aktuellen Pilotanlagen naturgemäß noch höher sind.

(Quelle: KIT / IFKM)

Es gibt einige Investitionsprojekte in Deutschland und ebenso weltweit. Pilot- und Demonstrationsprojekte laufen bereits, u. a. in Chile. Anlagen im industriellen Maßstab befinden sich in Planung bzw. im Bau. Viele sonnen- und windreiche Regionen der Welt sondieren derzeit ähnlich wie Deutschland und Europa mit Wasserstoffstrategien ihre Chancen auf die Umstellung von fossiler auf regenerative Energien. Dabei spielen Erwägungen für E-Fuels eine immer größere Rolle. Auch wenn die Strategien je nach geografischen Bedingungen unterschiedlich sind, so zeigt sich, dass auch China, Australien, Japan usw. die Entwicklungen entschlossen vorantreiben.

Die neuartigen E-Fuels werden komplett synthetisch hergestellt und dabei auf den spezifischen Anwendungsbereich maßgeschneidert. Hersteller von E-Fuels sprechen von einem Rohöl-Substitut, welches dann durch den Raffinerieprozess und die Zugabe von Additiven wie gewohnt für die Nutzung im Diesel- oder Ottomotor aufbereitet wird. Normkonforme E-Fuels (z. B. nach DIN EN 228 bzw. DIN EN 590) können in Bestandsfahrzeugen genutzt werden. Paraffinische Dieselkraftstoffe nach DIN EN 15940 dürfen nur in Fahrzeugen mit Freigabe des Herstellers getankt werden.

Mit dem „E10“ wird aktuell Ottokraftstoffen bis zu 10 % Bio-Ethanol beigemischt, ebenso wie bis zu 7 % Bioanteile im Dieselkraftstoff. E-Fuels sind künstliche Kraftstoffe, die ebenso wie Biokraftstoffe den gültigen DIN-Normen für Kraftstoffe entsprechen müssen, damit Autofahrer sie sicher nutzen können. E-Fuels sind keine Biokraftstoffe, sondern synthetisch hergestellte Kraftstoffe. Sie können beigemischt und, sofern sie der jeweiligen Kraftstoffnorm entsprechen, in der heutigen Fahrzeugtechnik eingesetzt werden.

Die lokale Stromproduktion in Deutschland wird absehbar nicht ausreichen, um alle Prozesse in den Sektoren mit Strom aus erneuerbaren Quellen zu versorgen. Der Energiebedarf für E-Fuels ist daher besser in den Regionen mit höherem Potenzial nutzbar, da die verflüssigte Energie leicht zu transportieren ist. Tausende Kilometer Stromleitungen nach Europa sind dafür nicht tauglich.

Oftmals wird behauptet, dass E-Fuels nur einen geringen Wirkungsgrad hätten. Diese Berechnungen greifen aber zu kurz, wenn sie nur den Wirkungsgrad vom Tank zum Reifen („tank to wheel“) vergleichen und viele essenzielle Punkte außer Acht lassen: das Ziel und damit den Betrachtungshorizont, die Realisierbarkeit, die Akzeptanz, die Kosten, die Energieabhängigkeit und die Vorteile für den täglichen Energiebedarf.

Ziel definieren – Lebenszyklus-Betrachtung (LCA-Ansatz): Am wichtigsten ist die Frage nach dem Ziel und wie man es erreichen kann. Wenn das Ziel Klimaschutz ist, sollten die Gesamtemissionen einer Technologie ausschlaggebend sein. Es muss also nicht nur betrachtet werden, wie viel Energie die einzelne Fahrt verbraucht, sondern wie viel Energie (nicht nur Strom, sondern alle Energieformen) benötigt wird und wie viel CO2 ein Fahrzeug von seiner Herstellung über die Fahrleistung bis zum Recycling verursacht („Verursacherprinzip“).
Realisierbarkeit, Akzeptanz und Kosten: Ebenso wichtig ist die Frage der Akzeptanz der Technologie, die eng mit der Frage nach den Kosten verbunden ist. Die meisten Menschen besitzen bereits ein Auto mit Verbrennungsmotor und das soll auch noch ein paar Jahre weiter fahren, denn die Kosten für eine Neuanschaffung sind hoch. Die Bestandsflotte wird nicht in kurzer Zeit austauschbar sein. Mit zunehmender Beimischung von E-Fuels können begleitend zur Einführung weiterer Technologien auch die CO2-Emissionen der Bestandsflotte gesenkt werden. Gleichzeitig sind Deutschland und die EU verpflichtet, die CO2-Emissionen zu senken. Auch andere, nicht so gut situierte Länder müssen ihre Emissionen senken, wenn Klimaschutz die oberste Priorität ist. Am Anfang werden die Kosten für E-Fuels hoch sein, weil Entwicklungskosten entstehen. Mit zunehmender Skalierung der Produktion können die Kosten sinken, zumal auch andere Energie aufgrund der Bepreisung von CO2 teurer wird. Ein wettbewerbsfähiger Preis ist aber nur dann erreichbar, wenn der Markthochlauf gelingt – das heißt, wenn am Ende genügend Nachfrage für verbraucherfreundliche Preise sorgt. Das Nachhaltigkeitsdreieck aus ökologischen, ökonomischen und sozialen Zielen sollte also auch bei der Bewertung von E-Fuels das Maß der Dinge sein.
Energieabhängigkeit: Deutschland ist derzeit nicht und wird absehbar nicht energieautark sein können, denn dazu fehlen ausreichende eigene Energieressourcen. Die größten Mengen an Energie werden importiert in Form von Mineralöl und Mineralölprodukten (vgl. BAFA). Diese Mengen an Energie wird weder Deutschland noch die EU mit selbst erzeugtem Strom ersetzen können.
Speicherbarkeit, Transport und Energiedichte von Energieträgern: Nicht immer, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht, möchte man gerade in diesem Moment die Energie nutzen und z. B. Auto fahren. Meistens braucht man gespeicherte Energie – in Form von Strom oder Kraftstoffen. Flüssige Brenn- und Kraftstoffe sind dafür lange erprobt, immer weiter verfeinert und optimiert. E-Fuels können dieses jahrzehntelang gesammelte Know-how weiter nutzen. Zudem besitzen sie wie fossile flüssige Kraftstoffe eine hohe Energiedichte. Das heißt, sie speichern viel Energie auf kleinem Raum, so dass ihr Eigengewicht möglichst wenig zu ihrem Verbrauch beiträgt. Sie können in den Behältern und in den Transportmitteln befördert werden, die es bereits gibt, und in dieser Infrastruktur sind keine Kapazitätsengpässe zu erwarten.
Verlässlichkeit: E-Fuels setzen auf Bewährtem auf: Die Infrastruktur (Tanklager, Tankstellen, Tankwagen) funktioniert aufgrund weltweiter jahrzehntelanger Erfahrung hinsichtlich Sicherheit, Verfügbarkeit und Verlässlichkeit unabhängig von Wettereinflüssen oder den Anforderungen wie Last oder Streckenlänge.
Technologische Führerschaft und Wettbewerbsfähigkeit: Deutschland verfügt gerade in der Wertschöpfungskette für die Herstellung von Wasserstoff und seinen Folgeprodukten über viel Know-how und Assets. Derzeit besteht die Chance, dies am Weltmarkt zu behaupten, die Deutschland nutzen sollte.

Nein. Normkonforme E-Fuels unterliegen denselben gesundheits-, umwelt- und technikrelevanten Vorgaben und Standards wie herkömmliche Kraftstoffe und sind ebenso einfach einsetzbar.

E-Fuels können genauso wie herkömmliche flüssige Kraft- und Brennstoffe benutzt werden, also wie Benzin und Diesel auch bzw. als Vorprodukte in der chemischen Industrie. Sie haben ähnliche chemische Strukturen und deshalb auch ähnliche Eigenschaften.

Es gibt keine „beste Lösung“. Um die Klimaziele zu erreichen, benötigen wir alle verfügbaren Instrumente. Die Bestandsflotte in Deutschland, Europa und auch weltweit muss ebenfalls ihren CO2-Beitrag leisten, das geht nur über Kraftstoffe. Wir können nicht darauf warten, bis sich der gesamte Fahrzeugbestand gewandelt haben mag. Je nach den Erfordernissen kommt man mit der einen oder der anderen Antriebsart besser vorwärts.

Die derzeitige politische Förderung fokussiert sich auf elektrische Antriebe. Klar ist, dass Batteriemobilität ebenso zahlreiche Vorteile hat.

Fragen der Nachhaltigkeit und Klimaverträglichkeit im Gesamtsystem dürfen jedoch nicht zu sehr aus dem Blick geraten. Denn weder möchte man immer dann mobil sein müssen, wenn gerade Wind weht und Sonne scheint, noch sind erneuerbare Energien in Deutschland und Europa in ausreichendem Maße verfügbar. Wichtig ist die Akzeptanz in der Bevölkerung, und diese kann strittig sein, wie die Diskussion um den Neubau von Windkraftanlagen in Deutschland zeigt.

Bei der Betrachtung der Effizienz von Antrieben geht es häufig nur um den direkten Wirkungsgrad vom Tank zum Rad („tank-to-wheel“). Eine Bewertung, die auch Speicherbarkeit, Transport und die begrenzte Verfügbarkeit erneuerbarer Energie einbezieht, kann zu einem anderen Ergebnis kommen.

In einem Lebenszyklus-Ansatz müssen im Nachhaltigkeitsdreieck (Wirtschaft-Ökologie-Soziales) alle Kosten betrachtet werden – von der Rohstofferzeugung über die Nutzung vorhandener Strukturen, Werte, Anlagen usw. (Assets) – bis zur Entsorgung. Eine solche ergebnisoffene Betrachtung fehlt in der politischen Diskussion.