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E-Fuel und PtG: Alternative zum Elektroantrieb?

Die Idee ist genial: in Zukunft werden keine fossilen Brennstoffe verbrannt, sondern synthetische Kraftstoffe (E-Fuels), die mithilfe erneuerbarer Energie erzeugt werden. So bleibt der konventionelle Verbrennungsmotor weiterhin nachhaltig und umweltfreundlich nutzbar.

Herstellungspfade und Einsatzbereiche von klimafreundlichen E-Fuels
Mittels Elektrolyse wird aus Wasser und Strom Wasserstoff gewonnen. Dieser kann auf zweiverschiedene Arten mit CO2 reagieren: 
1. Über Methanisierung – so entsteht synthetisches Erdgas (PtG)
2. Über die Fischer-Tropsch-Synthese (grosstechnisches Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Synthesegas) entsteht synthetisches Benzin oder Diesel.

Kommt das CO2 aus der Atmosphäre (Direct Air Capturing) oder aus Recycling-Prozessen (Kraftwerke oder Stahlwerke) und der Strom aus erneuerbaren Energien, dann sind diese Treibstoffe CO2-neutral. Im Klartext: E-Fuels verbrennen im Antriebsmotor nicht nur sauber, sondern auch komplett ohne Freisetzung von fossil gebundenem CO2. Einziger Nachteil: beim Herstellen von synthetischen Kraftstoffen wird viel Energie benötigt, da zunächst Wasserstoff durch Abspalten aus Wasser gewonnen wird, und die Elektrolyse sehr viel elektrischen Strom benötigt. Dieser kann jedoch ausschliesslich aus erneuerbaren Energien (Photovoltaik, Wind, Wasser) erzeugt werden, um den Nachteil zu neutralisieren.

E-Fuels auf dem Weg zur Serienreife ausgebremst
Die Entwicklung synthetischer Kraftstoffe wurde in den letzten 15 Jahren nicht so stark forciert wie die Batterie betriebene E-Mobilität. Auch deswegen sind die Herstellungsvolumen gering und sie erreichen noch keine industrielle Verfügbarkeit. Weil die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien sehr stark schwankt, kommt es regelmässig zu einem Überangebot. Mithilfe der E- Fuels und PtG kann der überschüssige Strom als synthetisches Benzin, Diesel oder e-Gas gespeichert werden.

Hersteller von E-Fuels
Technisch ist es schon heute möglich, synthetische Kraftstoffe nicht nur im Labor, sondern auch in Fertigungsanlagen herzustellen. Audi betreibt mit Partnern eine Pilotanlage zur Produktion von e-Diesel. Auch Porsche befasst sich mit der Thematik und baut in Chile eine Pilotanlage zur Produktion von E-Fuels. Siemens, der chilenische Energiekonzern Andes Mining & Energy (AME), das chilenische Mineralölunternehmen ENAP und das italienische Energieunternehmen Enel sind ebenfalls beteiligt.

Welche Fahrzeuge können mit E-Fuel betrieben werden?
Synthetische Kraftstoffe sind bereits mit der aktuellen Motorengeneration kompatibel. Alle aktuellen Autos und sogar Oldtimer können mit synthetisch hergestelltem Benzin oder Dieselmotoren mit e-Diesel oder e-Gas betrieben werden, denn die neuen Kraftstoffe sind mit allen üblichen Motor-Werkstoffen sowie den üblichen Schmierstoffen verträglich.

Wann kann ich synthetische Kraftstoffe tanken?
Durch fehlendes Werbebudget der Entwickler von synthetischen Kraftstoffen denkt man bei Antrieben für die automobile Zukunft deshalb zunächst an die Abkehr vom Verbrennungsmotor und an einen direkten Start in das Elektro-Zeitalter mit E-Motoren und Hochvolt-Batterien. Doch die Realität ist vielfältiger und kritischer. Denn Reichweitenangst, fehlende Lade-Infrastruktur, lange Ladezeiten und hoher Energie und Rohstoffaufwand beim Herstellen von Batterien bremsen die Attraktivität der E-Mobilität nach wie vor. Und dies trotz einem milliardenschweren Werbebudget. Ein weiteres Argument gegen die E-Mobilität ist die wachsende Macht und Abhängigkeit von der Elektro-Lobby. Beim Heizen, Kochen und unserer Kommunikation benötigen wir elektrische Energie. Und nun sollen wir auch in der Mobilität auf Elektrizität und Batterien vertrauen? Elektrische Energie wird so zum Monopol und die Konsumenten könnten in eine fatale Abhängigkeit geraten.

Power to Gas (PtG)
Professor Markus Friedl von der Hochschule für Technik Rapperswil (HSR) sieht bei der PtG-Methode grosses Potenzial für eine einheimische Wertschöpfung und Energieversorgung. Will die Schweiz künftig ohne fossile Energieträger und ohne Atomkraft auskommen, werden chemische Energieträger eine immer bedeutendere Rolle spielen. Der Individualverkehr müsse elektrisch, durch Wasserstoff oder Bio-Treibstoff, erfolgen und die Fracht sollte auf der Strasse mit Methan angetriebenen Fahrzeugen transportiert werden Bei PtG wird mittels Elektrolyse aus Wasser und Strom Wasserstoff (H2) gewonnen, der durch die Zuführung von CO2 in Methan (CH4) umgewandelt werden kann. Hier gelte es gemäss Friedl, das grosse einheimische Potenzial zu nutzen. Mit PtG habe die Schweiz die Möglichkeit, einen wichtigen Schritt in der Energiewende zu machen und sich zudem mehr Unabhängigkeit vom Ausland zu verschaffen. Denn je mehr synthetisches Methan in der Schweiz produziert wird, desto weniger Strom und fossile Energieträger müssten importiert und weniger CO2 würde ausgestossen werden. «PtG mit fossilem Strom ergibt keinen Sinn», führte Friedl weiter aus. «PtG braucht Elektrizität mit sehr wenig CO2-Emissionen und da hat die Schweiz vor allem bezüglich Photovoltaik noch ein riesiges Potenzial.» In den sonnenreichen Tagen und Stunden kann die durch Photovoltaik im Überfluss vorhandene Energie zur Herstellung von H2 und PtG genutzt werden, statt diese Energie ungenützt zu verpuffen zu lassen. Die gewonnene Energie ist zusätzlich ohne Batterien speicherbar. «Die Schweiz kann sich mit vertretbarem Aufwand mit Energie versorgen. Dabei ist fossiles CNG eine Brückentechnologie, die nahtlos durch erneuerbares Gas ersetzt werden kann. Aktuell sei Mobilität mit 100 Prozent Biogas sogar die umweltfreundlichste Art der Mobilität», sagt Friedl.

Gas als Speicher für Sonnenenergie
Um die heutigen Energiesysteme nachhaltig umzubauen und zu erweitern, muss Energie aus Solar- und Windanlagen sowie Wasserkraftwerken ins Gesamtsystem integriert werden. Hierfür braucht es ein Speichermedium. Solarstrom wird vor allem im Sommer erzeugt, muss aber auch im Winter zur Verfügung stehen. Hier bietet die Power-to-Gas-Technologie interessante Lösungen, da ungenutzter Strom aus erneuerbaren Quellen in Form von Methan oder Wasserstoff, der auch zur Herstellung von E-Fuel benutzt wird, saisonal gespeichert werden kann, was mit Batterien oder anderen Technologien nicht möglich ist. Wenn also mehr elektrische Energie produziert als verbraucht wird, kann der Überschuss durch Herstellung von Methan langzeitig gespeichert werden. Damit kann gespeicherte Energie zeitlich wie räumlich flexibel gelagert werden, ohne Batterien einzusetzen.
 

Online-Veröffentlichung: 29.10.2021
Beitrag: Ravaldo Guerini
Quelle: FL-Magazin 3/21
Bild: Audi