Interview: Alternative Kraftstoffe im Realitätscheck

Andreas Menne: Flüssige Kraftstoffe werden auch in den kommenden Jahren eine große Rolle spielen, vor allem in der Schifffahrt und im Luftverkehr. Auch im Schwerlastverkehr, in der Landwirtschaft und teilweise in der Logistik werden weiterhin Kraftstoffe mit hoher Energiedichte benötigt.

Es gibt verschiedene Arten von Flüssigkraftstoffen. Was bedeutet in diesem Zusammenhang fossil, biogen und synthetisch?

Wir tanken heute hauptsächlich fossile Kraftstoffe, die aus Erdöl gewonnen werden. Biogene Kraftstoffe wie Ethanol oder Biogas basieren auf nachwachsenden Rohstoffen. Synthetische Kraftstoffe lassen sich nicht immer trennscharf definieren. Grundsätzlich entstehen sie in chemischen Prozessen, etwa durch Umwandlung von Wasserstoff und CO₂ zu Methanol oder mittels Fischer-Tropsch-Synthese. Die Rohstoffquellen können hierbei, müssen aber nicht vollständig nachhaltig sein.

Welche Herausforderungen gibt es bei der Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff?

Grüner Wasserstoff ist im Prinzip in unbegrenzten Mengen verfügbar, da zu seiner Erzeugung lediglich Wasser und Strom nötig sind. In der Praxis stellen jedoch vor allem die Speicherbarkeit und die aufwendige Logistik große Hürden dar. Sie treiben die bereits hohen Kosten weiter in die Höhe. Wettbewerbsfähig lässt sich grüner Wasserstoff daher vor allem in Regionen produzieren, in denen erneuerbarer Strom günstig und kontinuierlich verfügbar ist. Es ist zudem sinnvoll, an diesen Standorten auch gleich Wasserstoffderivate, also wasserstoffbasierte Energieträger wie zum Beispiel synthetische Kraftstoffe oder Ammoniak, herzustellen, die eine Langzeitspeicherung und somit den Transport über weite Strecken ermöglichen. Allerdings benötigen auch die Umwandlungsprozesse selbst viel Energie und erfordern hohe Investitionen.

Sind eher Biokraftstoffe die Lösung?

Biokraftstoffe können einen wichtigen Beitrag leisten, sind aber keine alleinige Lösung. Die verfügbaren Mengen im Vergleich zum gesamten Kraftstoffbedarf sind begrenzt. Besonders nachhaltige Rohstoffe auf Basis von Reststoffen, die nicht mit der Nahrungsmittelproduktion konkurrieren, sind bei Weitem nicht in ausreichender Menge verfügbar. Um einen größeren Teil der vorhandenen biogenen Ressourcen auszuschöpfen, kann es sinnvoll sein, die Verarbeitungsverfahren mit grünem Wasserstoff zu kombinieren. Dadurch lassen sich bestimmte Prozesse effizienter gestalten und Kosten senken.

Blicken wir auf den Markt: Wie viel Öl importiert Deutschland aus dem Nahen Osten und welche Auswirkungen hat der Austritt der VAE aus der OPEC?

Was die Importmengen betrifft, ist Deutschland direkt nur in geringem Umfang vom Nahen Osten abhängig: Der Anteil liegt bei unter 10 Prozent. Die Folgen des OPEC-Austritts lassen sich derzeit noch nicht seriös beziffern. Da Öl jedoch auf dem globalen Markt gehandelt wird, wirken sich Preissteigerungen dort trotzdem auch hierzulande aus.

Ist abzusehen, ab wann fossile Kraftstoffe nicht mehr benötigt werden?

Fossile Kraftstoffe werden wir voraussichtlich noch über einen sehr langen Zeitraum benötigen. In Deutschland werden pro Jahr rund 50 Millionen Tonnen Diesel, Benzin und Kerosin aus fossilen Quellen verbraucht. Würde man diese Mengen vollständig durch nachhaltige synthetische Kraftstoffe ersetzen, wären dafür etwa 180 Millionen Tonnen CO₂, 25 Millionen Tonnen Wasserstoff und für dessen Erzeugung 1500 TWh erneuerbarer Strom erforderlich. Zum Vergleich: Deutschland erzeugt derzeit jährlich nur etwa 20 Prozent dieser Strommenge. Daraus lassen sich für die kommenden Jahre drei zentrale Punkte ableiten:

1. Die benötigten Kraftstoffmengen müssen deutlich sinken. Schon eine Reduzierung um 50 Prozent hätte erhebliche Auswirkungen. Der größte Hebel liegt dabei in der direkten Nutzung von Strom, weil sie mit einem Wirkungsgrad von rund 80 Prozent wesentlich effizienter ist als die Herstellung und anschließende Verbrennung synthetischer Kraftstoffe. Eine Halbierung des Dieselverbrauchs und eine Reduzierung des Benzinverbrauchs um 80 Prozent wären ein großer Schritt und durch eine konsequente, zugleich realistische Elektrifizierung grundsätzlich erreichbar.
2. Die verfügbaren alternativen Kraftstoffe – biogene und synthetische – müssen gezielt dort eingesetzt werden, wo eine Elektrifizierung nicht möglich ist. Wenn sich der Bedarf an fossilen Kraftstoffen halbiert, verdoppelt sich der Anteil der bereits heute genutzten Biokraftstoffe rechnerisch von 5 auf 10 Prozent. Werden zusätzlich weitere nachhaltige Quellen erschlossen, ist eine Steigerung des Anteils auf bis 20 Prozent möglich.
3. Alle denkbaren Pfade setzen einen Ausbau erneuerbarer Energien und einen hohen Anteil von Importen aus Ländern mit günstigem erneuerbarem Strom voraus. Um die entsprechenden Kapazitäten zu realisieren, werden größere Investitionen im Ausland unvermeidlich sein. Darüber hinaus sollten auch bislang ungenutzte biogene Rohstoffe und Reststoffe einbezogen werden, sofern ihre Bereitstellung nachhaltig und wirtschaftlich umsetzbar ist. Für Deutschland erscheint dabei wie erwähnt der Einsatz von Wasserstoff in der Herstellung biogener Kraftstoffe sinnvoll, um Kosten zu reduzieren und begrenzte Potenziale bestmöglich zu nutzen.

Die jeweilige Region ist also entscheidend für den Ausbau alternativer Kraftstoffe.

Da alternative Kraftstoffe deutlich mehr kosten als fossile Kraftstoffe und immense Investitionen notwendig sind, werden große Industrienationen deutlich schneller umstellen können. Für Entwicklungs- und Schwellenländer bietet die Umstellung große Chancen, ihre Energie zu exportieren und Investitionen ins Land zu holen.

Welche politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen sind notwendig?

Politik und Ökonomie sind hier eng miteinander verknüpft. Wenn Unternehmen in nachhaltige Kraftstoffe investieren sollen, brauchen sie die Sicherheit, dass diese auch tatsächlich Absatz finden – trotz ihrer deutlich höheren Kosten gegenüber fossilen Varianten. Das kann zum Beispiel über Quotenregelungen geschehen, wie sie bereits bei Biokraftstoffen angewendet werden. Ein weiterer Hebel wären Subventionen für nachhaltige Kraftstoffe und höhere Preise für fossile Kraftstoffe – was aber Stand heute wohl keine gute Lösung wäre. Ein Markteinstieg kann auch über Nischenmärkte funktionieren, die im Kraftstoffsektor schon substanziell groß sein können.

Was wäre denn ein solcher Nischenmarkt?

Ein Beispiel ist Methanol für die Biodieselproduktion – in Deutschland werden etwa 200 000 Tonnen jährlich benötigt. Derzeit wird dieses Methanol auf fossiler Basis bereitgestellt. Es wäre relativ einfach, die Menge nachhaltig herzustellen: Eine Produktionsanlage mit einer Kapazität von 300 000 Tonnen pro Jahr könnte wirtschaftlich betrieben werden, wenn die Abnahme gesichert ist. Etwa 70 000 Tonnen grüner Wasserstoff wären notwendig, was einem Strombedarf von 4 TWh entspricht. Dieser Wert liegt unter der Menge an erneuerbarem Strom, der durch die phasenweise Abschaltung entsprechender Anlagen nicht erzeugt wird. Die Umsetzung ist auf dem Papier also durchaus realistisch. Aus technologischer Sicht stellen die hierfür notwendigen Prozesse keine große Herausforderung dar. Unterm Strich stünden bei dem beschriebenen Szenario 450 000 Tonnen eingespartes CO₂, was den Emissionen von über 1500 Flügen auf der Strecke Frankfurt - New York entspricht.

Mit wie viel Mehrkosten müssten Endverbraucher in diesem Fall für Biodiesel rechnen?

Die Kosten für nachhaltiges in Deutschland hergestelltes Methanol liegen beim 4- bis 5-fachen im Vergleich zu fossilem Methanol. Bezogen auf den Dieselpreis an der Zapfsäule wären es je nach Mischverhältnis etwa 1 bis 2 Cent pro Liter mehr. Der CO₂-Ausstoß pro Liter Diesel würde geringfügig (<0,5 Prozent) sinken.

Ist es realistisch, dass synthetische und nachhaltige Kraftstoffe mittelfristig auch außerhalb von Nischenmärkten preislich mit fossilen Kraftstoffen konkurrieren?

Nein, das ist nicht realistisch und wird mit einem Vergleich deutlich: Stellen Sie sich vor, Sie ernähren sich ausschließlich aus einer stets vollen Vorratskammer mit Mikrowellengerichten. Sie müssen das Essen nur herausnehmen und aufwärmen. Doch irgendwann merken Sie, dass diese Ernährung auf Dauer krank macht und die Vorratskammer nicht unendlich gefüllt bleibt. Also müssen Sie anfangen, Nahrungs- und Futtermittel selbst anzubauen, was Personal, Wasser und Dünger erfordert. Für Viehzucht, Ernte, Logistik und die Zubereitung der Nahrung werden weitere Menschen und jede Menge Energie benötigt. Am Ende ist das selbst hergestellte Essen um ein Vielfaches teurer als die fertigen Mikrowellengerichte aus der Vorratskammer.

Ähnlich verhält es sich mit fossilen Rohstoffen. Momentan basiert unser System darauf, dass wir Energieträger wie Öl oder Gas aus der Erde holen, in denen Energie über Millionen Jahre eingespeichert wurde. Bei erneuerbaren Energieträgern müssen wir den Herstellungsprozess auf wenige Minuten verkürzen, um aus Wasser und CO₂ mithilfe erneuerbarer Energie dorthin zu kommen. Das kostet. Preislich konkurrenzfähig wären nachhaltige Kraftstoffe erst, wenn wir Rohölpreise jenseits der 200 Dollar pro Barrel oder eine CO₂-Abgabe von über 300 Euro pro Tonne hätten.

Nochmal zur Politik: Sind die aktuellen Gesetze ausreichend, um einen entsprechenden Markt für nachhaltige Kraftstoffe zu schaffen?

Die derzeitigen Zielvorgaben für CO₂-Einsparung und zulässige Rohstoffquellen schränken ein größeres Ausrollen nachhaltiger Kraftstoffe und Investitionen in entsprechende Produktionsverfahren ein. Die Gesetze basieren auf der Annahme, dass wir in nicht einmal 20 Jahren eine weitestgehend CO₂-neutrale Mobilität haben. Das schließt Verfahren und Rohstoffe aus, die beispielsweise »nur« 50 Prozent CO₂-Emissionen reduzieren – was immer noch besser als eine 10-prozentige oder gar keine Reduzierung wäre. Betrachten wir die Größe des Marktes und bedenken, dass viele Fahrzeuge noch die nächsten 20 Jahre fahren werden, dann helfen in naher Zukunft auch Verfahren, die vielleicht nicht 100 Prozent CO₂ einsparen. Dafür aber wirtschaftlicher sind als nahezu perfekte Verfahren.

Gerade im Luftverkehr sind die Alternativen sehr begrenzt. Welche Rolle spielen Sustainable Aviation Fuels?

Der Luftverkehr kann mittel- bis langfristig – vielleicht auch nie – elektrifiziert werden. Eventuell gelingt es, in 20 oder 30 Jahren mit Wasserstoff zu fliegen. Aber bis dahin muss noch viel Entwicklungsarbeit geleistet werden. Also benötigen wir hier noch mindestens 50 Jahre flüssige Kraftstoffe mit hoher Energiedichte. SAF sind aktuell die einzige Möglichkeit, die kurz- bis mittelfristig zur Verfügung steht.

Wie unterscheiden sich SAF von klassischem Kerosin?

Die Kraftstoffe werden so designt, dass sie dem fossilen Pendant möglichst nahekommen. Bei entsprechender Qualität können sie grundsätzlich in bestehenden Triebwerken sowie in der heutigen Lager- und Logistikinfrastruktur genutzt werden. Bevor SAF im Flugzeug eingesetzt werden, müssen sie daher umfangreiche Tests bestehen und zertifiziert sein. Derzeit sind sie in der Regel nur als Beimischung zu fossilem Kerosin zugelassen, meist bis zu einem Anteil von maximal 50 Prozent. Zu den zentralen Herausforderungen zählen neben der Qualität vor allem eine wirtschaftliche Herstellung und die Nutzung von Nebenprodukten aus der Produktion.

Aus welchen Rohstoffen und mit welchen Verfahren werden SAF hergestellt?

Die Rohstoffe sind ähnlich oder gleich wie bei anderen erneuerbaren Kraftstoffen. Aktuell werden vor allem pflanzliche Fette und Öle für SAF genutzt. Diese werden mit Wasserstoff umgesetzt und zu sogenannten HEFA-Kraftstoffen (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids) oder HVO (Hydrotreated Vegetable Oils) verarbeitet. Nach weiteren Veredelungsschritten entsteht daraus ein Gemisch, das dem herkömmlichen Flugkraftstoff beigemischt werden kann.

Ein anderes Verfahren basiert auf dem Fischer-Tropsch-Prozess. Dabei wird Synthesegas in längerkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt, die als Flugkraftstoff genutzt werden können. Daneben gibt es Ansätze, bei denen Alkohole wie Methanol, Ethanol oder Butanol zunächst in Olefine und anschließend in turbinentaugliche Kohlenwasserstoffe weiterverarbeitet werden.

Bei Fraunhofer UMSICHT forschen wir genau daran. Dabei erzeugen wir meistens nicht nur SAF, sondern auch andere Kraftstoffe wie Diesel und Benzin oder Komponenten, die SAF beigemischt werden können, zum Beispiel spezielle aromatische Verbindungen. Unser Ziel ist es, dass möglichst viel des anfangs eingesetzten Kohlenstoffs auch im SAF landet.

Gibt es bei der Produktion Konkurrenz zu Nahrungsmitteln, Wald- oder Biodiversitätsdruck?

Bei den aktuell geringen Mengen nicht. Auch ist die Nutzung von Nahrungsmitteln nicht erlaubt. Sollten bestimmte Prozesse, die auf biogenen Stoffen basieren, hochskaliert werden, kann natürlich Konkurrenz entstehen. Deswegen werden biobasierte Flugkraftstoffe allein nicht ausreichen, sie können aber einen Beitrag leisten.

Was ist Ihr Fazit zum künftigen Umgang mit nachhaltigen Kraftstoffen?

Oft wird so diskutiert, als ließen sich fossile Kraftstoffe kurzfristig vollständig ersetzen. Das ist nicht der Fall. Ich möchte daher nochmal betonen, dass es realistischer ist, den Kraftstoffbedarf deutlich zu senken, die direkte Nutzung von Strom konsequent auszubauen und alternative Kraftstoffe gezielt in den Bereichen einzusetzen, die sich auf absehbare Zeit nur schwer elektrifizieren lassen.