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Wasserstoff, Elektro oder synthetischer Kraftstoff: Welcher alternative Antrieb ist der Beste?

Das es keinen Weg zurück zu fossilen Treibstoffen gibt, ist mittlerweile wohl jedem bewusst. Alternative Kraftstoffe sind die Zukunft, doch wie diese aussehen soll, wird noch diskutiert, denn das Elektroauto ist nicht konkurrenzlos. Wir haben einen Blick auf das Wasserstoff-Auto und die Idee des synthetischen Kraftstoffes geworfen und geben Ihnen einen Überblick.

Mit dem Erfolg, den das E-Auto die letzten Jahre verzeichnen kann, ist die elektrifizierte Antriebsweise stark in den Vordergrund gerückt worden. Im Hintergrund arbeiten Forschungsteams und auch mancher Hersteller aber auch an anderen Antriebslösungen.

⏰  Kurz zusammengefasst

Da es Elektroautos sind, auf die die Hersteller aktuell setzen, haben wir hier die top Modelle für Sie:

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Das E-Auto: Der Star unter den alternativen Antrieben

Hersteller-, Forschungs- und Fördergelder werden seit einiger Zeit voll und ganz für Elektroautos und die Weiterentwicklung für die Zukunft ausgegeben. Der Fokus ist klar und mit dem E-Auto hat sich ein neuer Star am Mobilitätshimmel seinen Platz erkämpft. Doch im Hintergrund gibt es noch weitere Antriebsarten, die nur darauf warten, ebenfalls Aufmerksamkeit zu erhalten. Die Rede ist von Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen.

Hier sehen Sie schon einmal kurz zusammengefasst die wichtigsten Daten zu den drei Antriebsarten:

Elektro Wasserstoff Synthetische
Kraftstoffe
Effizienz [%] 70-80 25-35 10-15
Emissionen
[g/100 km]
Reichweite [km] bis ca. 550 bis ca. 700 vergleichbar mit
aktuellen Verbrennern
Ladezeiten mehrere
Stunden
mehrere
Minuten
wenige
Minuten
Kosten pro
100 km [€]
4,50 9,50 18*

*ausgegangen von einem Diesel mit einem Verbrauch von 4 Litern auf 100 Kilometer.

Nischenprodukt Wasserstoff-Auto: Zu Unrecht?

Während immer mehr Elektroautos auf den Markt kommen wird auch die Kritik an der E-Mobilität größer und Wasserstoff wird oftmals als bessere Alternative angepriesen. Haben sich Autoindustrie und Forschung fälschlicherweise vom Wasserstoff-Auto abgewendet?

Vorteile Wasserstoff

Im Vergleich zum E-Auto ist als Vorteil definitiv die höhere Reichweite zu sehen. Diese kommt aufgrund der größeren Energiedichte von Wasserstoff zustande. Deshalb können mit Wasserstoff längere Strecken mit einer Tankfüllung zurückgelegt werden. Das ist vor allem interessant für Langstreckenfahrten und noch mehr für den Güterverkehr mit Lkws.

Ein weiterer Vorteil ist die Tankzeit, die bei einem Wasserstoff-Auto kurz ist. In nur wenigen Minuten ist das Fahrzeug voll betankt und kann seinen Weg fortsetzen – bei einem E-Auto muss man mit einer teils mehrstündigen Pause rechnen. Ist das Wasserstoffauto erstmal in Betrieb, entstehen keine Emissionen – es fährt lokal emissionsfrei -, aus dem Auspuff kommt nur Wasser.

Nachteile Wasserstoff

Greifen wir gleich den letzten Punkt der Vorteile auf. Wie beim E-Auto fährt auch das Wasserstoff-Auto lokal emissionsfrei, doch bei der Produktion werden sehr wohl Emissionen produziert. Es ist ein großer Energieaufwand bei der Herstellung des Wasserstoffes durch Elektrolyse notwendig. Genauer gesagt liegen die Emissionen mehr als 75 Prozent über denen, die bei der Produktion eines E-Autos anfallen.

Als Nachteil muss auch gesehen werden, dass es aktuell kaum Wasserstoff-Modelle auf dem Markt gibt. Dementsprechend natürlich auch kaum Tankstellen. Da verwundert es nicht, dass hohe Kosten für die Anschaffung entstehen und auch die Tankkosten sind aktuell noch höher als beim E-Auto.

Zu guter Letzt ist noch der schlechte Wirkungsgrad von gerade einmal 25 bis 35 Prozent zu nennen. Bei der Produktion von Wasserstoff geht auf dem Weg bis ins Auto jede Menge Energie verloren.

Wie funktioniert ein Wasserstoff-Auto?

Informationen über den Aufbau und die Funktionsweise eines Elektroautos haben wir schon allzu oft gehört, doch wie funktioniert ein Wasserstoff-Auto? Was man oft nicht weiß: das Wasserstoff-Auto verfügt auch über einen Elektromotor. Der Unterschied zum E-Auto ist, dass der Strom nicht in einer Batterie gespeichert, sondern lokal erzeugt wird.

Das passiert in der Brennstoffzelle, die den Wasserstoff in Strom umwandelt und somit die Grundlage schafft, damit der Elektromotor mit Energie versorgt werden kann. Meist wird Wasserstoff heutzutage durch Elektrolyse gewonnen. Da der Energiebedarf hoch ist, muss für eine nachhaltige Produktion der Strom hierfür aus regenerativen Energien kommen. Bei der Elektrolyse wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

Synthetische Kraftstoffe – Sprit der Zukunft?

Für einige Forscher sind Elektromobilität und Wasserstoff-Fahrzeuge nur eine kurze Notlösung, die sich auf Dauer aber nicht durchsetzen können wird. Synthetische Kraftstoffe scheinen der Königsweg zu sein, vor allem sogenannte E-Fuels werden in den Fokus gerückt.

Warum entwickelt man synthetische Kraftstoffe?

Der Großteil der Welt ist sich einig: Fossile Energie muss in Zukunft durch regenerative Energie ersetzt werden. Das betrifft Schiffe, Flugzeuge aber eben auch Autos, die nur noch elektrisch fahren sollen. Doch dafür ist ein großes Umdenken bei Herstellern aber auch Autokäufer:innen nötig, und das braucht Zeit.

Die beste Möglichkeit das Klima zu schützen und gleichzeitig bei alten Gewohnheiten zu bleiben, wären Kraftstoffe, die sauber verbrennen, bezahlbar sind und klimaneutral hergestellt werden können. Damit könnte man bei jetzigen Verbrennermodellen bleiben, und würde nur den “schmutzigen” Kraftstoff durch “sauberen” ersetzen.

Die Zauberformel ist: Synthetischer Kraftstoff. Schon seit vielen Jahren sind Gruppen von Forschenden dabei, dieses Thema weiterzuentwickeln. Doch wie bei allem, gibt es auch hier einige Hürden zu nehmen.

Was ist synthetischer Kraftstoff?

Wie das Wort synthetisch schon aussagt, sind diese Kraftstoffe chemisch hergestellt, sie unterscheiden sich von konventionellen Kraftstoffen also durch das Herstellungsverfahren. Erdöl soll als Rohstoffquelle ersetzt werden. Diese Kraftstoffe werden künstlich hergestellt, durch die chemische Veränderung der Bestandteile.

Durch ein spezielles System und das Kombinieren verschiedener, chemischer Moleküle verändert man die Bestandteile und kann gute Leistungen erhalten und schlechte ausschließen. Dazu gehören auch unerwünschte Schadstoffe, die man sozusagen aussperren kann.

Nachdem man versucht hat, aus nachwachsenden Rohstoffen wie Weizen, Mais, Palmöl oder Raps Kraftstoffe zu entwickeln, ist man aufgrund von großen Umweltproblemen durch Rodungen auf Versuche mit Wasserstoff als Grundprodukt übergegangen. Wasserstoff ist nahezu unendlich vorhanden und könnte klimaneutral hergestellt werden. Mittels Elektrolyse wird der Wasserstoff mit Hilfe von Strom – der natürlich regenerativ sein muss – herausgelöst. Man spricht in diesem Fall von strombasierten Kraftstoffen, auch E-Fuels oder Power-to-X genannt.

Herstellung von E-Fuels

Das Wichtigste ist regenerativer Strom, denn nur damit kann E-Fuel klimaneutral hergestellt werden. Mit diesem Strom spaltet man per Elektrolyse Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff. Der zweite Herstellungsschritt beinhaltet die Zusammenführung von Wasserstoff mit Kohlendioxid, was ebenfalls klimaneutral gewonnen werden kann, beispielsweise als Abfallprodukt aus der Industrie.

Mit dieser Kombination kann synthetischer Diesel, synthetisches Benzin oder synthetisches Gas hergestellt werden. Die Effizienz leidet allerdings, da so viele Herstellungsschritte notwendig sind. Wenn wir von 100 Prozent eingesetzter Energie am Anfang des Prozesses ausgehen, bleiben am Ende in der “wheel-to-wheel” Ansicht nur noch 10 bis 15 Prozent Energie übrig.

Wann ist E-Fuel serienreif?

Von einer Markteinführung sind wir aktuell noch weit entfernt, was vor allem mit dem schlechten Wirkungsgrad, den fehlenden Anlagen und dem teuren Herstellungsprozess zusammenhängt. Der Einsatz in normalen Pkws gilt als sehr unwahrscheinlich. Die Entwicklung zielt eher auf den Transport, also den Einsatz in Schiffen und Flugzeugen, für die große Akkus nicht sinnvoll wären.

Welche Typen von synthetischen Kraftstoffen gibt es?

Neben den bereits genannten synthetischen Kraftstoffen gibt es noch folgende Typen, die allerdings in der Mehrheit nicht sinnvoll sind, weil sie nicht umweltfreundlich genug hergestellt werden können:

XtL-Kraftstoffe (X-to-liquid):

Das sind flüssige Kraftstoffe mit ähnlichen Eigenschaften wie konventionelle Kraftstoffe. Entscheidet man sich für die Fischer-Tropsch-Synthese zur Herstellung, beginnt man mit der Produktion von Synthesegas, und anschließender Synthese von Kohlenwasserstoffen. Eine andere Möglichkeit ist das Bergius-Pier-Verfahren. Hier werden durch Destillation unter anderem Kraftstoffe ohne Stickstoff- und Schwefelverbindungen hergestellt, was den Schadstoffausstoß verringert. Der Herstellungsprozess ist allerdings energieaufwändig und verursacht relativ hohe CO2-Emissionen.

CtL-Kraftstoffe (coal-to-liquid):

Diese Version ist heutzutage keine Option mehr, denn der Kraftstoff wird aus Kohle hergestellt. Die Produktion ist außerdem aufwendig und verursacht einen enorm hohen Ausstoß an Schadstoffen.

BtL-Kraftstoffe (biomass-to-liquid):

Der Kraftstoff wird in diesem Verfahren aus Biomasse hergestellt. Pflanzliche Rückstände wie Stroh und Holzabfälle und nachwachsende Rohstoffe können dafür eingesetzt werden, weshalb der CO2-Ausstoß deutlich geringer ausfällt, als beim konventionellen Kraftstoff. Kritik gibt es aber am hohen Flächenbedarf und den hohen Produktionskosten. Man hat die Forschung hierzu nahezu eingestellt.

Herstellerseitig treibt Porsche die Entwicklung von synthetischen Kraftstoffen im VW-Konzern voran, und will beim Bau einer Pilotanlage für synthetischen Kraftstoff in Südamerika unterstützen. Der dort hergestellte Kraftstoff soll dann bei Porsche in einer Flotte auf Erprobungsfahrt gehen und solange weiterentwickelt werden, bis man ihn in Bestandsfahrzeugen einsetzen kann.