Synthetische Kraftstoffe: Sind E-Fuels eine umweltfreundliche Alternative zu Benzin?

16. September 2021 von

Die Forschung nach Alternativen zu Benzin und Diesel beschränken sich nicht auf Elektro. Seit einiger Zeit forscht man an sogenannten synthetischen Kraftstoffen, und auch die Autohersteller – allen voran Porsche – beteiligen sich mehr und mehr.

⏰  Kurz zusammengefasst

Aktuell müssen wir uns mit den aktuell möglichen Antriebsarten begnügen, wozu Verbrenner- und Elektromodelle gehören. Wir haben eine Mischung der top Modelle zusammengestellt:

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. Im Folgenden haben wir Antworten zu allen wichtigen Fragen für Sie zusammengestellt.

Hier finden Sie eine kurze Zusammenfassung aller wichtigen Daten zu synthetischen Kraftstoffen schon vorab:

Synthetische Kraftstoffe
Effizienz [%] 10-15
Emissionen
[g/100 km]
Reichweite [km] vergleichbar mit
aktuellen Verbrennern
Ladezeiten wenige Minuten
Kosten pro
100 km [€]
18*

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

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 noch einige Hürden zu nehmen.

Was versteht man unter synthetischen Treibstoffen?

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.

Wie wird synthetischer Kraftstoff hergestellt?

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.

In diesem Schaubild sehen Sie nochmal bildlich veranschaulicht die E-Fuel Produktion anhand des Beispiels der Herstellung von E-Diesel bei Audi:

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 – ein sehr schlechter Wert.

Ist synthetischer Kraftstoff erneuerbar und umweltfreundlich?

Ja, synthetische Kraftstoffe sind erneuerbar, aber ob sie umweltfreundlich sind, hängt davon ab, wie die Verfahren zu ihrer Herstellung ablaufen. Da für ihre Herstellung viel Energie benötigt wird, kann die Verwendung von Strom oder anderen Kraftstoffen aus nicht erneuerbaren Quellen den Sinn synthetischer Kraftstoffe zunichte machen.

Theoretisch würde das für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe verbrauchte CO2 der Menge entsprechen, die bei der Verbrennung von Kraftfahrzeugen in die Luft gepumpt wird, so dass sie CO2-neutral betrieben werden könnten.

Gibt es neue Autos, die mit synthetischem Kraftstoff fahren?

Derzeit kann man keine Autos kaufen, die ausschließlich mit synthetischen Kraftstoffen fahren – vor allem, weil die Kraftstoffe noch nicht auf dem Markt erhältlich sind. Die Hersteller arbeiten jedoch mit Hochdruck an der Entwicklung, wobei Porsche zu den Vorreitern gehört. Auch Mazda ist Teil einer “efuel alliance”, die an dieser Technologie arbeitet. Es könnte also sein, dass es nicht mehr allzu lange dauert, bis Sie Ihr neues Auto mit synthetischem Kraftstoff betanken können.

Kann mein Fahrzeug mit synthetischem Kraftstoff betrieben werden?

Synthetische Kraftstoffe sollen so weit entwickelt werden, dass sie in jedem Benzin- oder Dieselfahrzeug verwendet werden können, aber das ist noch Zukunftsmusik. In ihrer jetzigen Form müssten synthetische Kraftstoffe dem Benzin und Diesel beigemischt werden, ähnlich wie es bei Ethanol bereits der Fall ist. Es wird noch einige Zeit dauern, bis ein voller Tank mit reinem synthetischem Kraftstoff Realität ist.

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 aktuell noch als unwahrscheinlich. Die Entwicklung zielt eher auf den Transport, also den Einsatz in Schiffen und Flugzeugen, für die große Akkus nicht sinnvoll wären.

Wie effizient sind E-Fuels?

Momentan sind E-Fuels überhaupt nicht effizient. Der Wirkungsgrad schwankt zwischen 10 und 20 Prozent. Hier muss noch ein weitaus höherer Wert erreicht werden, damit sich die Herstellung auch finanziell lohnt und der Sprit am Ende auch bezahlbar ist.

Wird synthetischer Kraftstoff teuer sein?

Derzeit wäre synthetischer Kraftstoff sehr teuer, wenn Sie Ihr Auto an einer Tankstelle damit betanken könnten. Man schätzt, dass er etwa 5 Euro pro Liter kosten würde – fast viermal so viel wie Benzin und viel mehr als das Aufladen eines Elektroautos für die gleiche Reichweite.

Wie bei den meisten Dingen würden diese Kosten durch die Weiterentwicklung synthetischer Kraftstoffe sinken, aber man sollte nicht erwarten, dass dies in nächster Zeit geschieht.

Welche synthetischen Kraftstoffe gibt es?

Neben E-Fuels gibt es noch andere Arten synthetischer Kraftstoffe, 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.