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Grüne Kraftstoffe Eine Alternative für Verbrennungsmotoren?

Deutschland will bis 2050 klimaneutral sein. Im Klartext heißt das auch: Es muss bis dahin Kraftstoffe geben, die das Klima nicht belasten. Denn nicht jedes Verkehrsmittel kann schon in den nächsten Jahren auf einen Verbrennungsmotor verzichten.

Von: Hellmuth Nordwig

Stand: 23.06.2021

Deutschland bekennt sich zu den im Pariser Klimaschutzabkommen vereinbarten Zielen und will bis 2050 klimaneutral sein. Dafür muss sich auch bei Verkehrsmitteln etwas ändern. Bei PKW ist das Problem kleiner als bei LKW, Schiffen oder Flugzeugen. Denn Pkw können statt mit Kraftstoff auch mit einem batteriebetriebenen Motor fahren, der keine klimaschädlichen Gase ausstößt. LKW, Schiffe und Flugzeuge werden hingegen noch für längere Zeit auf einen Verbrennungsmotor angewiesen sein. Zu groß sei beispielsweise bei LKW der Verlust an Ladevermögen, wenn man sie mit einer Batterie ausstatte, sagt Kurt Wagemann, Geschäftsführer der Chemie-Fachgesellschaft DECHEMA, die sich auch mit klimafreundlicher Mobilität beschäftigt.

Wenn die Energiewende gelingen soll, müssen andere Treibstoffe auf den Markt kommen. Und zwar solche, die klimaneutral hergestellt werden können. Von den sogenannten "grünen Kraftstoffen" gibt es zwei Sorten: Solche aus biologischen Rohstoffen und andere, die chemisch erzeugt werden.

Wie die Herstellung von Kraftstoffen aus Biomasse funktioniert

Kraftstoffe aus biologischen Rohstoffen, das sind zum Beispiel Kraftstoffe aus Rindenstücken, Schweinegülle-Pellets und Abfallprodukte aus der Bier- und Lederherstellung wie sogenannte Biertreben und Leimleder.

Robert Daschner forscht mit seinem Team am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) in einer Laborhalle im oberpfälzischen Sulzbach-Rosenberg mit genau diesen Rohstoffen an der Entwicklung von grünen Kraftstoffen. Und mithilfe eines speziellen Verfahrens kann er bereits solche Kraftstoffe herstellen. Dafür sind zwei Schritte notwendig: Erst muss das Biomaterial unter Sauerstoffabschluss hocherhitzt werden. Dabei entsteht Kohle und Dampf.

In einem weiteren Schritt leiten die Wissenschaftler den entstandenen Dampf über die Kohle. Dabei entsteht neben dem sogenannten Synthesegas und der Kohle auch ein Öl. Aus diesem können Daschner und seine Kollegen schließlich den "grünen" Benzin- oder Dieselkraftstoff gewinnen, wenn sie das Öl noch mit Wasserstoff umsetzen und danach destillieren. Die Qualität des Kraftstoffs, die dabei herauskommt, entspricht der an einer Tankstelle

Der entscheidende Unterschied: Kraftstoffe aus biogenen Reststoffen

Kraftstoffe aus Biomasse sind eigentlich nicht neu. Schon seit 2009 darf Dieselkraftstoff bis zu sieben Prozent Biodiesel enthalten. Und für Ottomotoren gibt es "Super E10" mit einem Zehntel Bioethanol. Der Nachteil dieser Kraftstoffe: Biodiesel stammt aus Raps oder Soja, Bioethanol aus Zucker oder Getreide - alles Pflanzen, die man genauso gut essen könnte.

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Bei den Forschungen in der Oberpfalz handelt es sich hingegen um die Herstellung von Kraftstoffen aus sogenannten "biogenen Reststoffen", wie Daschner die Rohstoffe nennt. "Man spricht da bei den biogenen Reststoffen von 'Eh da-Potenzialen', sagt er, weil diese Biomasse oder diese Einsatzstoffe "eh da" seien und als Reststoff "sowieso" anfielen. Bei Einsatzstoffen, die man hingegen nur anbaue, um sie energetisch zu verwerten, da seien zwar durchaus auch "sehr klimareduzierte Produkte möglich", sagt Deschner, aber da müsse man immer sehr genau hinschauen.

Klärschlamm, altes Speiseöl, altes Fett - Treibstoffe für Flugzeuge und Schiffe

Biogene Reststoffe, aus denen Daschner und sein Team Kraftstoffe herstellen können, sind zum Beispiel auch Klärschlamm oder altes Speiseöl und altes Fett. Das alte Fett eignet sich sogar als Kerosin-Ersatz. "Das hat wirklich die Qualitäten vom fossilen Pendant, und man kann das eins zu eins einsetzen", schwärmt der Forscher.

Auch für die Ozeanriesen, die mit ihrem meist mit Schweröl betriebenen Motoren nicht nur Klimaschützern ein Dorn im Auge sind, gibt es ähnliche Forschungen, wie Bert Buchholz, Spezialist für Schiffsmotoren an der Universität Rostock, erklärt:

"Zum einen werden zum Beispiel aus Blättern, Laubabfällen, aber auch Holzabfällen, Grünschnitt und anderen Abfall-Biomassen - unter anderem auch Stroh - Öle erzeugt. Und diese werden dann zusammen mit Bioalkohol, der auch wiederum aus Abfall-Biomasse erzeugt wird, verestert. Und diese einfachen Ester sollen dann eine Zumischkomponente für heute im Markt befindliche Schiffskraftstoffe sein."

Bert Buchholz, Professor am Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren an der Universität Rostock und Spezialist für Schiffsmotoren

Ein weiterer Vorteil der Biokraftstoffe ist: Sie sind laut Experte Buchholz "weitgehend kompatibel" zu den bestehenden Kraftstoffen und könnten damit auch für die Motoren bereitgestellt werden. Andernfalls könnten die Biokraftstoffe diese "Brückenfunktion nicht erfüllen, wenn erst noch aufwendige Umkonstruktionen am Motor notwendig wären", sagt Buchholz.

Das Problem der Biokraftstoffe: zu wenig Biomasse

Von einer "Brückenfunktion" der Biokraftstoffe spricht der Experte für Schiffsmotoren Bert Buchholz deshalb, weil es nicht genug altes Frittierfett und andere Bioabfälle gibt, um damit den Luft- und Seeverkehr und womöglich auch noch Lkw in Zukunft anzutreiben.

"Es geht also vielmehr darum, die kurzfristig verfügbaren Biomasse-Potenziale zu heben und kurzfristig eine CO2-Reduzierung in der Schifffahrt erreichen zu können, bevor dann in zehn bis fünfzehn Jahren diese Biomasse-Kraftstoffe nochmal ganz erheblich durch E-Fuels ergänzt werden, die dann erst eine endgültige Ablösung von fossilen Kraftstoffen in der Schifffahrt ermöglichen werden."

Bert Buchholz, Universität Rostock

E-Fuels - die synthetisch hergestellten Biokraftstoffe

E-Fuels sind Treibstoffe, die nicht auf Erdöl basieren, sondern in Industrieanlagen gewonnen werden. E-Fuels werden mithilfe regenerativ erzeugter Energie hergestellt. Die Ausgangsmaterialien, mit denen die Kraftstoffe künstlich hergestellt werden können, sind: Wasserstoff aus regenerativem Strom, CO2, Methanol und Synthesegas.

Bis jetzt gibt es aber weder die für die Herstellung der E-Fuels notwendigen großen Elektrolyseanlagen noch ausreichend grünen Strom, der unter anderem für die Herstellung des Wasserstoffs nötig ist. Und eine leicht zugängliche und zugleich nachhaltige Kohlenstoffquelle, die für die Herstellung der synthetischen Biokraftstoffe ebenfalls gebraucht wird, ist meist ebenso wenig vorhanden. Außerdem sind die synthetischen Kraftstoffe teuer und ihre Energiebilanz ist - verglichen mit anderen Antriebsformen - miserabel. So braucht ein mit synthetischem Kraftstoff laufender Motor auf einer Entfernung von 100 Kilometern sechs bis siebenmal mehr regenerativen Strom als ein batteriebetriebenes Fahrzeug.

Fazit: Biokraftstoffe noch nicht wettbewerbsfähig

Experten gehen deshalb davon aus, dass Mitte dieses Jahrhunderts die Motoren von Lkw, Schiffen und Flugzeugen weitgehend mit CO2-neutralen Kraftstoffen laufen werden, um klimaneutral betrieben werden zu können. Für normale PKW werden grüne Kraftstoffe hingegen kaum eine Rolle spielen. Für sie reicht der Elektroantrieb aus regenerativer Energie, der auch klimaneutral ist.


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