Was treibt uns an?
Lesezeit: ca. 20 Minuten Was treibt uns an? Noch sind Milliarden Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auf den Straßen unterwegs. Doch das Ende der fossilen Mobilität ist absehbar. In China, Indien, den Niederlanden und Irland werden bereits ab dem Jahr 2030 mit Rücksicht aufs Klima keine neuen Benzin- und Dieselfahrzeuge mehr zugelassen. Und da die konventionellen Ölquellen ihren Höhepunkt bereits überschritten haben, ist klar: früher oder später wird klassischen Verbrennungsmotoren der fossile Treibstoff ausgehen.
Aber was kommt danach? Was wird uns und das Automobil im Jahr 2025 bewegen? Und mit welchen Antrieben werden wir im Jahr 2050 unterwegs sein? Das erkunden wir auf einer Spritztour zu den vielversprechendsten alternativen Speichermedien und Antriebsarten.
STATION 1 – Im Labor für synthetische Brennstoffe
STATION 2 – Zwischenstopp beim Wasserstoff-Elektrolyseur
STATION 3 – Aufladen in der Akkufertigung
STATION 4 – Reality-Check im Stromnetz
STATION 5 – Stippvisite beim Handel
STATION 6 – Der Weg nach 2050
EPILOG – Auf der Beschleunigungsspur
STATION 2 – Zwischenstopp beim Wasserstoff-Elektrolyseur
STATION 3 – Aufladen in der Akkufertigung
STATION 4 – Reality-Check im Stromnetz
STATION 5 – Stippvisite beim Handel
STATION 6 – Der Weg nach 2050
EPILOG – Auf der Beschleunigungsspur
STATION 1Im Labor für synthetische Brennstoffe
„Mit E-Fuels bieten sich gigantische Perspektiven.“Tim Böltken, Geschäftsführer des Start-ups Ineratec
Wie wäre es, wenn man Benzin oder Diesel nicht aus fossilem Öl, sondern mit Wind- oder Solarkraft gewönne? Was klingt wie ein technischer Taschenspielertrick, ist das Versprechen der so genannten E-Fuels, die ihren Namen der Kombination aus „Fuel“ (für Kraftstoff“) und „E“ für Erneuerbare Energie verdanken. Zur Gewinnung von E-Fuels wird zunächst mithilfe von Strom Wasserstoff erzeugt und in der Raffinerie mit Kohlendioxid zu Gas, Diesel, Kerosin oder Benzin veredelt. Wird dabei grüner Strom und CO2 aus der Luft verwendet, ist der Herstellungsprozess komplett klimaneutral. Weil die chemischen Eigenschaften dieser synthetischen Brennstoffe sich in nichts von fossilen unterscheiden, lassen sie sich genauso tanken wie herkömmlicher Kraftstoff. Mit E-Fuels müssten weder die 46 Millionen Fahrzeuge auf deutschen Straßen noch die Tankinfrastruktur umgebaut werden, um klimaneutral unterwegs zu sein. Das ist die gute Nachricht.
Die weniger gute: Die E-Fuels-Gewinnung ist enorm energieaufwändig. Laut der Denkfabrik Agora Verkehrswende braucht ein batterieelektrisches Auto für 100 Kilometer Fahrleistung 15 Kilowattstunden Strom, ein mit Wasserstoff betriebenes Fahrzeug bereits 31 und ein mit E-Fuels betriebener Diesel oder Benziner sogar 103 Kilowattstunden. Ökologisch ergäbe das nur einen Sinn, wenn grüner Strom im Überfluss vorhanden wäre. Tatsächlich ist das Gegenteil der Fall. Von den deutschen Autoherstellern setzt mit Audi nur ein einziger auf synthetische Brennstoffe. Die Ingolstädter Marke betreibt im niedersächsischen Werlte eine kleine Anlage, in der mit Ökostrom synthetisches Gas hergestellt wird. Außerdem widmen sich Start-ups wie Ineratec und rund 20 Forschungsprojekte den Potentialen der E-Fuels. Bis die Bio-Kraftstoffe in nennenswerten Mengen Fahrzeuge antreiben werden, ist es noch ein weiter Weg.
„Man kann E-Fuels dem jetzigen fossilen Kraftstoff beimischen und hat damit sofort einen CO2-senkenden Effekt im gesamten Bestand – und nicht nur in den neu verkauften Fahrzeugen.“Volkmar Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung, Bosch GmbH
„In der Klimabilanz eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, das mit strombasierten Flüssigkraftstoffen betrieben wird, sind die Treibhausgasemissionen rund drei Mal so hoch wie die eines Batteriefahrzeugs mit 35 kWh.“Denkfabrik Agora Energiewende, „Klimabilanz von strombasierten Antrieben und Kraftstoffen“
STATION 2 – Zwischenstopp beim Wasserstoff-Elektrolyseur
STATION 2Zwischenstopp beim Wasserstoff-Elektrolyseur
„Wasserstoff eignet sich für Raketen, nicht für Autos.“ Elon Musk
Auf den ersten Blick scheint Wasserstoff ein idealer Energiespeicher. Das Element lässt sich CO2-neutral aus Wasser gewinnen, indem man überschüssigen Wind- oder Sonnenstrom nutzt („Power to Gas“), es verfügt über eine hohe Energiedichte, lässt sich schnell auftanken und „verbrennt“ in der Brennstoffzelle zu harmlosem Wasserdampf. Kein Wunder, dass die Kombination aus Wasserstoff und Brennstoffzelle vielen als erfolgversprechende Alternative zur Akku-Elektroantrieb-Kombi erscheint.
Wasserstoff habe das Zeug zum Klimaretter, meint Bundesforschungsministerin Anja Karliczek. „Der grüne, importierte Wasserstoff ist das Öl von morgen, allerdings ohne die schädlichen Folgen durch seine Verbrennung.“ Nach Vorstellungen der Bundesregierung solle Deutschland seinen Energiebedarf im Jahr 2050 zu über 50 Prozent aus importiertem Wasserstoff decken, den man in Australien und Afrika mittels Solarstrom gewinnen und nach Deutschland importieren müsste.Auf den zweiten Blick sehen die Aussichten für den Klimaretter jedoch zumindest kurzfristig weitaus trüber aus. Power to Gas-Anlagen sind so teuer, dass sich ihr kurzfristiger Betrieb bei Starkwind nicht lohnt. Drei Viertel der Energie gehen bei der Umwandlung verloren. Und dann sind da noch die Sicherheitsrisiken des explosiven Energieträgers, die im Juni 2019 schlagartig ins Bewusstsein gerückt wurden, als in der Nähe von Oslo eine Wasserstofftankstelle explodierte.
„Bis heute haben wir dank der geringen Zahl an Fahrzeugen noch keine verheerenden Unfälle gesehen“, sagt der Wasserstoff-Experte Prof. Maximilian Fichtner. „Würde der 700 bar-Tank eines Brennstoffzellen-PKW’s aber massiv – zum Beispiel bei einem LKW-Crash – beschädigt, könnte die Explosion Umkreis von 50 Metern alle Menschen töten oder schwer verletzen.“
Ganz anders ist es bei stationären Wasserstoff-Brennstoffzellen-Anlagen. In Japan entlasten Hundertausende dezentraler Brennstoffzellen das Stromnetz und produzieren gleichzeitig Wärme; auch als Energiequelle für Industrieanlagen macht Wasserstoff Sinn. Als mobiler Energiespeicher für PKW’s aber ist das Element noch zu teuer, ineffizient und in puncto Infrastruktur und Sicherheit unausgereift.
Ganz anders ist es bei stationären Wasserstoff-Brennstoffzellen-Anlagen. In Japan entlasten Hundertausende dezentraler Brennstoffzellen das Stromnetz und produzieren gleichzeitig Wärme; auch als Energiequelle für Industrieanlagen macht Wasserstoff Sinn. Als mobiler Energiespeicher für PKW’s aber ist das Element noch zu teuer, ineffizient und in puncto Infrastruktur und Sicherheit unausgereift.
„Für die Ölindustrie ergibt Wasserstoff als Fahrzeug-Energiespeicher durchaus Sinn, denn er ist quasi eine Line Extension für sie. Die „Wasserstoffökonomie“ ist nicht Anderes als die „Fossile Brennstoffe-Ökonomie“ mit einem grünen Schimmer.“ Tony Seba, Silicon Valley-Investor und Solarvisionär
„Wasserstoff ist ein ungedecktes Versprechen auf die Zukunft.“ Volker Quaschning, Professor für regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
STATION 3 – Aufladen in der Akkufertigung
STATION 3Aufladen in der Akkufertigung
„Das Tempo, in der die Batteriekosten sinken, ist ein entscheidender Faktor für Energiemärkte wie auch für E-Mobilität. Wir gehen davon aus, dass der Anteil der Elektrizität am Energieverbrauch – heute nur halb so hoch wie jener von Öl – diesen bis 2040 überholen wird.“ „World Energy Outlook 2019“, Internationale Energie Agentur (IEA)
Mit einem Elektroauto 40 Mal die Erde umrunden? In Zeiten, in denen mancher E-Fahrzeug-Besitzer schon froh ist, mit seinem E-Mobil auf längerer Strecke nicht liegenzubleiben, klingt das utopisch. Doch tatsächlich hat Jeff Dahn, Batterieforschungspartner von Tesla, vor wenigen Monaten eine Batteriezelle vorgestellt, die eine Million Meilen und damit 40 Erdumrundungen überstehen soll. Bereits heute erreichen Teslas Flottenfahrzeuge Laufleistungen von mehr als 500.000 Kilometern – und damit eine immer bessere Klimabilanz. Und das ist nicht die einzige gute Nachricht für den E-Antrieb: Fast alle namhaften Hersteller setzen derzeit auf die Kombination von Akku und Elektromotor. Volkswagen will 2030 jedes zweite Fahrzeug mit einem Batterieantrieb verkaufen, das wären auf heutiger Basis mehr als fünf Millionen E-Mobile jährlich.„Bei Elektroantrieben stehen wir heute da, wo wir beim Verbrennungsmotor etwa im Jahr 1900 waren“ meint Holger Sagkob, Automobilexperte bei MHP.Sobald Elektromobilität einmal Fahrt aufnehme, werde sie sich ähnlich schnell durchsetzen wie es in den vergangenen Jahrzehnten der Mobilfunk tat, meint Sagkob. Mobilität mit Akku und Elektromotor verfügt nicht nur über hohe Wirkungsgrade, sondern auch über einen wesentlichen Nebenvorteil: Ans intelligente Stromnetz angeschlossen, könnten E-Fahrzeuge als Regelenergiespeicher fürs Stromnetz dienen. In ihren Akkus ließe sich überschüssiger Wind- oder Sonnenstrom speichern – und wieder abrufen, wenn im Netz Bedarf herrscht. Elektrische Mobilität kann so helfen, die Energieversorgung im Zeitalter von grünem Strom zu stabilisieren.
„Im Jahr 2030 werden 100 % der Fahrzeuge elektrisch und mit Strom aus Sonne und Wind unterwegs sein.“ Tony Seba, Silicon Valley-Investor und Solarvisionär
„Die Zeit arbeitet für Elektrobatterien als Energiespeicher: Ihre Performance wird immer besser, und die Preise sinken jedes Jahr um 12-15 Prozent.“ Maximilian Fichtner, Professor für Festkörperchemie an der Universität Ulm
STATION 4 – Stippvisite beim Handel
STATION 4Stippvisite beim Handel
„Für größere Fahrzeuge mit höherem Reichweitenbedarf wie auch für Nutzfahrzeuge wird die Wasserstoff-Brennstoffzelle deutlich an Bedeutung gewinnen.“ Alain Uyttenhoven, Deutschlandchef Toyota
Wie stehen die Hersteller zur Batterie-Alternative Wasserstoff? Für sie galten Wasserstoff und Brennstoffzelle vor zwei Dutzend Jahren noch als die Antriebskombination der Zukunft. Alle führenden Automobilhersteller betrieben damals eigene Forschungszentren zur Entwicklung von Brennstoffzellenfahrzeugen. Heute setzen alle auf Elektromobilität – und die einstige H2-Euphorie ist verflogen wie ein besonders flüchtiges Gas. Eine der wenigen Ausnahmen ist Toyota. Der japanische Automobilriese fährt zweigleisig und setzt auf batteriebetriebene Elektroautos für die Kurzstrecke und Wasserstoffantriebe für die Langstrecke. „Bis zum Durchbruch von Brennstoffzellenfahrzeugen werden wohl noch zehn, zwanzig oder vielleicht noch mehr Jahre vergehen“, so Toyota-Entwicklungschef Yoshikazu Tanaka. Allerdings hat diese Strategie ihren Preis. „Brennstoffzelle plus Batterie kosten aktuell 15.000 bis 20.000 Euro pro Fahrzeug“, sagt Automotive-Experte Dr. Jürgen Weber, „das rechnet sich weder für Toyota noch für sonst jemanden.“ Der Mirai, Toyotas Brennstoffzellenfahrzeug, ist aktuell für rund 80.000 Euro zu haben – ein Liebhaberpreis, der dennoch nicht einmal seine Herstellungskosten deckt.
Allerdings kann sich Toyota genau wie 1997 mit der Premiere des Hybridfahrzeugs Prius wieder einmal als Pionier der Automobilbranche präsentieren. Damals wurden die Japaner noch weithin belächelt. Seither aber haben sie mehr als acht Millionen Hybridautos verkauft. Wer weiß, ob sich dieser Effekt bei Brennstoffzellenfahrzeugen wiederholt? Die japanische Regierung will bis 2030 etwa 800.000 Brennstoffzellenautos auf die Straße bringen. Südkorea strebt ein Ziel von 630.000 Fahrzeugen mit Wasserstoff im Tank an.
STATION 5 – Reality-Check im Stromnetz
STATION 5Reality-Check im Stromnetz
„Der stockende Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland ist eine Katastrophe. Wir müssen schleunigst einen gesellschaftlichen Konsens finden: Es kann nicht sein, dass wir eines Tages unsere Kinder grillen, weil heute einige von uns keine Windräder vor ihrer Haustür mögen.“Volker Quaschning, Professor für regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
Kurzfristig haben in der Konkurrenz der Antriebe Elektrofahrzeuge eindeutig den Kühler vorn. Wie sieht es aber auf der Langstrecke aus? Auf Sicht wird sich die Frage der Energiespeicher und Antriebsarten entlang dreier Leitplanken bewegen: Woher stammt die Energie? Was kostet sie? Und unter welchen politischen Vorzeichen wird sie produziert?
Denn die Energie, die in Tanks oder Batterien gespeichert wird, muss zunächst einmal erzeugt werden. Erneuerbare Energien aber werden in den Jahrzehnten bis 2050, in denen auch Industrie, Landwirtschaft und Immobilien auf Klimaneutralität umstellen, extrem knapp sein. „Aktuell verbraucht der Straßenverkehr in Deutschland etwa 770 Terawattstunden Energie im Jahr. Mit effizienter Elektromobilität könnten wir diesen Bedarf auf 150 Terawattstunden senken. Mit Wasserstoff hingegen stiege der Energiebedarf auf 1.000 Terawattstunden (TWh) pro Jahr. Mit E-Fuels läge er bei etwa 1.500 TWh – wir würden also noch mehr Energie als heute verbrauchen“, sagt Prof. Maximilian Fichtner.
Der hohe Energiebedarf spricht zunächst einmal eindeutig gegen die energieintensiven E-Fuels und Wasserstoff als Kraftstoffe.
STATION 6 – Der Weg nach 2050
STATION 6Der Weg nach 2050
„Man muss Wasserstoff dort einsetzen, wo er Sinn ergibt: im Schwerlastverkehr, in der Industrie, vielleicht sogar im Flugverkehr.“Maximilian Fichtner, Professor für Festkörperchemie an der Universität Ulm
Dennoch könnten E-Fuels und vor allem Wasserstoff in den nächsten Jahrzehnten eine neue Chance bekommen. Wenn CO2-Preise und Einsparziele in den Jahren nach 2030 ansteigen, könnte H2 als Energiespeicher für Kraftfahrzeuge vermehrt in den Fokus rücken. Denn weil ein Wasserstofftank deutlich mehr Energie fasst als der Akku eines E-Mobils, wäre Wasserstoff der ideale Energiespeicher für Langstreckenfahrer und Güterverkehr. Mit steigenden Stückzahlen könnte man sogar die hohen Kosten in den Griff bekommen: Studien zeigen, dass bei einer Produktionsmenge von 100.000 Einheiten Kostensenkungen um bis zu 85 Prozent erreichbar wären.
Ob das gelingt, hängt von zahlreichen Variablen ab. Entsprechend uneinig sind sich Experten, was die Chancen der einzelnen Antriebsarten betrifft. Nur bei einem sind sie sich einig: fossile Brennstoffe haben keine Zukunft.
EPILOG – Auf der Beschleunigungsspur
EPILOGAuf der Beschleunigungsspur
„Der Wasserstoff macht mich sicher, dass die Brennstoffzelle in den nächsten zehn Jahren keine Rolle spielen wird.“Herbert Diess, Vorstandsvorsitzender Volkswagen
Wie werden wir also künftig unterwegs sein? Das Jahrzehnt vor uns wird mit hoher Wahrscheinlichkeit das Jahrzehnt der Elektromobilität. Auf diesem Weg werden wir aber auch feststellen, dass sich Akku und E-Antrieb nicht für alle Fahrzeuge und Nutzungsarten eignen. Dass wir für Lastwagen, Langstreckenfahrten, Dieselloks und Flugzeuge neue Energien brauchen. Und dass sich nur mit Batterie und Elektroantrieb die Klimaschutzziele für 2030 im Verkehrssektor (40-42 Prozent Reduktion gegenüber 1990) nicht erreichen lassen.Gut möglich also, dass Wasserstoff und E-Fuel in einigen Jahren eine Renaissance erleben. Vieles wird davon abhängen, wie schnell wir Wind-, Sonnen- und Wasserkraftkapazitäten ausbauen. Sollte grüner Strom im Überfluss verfügbar sein, würden Wasserstoff und E-Fuel als Speichermedien schlagartig interessant – zum Beispiel für Güterverkehr, Eisenbahnen und die Luftfahrt, für die Batteriespeicher auf absehbare Zeit eine (noch) viel zu geringe Energiedichte aufweisen.
Die Frage, was unsere individuelle Mobilität antreibt, ist daher vor allem die Frage nach unserer künftigen Energieform – und ob wir mit aller Energie für sie arbeiten.
Maximilian Fichtner, Professor für Festkörperchemie an der Universität Ulm
Dr. Jürgen Weber, Automotive-Experte, MHP
Volker Quaschning, Professor für regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
Dr. Carl-Friedrich Elmer, Projektleiter Verkehrsökonomie bei der Agora Verkehrswende
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Was treibt uns an?
Im Labor für synthetische Brennstoffe
„Mit E-Fuels bieten sich gigantische Perspektiven.“
„Man kann E-Fuels dem jetzigen fossilen Kraftstoff beimischen und hat damit sofort einen CO2-senkenden Effekt im gesamten Bestand – und nicht nur in den neu verkauften Fahrzeugen.“
Zwischenbilanz E-Fuels
Zwischenstopp beim Wasserstoff-Elektrolyseur
„Wasserstoff eignet sich für Raketen, nicht für Autos.“
POWER TO GAS
„Für die Ölindustrie ergibt Wasserstoff als Fahrzeug-Energiespeicher durchaus Sinn, denn er ist quasi eine Line Extension für sie. Die „Wasserstoffökonomie“ ist nicht Anderes als die „Fossile Brennstoffe-Ökonomie“ mit einem grünen Schimmer.“
„Wasserstoff ist ein ungedecktes Versprechen auf die Zukunft.“
Zwischenbilanz Wasserstoff
Aufladen in der Akkufertigung
„Das Tempo, in der die Batteriekosten sinken, ist ein entscheidender Faktor für Energiemärkte wie auch für E-Mobilität. Wir gehen davon aus, dass der Anteil der Elektrizität am Energieverbrauch – heute nur halb so hoch wie jener von Öl – diesen bis 2040 überholen wird.“
„Im Jahr 2030 werden 100 % der Fahrzeuge elektrisch und mit Strom aus Sonne und Wind unterwegs sein.“
„Die Zeit arbeitet für Elektrobatterien als Energiespeicher: Ihre Performance wird immer besser, und die Preise sinken jedes Jahr um 12-15 Prozent.“
Zwischenbilanz Batteriespeicher
Stippvisite beim Handel
Wer weiß, ob sich dieser Effekt bei Brennstoffzellenfahrzeugen wiederholt? Die japanische Regierung will bis 2030 etwa 800.000 Brennstoffzellenautos auf die Straße bringen. Südkorea strebt ein Ziel von 630.000 Fahrzeugen mit Wasserstoff im Tank an.
Reality-Check im Stromnetz
„Der stockende Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland ist eine Katastrophe. Wir müssen schleunigst einen gesellschaftlichen Konsens finden: Es kann nicht sein, dass wir eines Tages unsere Kinder grillen, weil heute einige von uns keine Windräder vor ihrer Haustür mögen.“
Woher stammt die Energie? Was kostet sie? Und unter welchen politischen Vorzeichen wird sie produziert?
Der hohe Energiebedarf spricht zunächst einmal eindeutig gegen die energieintensiven E-Fuels und Wasserstoff als Kraftstoffe.
Der Weg nach 2050
Ob das gelingt, hängt von zahlreichen Variablen ab. Entsprechend uneinig sind sich Experten, was die Chancen der einzelnen Antriebsarten betrifft. Nur bei einem sind sie sich einig: fossile Brennstoffe haben keine Zukunft.
Prognose Maximilian Fichtner
Prognose Dr. Jürgen Weber
Prognose Volker Quaschning
Prognose Dr. Carl-Friedrich Elmer
Auf der Beschleunigungsspur
„Der Wasserstoff macht mich sicher, dass die Brennstoffzelle in den nächsten zehn Jahren keine Rolle spielen wird.“
Die Frage, was unsere individuelle Mobilität antreibt, ist daher vor allem die Frage nach unserer künftigen Energieform – und ob wir mit aller Energie für sie arbeiten.
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