Zusammenspiel aller Antriebsarten

Oft wird der Energieverlust bei der Herstellung beispielsweise von Wasserstoff aus grünem Strom als ein sogenannter Game-Stopper gegenüber der batterieelektrischen Mobilität angeführt. Allerdings müsse bedacht werden, sagt Prof. Michael Bargende (FKFS), dass zukünftig zum einen grüner Strom zwischengespeichert werden muss, um eine Versorgungssicherheit zu gewährleisten, und zum anderen Energieimporte in Form chemischer Energieträger erfolgen werden. "In beiden Fällen führt eine Rückverstromung zu derartigen Wirkungsgradverlusten, dass eine Direktverwendung die weit effizientere Lösung ist. Wenn wir von Wasserstoff zu E-Fuels übergehen, dann tritt - entgegen anderslautender Meinungen - praktisch kein Wirkungsgradverlust auf, weil die erheblichen Energieverluste beim Wasserstoff von der Produktion bis zum Fahrzeugtank zu berücksichtigen sind", bilanziert Bargende [3]. Demnach stellen synthetische Kraftstoffe eine nachhaltige Lösung dar, die keine neue weltweite Infrastruktur benötigt und nicht nur für die Bestandsfahrzeuge eine dringend notwendige CO₂-Reduktion gewährleistet, sondern auch ausschlaggebend sein wird für eine systemwichtige und nachhaltige Mobilität der Zukunft. Auch für die Fahrzeuge selbst ist der Unterschied wesentlich geringer als oft kolportiert, wenn die tatsächlichen Realfahrwirkungsgrade betrachtet werden und der heutige Stand der Technik zugrunde gelegt wird.

Das von der EU und dem Bundesland Bremen geförderte Elektrolyseur-Testfeld im Wasserstoff-Kompetenzzentrum Bremerhaven ist in diesem Zusammenhang beispielsweise ein wichtiger Technologieträger: "Die Anwendungsmöglichkeiten reichen", so die Initiatoren, "von der Verwendung zur Erzeugung synthetischer Kraftstoffe für Fahrzeuge, Methanersatz für die Gasheizung von Gebäuden und bis zum Ersatz fossiler Rohstoffe in der Industrie" [7]. Die Motivation der Partner der Initiative folgt dabei den Grundsätzen der Physik: "Sonne und Wind sind nicht jeden Tag in gleichem Maße verfügbar - eine Energieversorgung, die in zunehmendem Maße auf erneuerbare Energien setzt, benötigt ein Speichermedium, um die natürlichen Schwankungen ausgleichen und Überschüsse erhalten zu können: Wasserstoff als molekularer Energiespeicher, der durch Verbrennung wieder zu Energie wird, gilt als ein zentraler Baustein der Energiewende" [8]. Würde diese Kompetenz nun in Länder exportiert, die einen hohen Ertrag an Wind- und Sonnenenergie haben, dann könnte dies zum Schlüssel für künftige Primärenergieimporte werden und gleichzeitig den Technologiestandort Deutschland stärken.

Vor diesem Hintergrund ist das im Koalitionsvertrag der neuen Bundesregierung fixierte Ziel von "einer Million öffentlich zugängliche[n] Ladepunkte[n] bis 2030 mit Schwerpunkt auf Schnellladeinfrastruktur" [9] sowie "mindestens 15 Millionen vollelektrische[n] Pkw im Jahr 2030" [10] kritisch zu betrachten. Denn es setzt zum einen eine Infrastruktur voraus, die erst noch unter hohem Investitionsaufwand zu schaffen ist, impliziert einen zumindest fraglichen CO₂-Vorteil elektrischer Energieträger und unterstellt zum anderen eine hohe Bereitschaft zum Kauf batterieelektrischer Fahrzeuge, die selbst in einem stark regulierten Markt derzeit nicht zu erkennen ist. Da in Deutschland pro Jahr knapp 3 Millionen Neufahrzeuge zugelassen werden, hieße dies, dass rund 60 % der Verkäufe auf BEVs entfallen müssten, was auch dann nicht sehr realistisch erscheint, wenn der Fahrzeugbestand tatsächlich, wie teilweise prognostiziert, um knapp 4 % zunimmt. Aktuell sind hierzulande rund 517.000 BEVs und 494.000 PHEVs zugelassen, was einem Anteil von 0,64 beziehungsweise 0,58 % am Fahrzeugbestand entspricht (Stand Oktober 2021) [11]. Die EU prognostiziert einen Anteil von 20 % E-Pkw in 2030 in allen ihren Mitgliedsstaaten bei einem Marktanteil von FCEVs und BEVs von 50 %. Dabei ist oftmals unklar, ob die jeweiligen Urheber nun nur BEVs aufführen oder auch PHEVs und FCEVs miteinbeziehen. Diese Prognose scheint jedoch sehr optimistisch, da sie viele Unwägbarkeiten enthält. Selbst wenn sie eintrifft und gleichzeitig zur Energie- auch eine intermodal orientierte Verkehrswende vollzogen wird, befindet sich eine große Anzahl von Fahrzeugen im Markt, die gasförmige oder flüssige Energieträger benötigen, um funktionale und systemische Anforderungen zu erfüllen, die zwingend abgebildet werden müssen [12].

Eine dieser erwähnten Unwägbarkeiten in der Prognose ist die Menge des vor Ort zur Verfügung stehenden Stroms. Eine durchschnittliche Autobahnraststätte verfügt über rund zwölf Zapfsäulen. Bei einer Pumpenleistung pro Zapfsäule von 35 l/min liege, so Bargende, eine Tankleistung von 18 MW pro Zapfsäule vor. Nehme man demgegenüber eine Anschlussschlussleistung von 6 MW pro Ladepunkt an, dann benötige eine typische Autobahntankstelle mit rund zwölf Zapfsäulen 600 Schnellladepunkte mit 72 MW Anschlussleistung, um den heute üblichen Durchsatz an energieaufnehmenden Fahrzeugen annäherungsweise auch für schnellladende BEVs zu erreichen. Bargende: "Selbst, wenn wir von einem Energieverbrauchsunterschied zwischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, bezogen auf die Bestandsflotte, und BEVs um den Faktor 3 ausgehen, wird zu Spitzenzeiten immer noch eine elektrische Anschlussleistung von mindestens 50 bis 60 MW benötigt. Es ist schwer vorstellbar, dass dies realisierbar ist" [13, 14].

Wohl deshalb verspricht die deutsche Bundesregierung, dass "gemäß den Vorschlägen der Europäischen Kommission […] im Verkehrsbereich in Europa ab 2035 nur noch CO₂-neutrale Fahrzeuge zugelassen [werden]" und setzt sich "für die Verabschiedung einer ambitionierten und umsetzbaren Schadstoffnorm Euro 7 ein" [15]. Dies soll "technologieoffen" [16] ausgestaltet werden. Und hier kommen synthetische Kraftstoffe und Biokraftstoffe der neuesten Generation ins Spiel. Offensichtlich wurde nun erkannt, dass diese flüssigen oder gasförmigen Energieträger einen ebenso wichtigen Beitrag zur nachhaltigen CO₂-Senkung leisten können wie elektrische. An den Sweet-Spots dieser Welt mit nachhaltiger Energie produziert, werden sie als Blend oder in Reinform zur Verfügung stehen - und das nicht nur für den Fahrzeugaltbestand, sondern auch für neue Fahrzeuge. Mit synthetischem Diesel- und Ottokraftstoff oder Wasserstoff betriebene, thermodynamische Energiewandler wirken in der Gesamtbilanz Cradle-to-Cradle ebenso defossilisierend wie rein elektrische Antriebe. Laut Prof. Uwe Dieter Grebe (AVL) beträgt der klimarelevante Footprint über den gesamten Lebenszyklus mit heutigen Energieträgern und heutigem Energiemix 31 t CO₂ bei einem Mittelklasse-Pkw mit Verbrennungsmotor, 24 t bei einem BEV und 32 t bei einem FCEV. Kommen synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff sowie Strom aus nachhaltigen Quellen zum Einsatz, liegen die drei Antriebsarten nahezu gleich auf, selbst wenn für E-Fuels im Pkw nur eine begrenzte Verfügbarkeit angenommen wird [17].

Ausgehend von der Prämisse, dass sich die Diskussion derzeit an einem entscheidenden Wendepunkt befindet, gewinnt sie in ihrer Fokussierung auf die Klimawirksamkeit langsam an Reife und Struktur, zum Beispiel dadurch, dass die Vermischung von Klima- und Luftqualität aufgelöst wird. Aufgrund der zahlreichen vorliegenden Fakten zu den Auswirkungen moderner Energieträger und -wandler insgesamt, der nachweislichen Marktreife synthetischer Kraftstoffe sowie der Zukunftsfähigkeit moderner Verbrennungskraftmaschinen in Verbindung mit diesen nachhaltigen Kraftstoffen müsste das Potenzial hinsichtlich der Erreichung der Luftqualitätsziele auch unvoreingenommen für alle Antriebsarten bewertet werden, wie ein weiterführender Beitrag auf SP-Online zeigt [18].

Auch beim Thema Klimaschutz trifft wissenschaftliche Expertise auf eine gefährliche Melange: Politische Entscheidungsträger überhören sie, und in einer auf Entertainment ausgerichteten Medienwelt oder der Öffentlichkeit werden komplexe Erkenntnisse gern ignoriert. Gleichzeitig wird sich gern der Wissenschaft bedient, aber nur diejenigen Ergebnisse akzeptiert, die den jeweiligen Standpunkt untermauern. Nötig für erfolgreichen Klimaschutz ist aber eine systemische und technologieoffene Betrachtung von Energieträgern und -wandlern über die gesamte Wirkungskette. Nur so lassen sich die Potenziale für eine nachhaltige globale CO₂-Senkung gezielt heben. Die große Aufgabe von Wissenschaft, Politik, Industrie und Medien ist es, die Technologiediskussion als ein "Sowohl-als-auch" in Richtung Next Generation Engines in einem nachhaltigen Energiesystem zu gestalten und dies auch in der Gesellschaft zu verankern. Den aktuellen Entscheidungen in der EU und dem Programm der neuen Bundesregierung scheint zumindest die Erkenntnis innezuwohnen, dass nur eine zukunftsgerichtete Koexistenz aller nachhaltigen Energieträger und aller Energiewandler den CO₂-Ausstoß global dauerhaft zu senken hilft.