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Synthetische Kraftstoffe: Elektrolyse für das Klima-Benzin

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Wasserstoff als Benzin-Alternative Wenn nur die Stromkosten nicht wären

Künstliche Kraftstoffe auf Wasserstoff-Basis sollen emissionsfrei sein - und die Zukunft des Verbrennungsmotors. Doch die Idee vom klimafreundlichen Sprit hat einen entscheidenden Haken.

Benzin, Diesel und Kerosin sind das Produkt Jahrmillionen dauernder natürlicher Prozesse. Aber ihr Einsatz in Verbrennungsmotoren belastet die Umwelt. Doch es geht nicht nur viel, viel schneller in der Herstellung, sondern auch umweltverträglicher, behaupten Experten: mit synthetischen Kraftstoffen. Sie könnten dem Verbrennungsmotor eine Zukunft geben - zumindest in Verkehrsmitteln, in denen Elektroantriebe überfordert sind: in Flugzeugen, Schiffen und zum Teil auch in Lastwagen.

Synthetische Kraftstoffe lassen sich mit dem sogenannten Fischer-Tropsch-Verfahren aus Wasserstoff und Kohlendioxid herstellen. So entsteht künstliches Rohöl, es kann zu vielerlei flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeitet werden. Da bei ihrer Verbrennung nur so viel Kohlendioxid freigesetzt wird, wie bei optimaler Produktion gebunden worden ist, gelten sie als klimaneutral.

Und das könnte den Verkehrsbereich in Deutschland umweltfreundlicher machen - hier hinkt Deutschland seinen Klimaschutzzielen besonders weit hinterher. Denn es ist laut Umweltbundesamt der einzige Bereich, in dem die C02-Emissionen seit 1990 gestiegen sind.

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Projekt "Solar-Jet": Treibstoff aus dem Labor

Foto: Solar-Jet/ ETH Zürich/ DLR

Doch wo soll der Wasserstoff herkommen? Bislang wird er meist aus Erdgas erzeugt - umweltfreundlich ist das nicht. Anders sieht es aus, wenn er per Elektrolyse produziert wird: Dabei wird Wasser unter Strom gesetzt, sodass sich die Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff löst. Wird dafür Ökostrom eingesetzt, ist der Wasserstoff C02-neutral.

Wenn da nur nicht die Verluste wären: Nach Angaben des Öko-Instituts, das sich als private Forschungseinrichtung mit Umweltschutzthemen beschäftigt, liegt der Wirkungsgrad konventioneller Elektrolyse-Anlagen bei rund 70 Prozent. Wird der Wasserstoff zu Kraftstoff weiterverarbeitet, sinkt der Wirkungsgrad weiter auf insgesamt etwa fünfzig Prozent. Rund die Hälfte der eingesetzten Energie geht also verloren.

Völlig unrealistisches Konzept

Die Ineffizienz wäre zu verschmerzen, wenn für die Elektrolyse ausschließlich Ökostrom genutzt würde, für den es keine andere Verwendung gibt. Denn schon heute müssen Windräder immer wieder abgeregelt werden, weil Stromnetze die Energie nicht aufnehmen können. Statt auf die Energie zu verzichten, könnte damit Wasserstoff produziert werden.

Dieses Konzept ist jedoch völlig unrealistisch, meint Ulf Bossel, einst Gründer der renommierten Konferenz European Fuel Cell Forum und heute vehementer Kritiker der Wasserstoffwirtschaft. "Wegen der hohen Investitionskosten müssen Elektrolyse-Anlagen jährlich mindestens 4000 Stunden laufen, um wirtschaftlich betrieben werden zu können", sagt der Experte. Abgeregelt werden Windräder jedoch nur wenige Stunden im Jahr.

Trotz des weiteren Ausbaus der Windenergie wird sich das nicht wesentlich ändern, sagt Bossel. Auch, weil die Elektrolyse mit anderen Ansätzen konkurriert, die das Abregeln der Windräder vermeiden sollen: mit dem Netzausbau zum Beispiel oder der Installation von Stromspeichern.

Ökostrom made in Germany reicht nicht aus

Soll Wasserstoff tatsächlich die Klimabelastung durch den Verkehr in nennenswertem Umfang reduzieren, sind dafür Strommengen nötig, die selbst alle denkbaren Kapazitäten der Windräder und Solaranlagen in Deutschland weit übersteigen. Das zeigt eine Studie des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES).

Danach werden 2050 allein mehr als 500 Terawattstunden Strom benötigt, um so viel Wasserstoff für Fischer-Tropsch-Anlagen zu produzieren, dass der heimische Flug- und Schiffsverkehr auf klimaneutrale, synthetische Kraftstoffe umgestellt werden kann. Das entspricht etwa dem gesamten heutigen Stromverbrauch der Bundesrepublik.

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Synthetische Kraftstoffe: Elektrolyse für das Klima-Benzin

Foto: DLR/ Thomas Ernsting

Diese Mengen in Deutschland zu produzieren ist unmöglich, sagt Norman Gerhardt vom IWES. "Das würde sowohl an den Kosten als auch an der Akzeptanz der dafür nötigen Windräder und Solaranlagen scheitern", sagt der Wissenschaftler.

Gerhardt schlägt deshalb vor, die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen in Länder zu verlagern, die Ökostrom in großen Mengen zu günstigen Preisen erzeugen können. "Marokko zum Beispiel bietet dafür sehr gute Voraussetzungen", sagt Gerhardt. Dazu müssten dort Windräder und Solaranlagen errichtet werden, die ausschließlich Strom für die Elektrolyseure produzieren, wie die Elektrolyse-Anlagen auch genannt werden.

Importe schaffen neue Probleme

Dem Klimaschutz wäre damit auf jeden Fall gedient. Doch eine andere Vision der erneuerbaren Energien bliebe auf der Strecke: die der Unabhängigkeit von Energieimporten. Statt von Ölstaaten wäre Deutschland dann von sonnen- und windreichen, politisch nicht immer stabilen Ländern abhängig.

Peter Kasten vom Öko-Institut sieht bei diesem Modell aber noch weitere Probleme. "Dafür werden riesige Flächen benötigt, die dann nicht mehr zur Verfügung stehen, um Strom für die Bevölkerung zu erzeugen. Das ist heikel, weil in vielen der infrage kommenden Regionen Stromarmut herrscht", sagt der Experte.

Auch der hohe Wasserbedarf der Elektrolyse-Anlagen ist mancherorts ein Problem. "Man müsste dort Anlagen für die Meerwasserentsalzung errichten, die aber nicht den Einheimischen, sondern der Produktion von Kraftstoffen für Europa zugute kommen. Ist das akzeptabel? Gibt es die Akzeptanz vor Ort? Und wie erreicht man die?", fragt Kasten.

Sein Fazit: "Solange man solche Fragen ausklammert, kann man den Beitrag von Wasserstoff zum Klimaschutz im Verkehr nicht seriös bewerten."

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