Sven Geitmann - Alternative Kraftstoffe

Das Ziel der EU lautet weiterhin, bis zum Jahr 2020 einen Biokraftstoffanteil von 10 % am Kraftstoffmarkt zu erreichen.

Währenddessen entwickeln sich die konventionellen Fahrzeugkraftstoffe Benzin und Diesel ebenfalls weiter und passen ihre Eigenschaften an die veränderten politischen Rahmenbedingungen an. So wie vor Jahren das bleifreie Benzin Einzug in die Speicherbehälter der Tankstellen hielt, findet derzeit eine zunehmende Verdrängung des umweltschädlichen Schwefels statt. Seit dem 1. Januar 2003 sind an deutschen Tankstellen flächendeckend schwefelfreie Kraftstoffe (Diesel und Benzin) erhältlich, obwohl dies in der EU erst seit 2009 verbindlich vorgeschrieben war. Als schwefelfrei gelten Kraftstoffe mit einem Gehalt von weniger als 10 ppm (parts per million) Schwefel. Diese Spritsorten können mit allen Autotypen problemlos getankt und gefahren werden.

ABB. 13: ENTWICKLUNGEN IM STRASSENVERKEHR

[Links: NO x-Emissionen [kt/a]]; [Rechts: Fahrleistung [Mrd. km/a]]

Für die Umwelt sind mit schwefelfreien Brennstoffen deutliche Vorteile verbunden: Gegenüber schwefelhaltigen Kraftstoffen wird bei Katalysatorfahrzeugen eine Verringerung des Abgasausstoßes von Stickoxiden und flüchtigen Kohlenwasserstoffen um rund 40 % erzielt. Diese Emissionen sind mitverantwortlich für den Sommersmog, das Waldsterben, die Versauerung von Böden sowie die Verwitterung von Gebäuden und Denkmälern. Die Treibstoffe sind darüber hinaus eine Voraussetzung für den Einsatz sparsamer Motortechniken (z. B. für direkt einspritzende Benzinmotoren, Magerkonzept) sowie für Dieselrußfilter. Es gibt somit zahlreiche Ansätze, mit Hilfe neuer Techniken die Kraftstoffe zu modifizieren und dadurch deren Schadstoffausstoß zu reduzieren. Ebenfalls von Vorteil aus Sicht der Umwelt ist, dass trotz des Anstiegs der Fahrleistung zukünftig mit einem verminderten Kraftstoffbedarf gerechnet wird, weil der Verbrauch neuer Fahrzeuge in der Regel niedriger als bei Altfahrzeugen ist. Von Seiten der Mineralölindustrie wird erwartet, dass ein deutlicher Rückgang beim Benzinverbrauch innerhalb Deutschlands auftreten wird. Im Jahr 2020 wird der Verbrauch unter anderem wegen sparsamerer Motoren voraussichtlich um 40 % unter dem Verbrauch des Jahres 2000 liegen und nur noch 17 Mio. t betragen. Beim Dieselverbrauch wird ein Rückgang von 28,9 Mio. t auf 28 Mio. t erwartet. Insgesamt könnte der Mineralölverbrauch bis 2020 um 16 % sinken.

Bei der Analyse der vorangegangenen Verbrauchs- und Schadstoffdaten sowie der politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen kommt man nicht umhin zu fragen, wie die weitere Entwicklung aussehen wird. Dazu hier ein erster kurzer Ausblick auf die zukünftige Energieversorgung.

Der weltweite Energiebedarf wird voraussichtlich – abgesehen von kurzfristigen Schwankungen – weiter steigen. Es ist zu erwarten, dass er bis zum Jahr 2015 gegenüber dem Referenzjahr 1995 um über 50 % zunimmt. Wenn keine radikale Trendwende eintritt, wird der überwiegende Anteil davon weiterhin durch die Verbrennung fossiler Energieträger gedeckt werden. Damit verbunden wäre:

· eine weitere Reduzierung der natürlichen Vorkommen

· eine weitere Zunahme der Umweltbelastung

· eine weitere globale Klimaerwärmung

Dem kann am besten entgegengewirkt werden, indem Energie eingespart wird. Die Investitionen in effizientere Technologien sind in den vergangenen Jahren sprunghaft angestiegen, was der Umwelt zugute kommt. Die Hauptargumente für den Einsatz effizienterer Energietechniken sind dabei nicht nur ökologischer Natur, sondern auch ökonomische Gesichtspunkte, wie die Preisanstiege für Öl, Gas und Strom gezeigt haben.

Die große wirtschaftliche Bedeutung regenerativer Energieerzeugung und alternativer Kraftstoffe ist mittlerweile sowohl auf deutscher als auch auf europäischer Ebene erkannt worden. Das liegt nicht zuletzt daran, dass die Wirtschaft maßgeblich von dieser Entwicklung profitiert. Die Zahl der Arbeitsplätze im Bereich der erneuerbaren Energien ist deutlich gestiegen. Ende 2010 waren etwa 340.000 Menschen in diesem Wirtschaftszweig beschäftigt (s. auch Abb. 14).

In den konventionellen deutschen Wirtschaftsmärkten, die jahrzehntelang das industrielle Rückrad bildeten, geht es hingegen genau andersherum. Im Steinkohlebergbau waren 1990 rund 130.000 Menschen beschäftigt. Ende 2005 waren es nur noch 36.000. Bei den Energieversorgern wird ebenfalls fleißig entlassen, obwohl die Bilanzen so gut wie nie zuvor aussehen. Auch die Automobilindustrie steckt in der schwersten Krise ihrer Geschichte.

ABB. 14: VERGLEICH DER ARBEITSPLÄTZE IM ENERGIESEKTOR 2006 [ Arbeitsplätze in 1.000]

Zur kurzfristigen technischen Umsetzung einer nachhaltigen Strategie im Kfz-Sektor bieten sich grundsätzlich zwei Wege an:

1. Die eine Variante ist die Optimierung bereits vorhandener Techniken. Hierbei wird versucht, ausgereifte Technologien, die mittlerweile über 100 Jahre an Entwicklung hinter sich haben, so zu verbessern, dass der Wirkungsgrad noch weiter steigt und die Emissionen noch weiter sinken. Dies birgt jedoch gewisse Schwierigkeiten in sich, weil die Potentiale in vielen Bereichen schon sehr weit ausgereizt sind. Die Motoren- und Anlagentechnik stößt teilweise bereits an ihre Grenzen, so dass eine weitere Anhebung der Wirkungsgrade nur noch geringfügig möglich ist.

2. Die andere Variante ist die verstärkte Nutzung bisher noch nicht vollständig etablierter Energieträger (z. B. Biokraftstoffe, Erdgas, Flüssiggas, Wasserstoff und Strom). Die Technik für derartige Kraftstoffe ist bereits vorhanden, aber noch nicht so weit ausgereift wie bei Benzin und Dieselöl. Sie bietet jedoch die Möglichkeit, mit sofortiger Wirkung den Schadstoffausstoß zu verringern, weil selbst Erdgas umweltschonender verbrennt als Erdöl. Darüber hinaus werden auf diesem Weg die Mineralölvorkommen geschont, damit diese noch möglichst lange für andere (sinnvollere) Zwecke genutzt werden können.

Kurz- und mittelfristig (zwei bis zehn Jahre) steht die Etablierung dieser alternativen Energietechniken im Focus, wobei viele Hoffnungen auf die Biokraftstoffe der zweiten Generation gelegt werden. Flüssiggasautos können bereits heute als gut etabliert angesehen werden. Langfristig (10 bis 20 Jahre) steht die Einführung einer Strom- und Wasserstoffinfrastruktur an.

Im Zuge des Wandels der von den Menschen genutzten Brennstoffe ist ein gewisser Trend festzustellen:

→ weg vom Kohlenstoff

Wurden in früheren Zeiten über Jahrtausende hinweg Energieträger wie beispielsweise Holz und Kohle genutzt, die einen sehr hohen Kohlenstoffanteil aufweisen, verringerte sich dieser Anteil im Laufe der Zeit immer weiter:

· Erdöl enthält weniger Kohlenstoffatome als Kohle.

· Erdgas (Methan) wiederum besitzt weniger C-Atome als Öl.

Deswegen spricht man hier von einer fortschreitenden Entkarbonisierung oder auch Decarbonisierung .

Über die Jahrzehnte betrachtet reduzierte sich der gewichtsspezifische (gravimetrische) Anteil von Kohlenstoff in den Brennstoffen. Liegt der C-Anteil bei den konventionellen Kraftstoffen bei 84 Gramm pro Mol (Benzin) beziehungsweise bei 120g/mol (Diesel), liegt er bei den so genannten alternativen Kraftstoffen nur bei der Hälfte (Butan verglichen mit Benzin) beziehungsweise bei einem Zehntel (Methan verglichen mit Diesel). Im Gegenzug nahm der prozentuale Anteil von Wasserstoff stetig weiter zu, auch wenn der absolute Anteil abnahm (s.