RWTH-Exzellenzcluster „The Fuel Science Center“: Wie Autos jetzt schon klimaneutral fahren könnten

RWTH-Exzellenzcluster „The Fuel Science Center“ : Wie Autos jetzt schon klimaneutral fahren könnten

Das RWTH-Exzellenzcluster „The Fuel Science Center“ erforscht neuartige, CO2-neutrale Kraftstoffe für eine effizientere Verbrennung. Die Wissenschaftler aus mehr als 25 Instituten und Forschungseinrichtungen möchten nicht weniger als den Verbrennungsmotor revolutionieren. Doch Fans und Gegner streiten über das Potenzial.

In der Schinkelstraße 8 in Aachen geben sich Vergangenheit und Zukunft der Mobilität die Hand. „Fuel Design Center“ steht in großen weißen Buchstaben über dem Eingang. Im Treppenhaus hängen Porträts von Ludwig Boltzmann, Carl Friedrich Benz und anderen Wissenschaftlern, die sich um die Thermodynamik und den Maschinenbau verdient gemacht haben – also als Wegbereiter des Automobils gelten.

Wer im Keller die Versuchsmotoren laufen sieht und hört, könnte meinen, hier wäre die Zeit stehen geblieben. Könnte. Denn es gibt einen entscheidenden Unterschied: Die Motoren laufen nicht mit Diesel oder Benzin aus Erdöl, sondern mit völlig neuen synthetischen Kraftstoffen aus regenerativen Quellen. Das RWTH-Exzellenzcluster „The Fuel Science Center“ möchte nicht weniger als den Verbrennungsmotor revolutionieren.

„Aus unserer Sicht können und werden regenerative Kraftstoffe einen Beitrag zur CO2-Neutralität leisten“, sagt Stefan Pischinger, einer der beteiligten Professoren und Sprecher des Clusters. Der Direktor des Instituts für Thermodynamik und Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen an der RWTH Aachen ist sich sicher, dass die Energiewende in der Kürze der Zeit nur mit flüssigen Kraftstoffen zu bewerkstelligen ist. Sein Hauptargument: die Energiedichte. Sprit kann auf demselben Raum rund sechzigmal mehr Energie speichern als eine Batterie.

Das Exzellenzcluster „The Fuel Science Center“ ist mit zwei weiteren Forschungsverbünden die Voraussetzung dafür, dass die RWTH Aachen ihren Status als Exzellenz-Uni behalten darf. Am 19. Juli wird bekanntgegeben, welche Universitäten künftig als Teil der Exzellenzstrategie jährliche Fördergelder in zweistelliger Millionenhöhe von Bund und Ländern bekommen. Die beiden anderen RWTH-Cluster sind das „Internet of Production“, in dem es darum geht, die Produktionstechnik zu vernetzen und zu optimieren, und „Materie und Licht für Quanteninformation“.  Hier sollen Grundlagen für den Bau eines Quantencomputers erforscht werden.

Klimagas CO2 als Kohlenstoffquelle

Während Stefan Pischinger und seine Professoren-Kollegen aus über 25 RWTH-Instituten und Forschungseinrichtungen – darunter auch Biologen, Sozial- und Wirtschaftswissenschaftler – im Vorgängercluster namens „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“ noch rein auf pflanzliche Reststoffe zur Kraftstofferzeugung setzten, sollen in der neuen Förderperiode weitere Kohlenstoffquellen erschlossen werden. So zum Beispiel das Klimagas Kohlenstoffdioxid (CO2) selbst. Schließlich steckt in jedem Molekül des Gases ein Kohlenstoffatom. Zusammen mit Wasserstoff und Energie aus Sonne oder Wind lassen sich daraus Kohlenwasserstoffe erzeugen. Fertig ist das E-Fuel.

Der Begriff „Fuels“ ist Englisch für Kraftstoffe, das „E“ steht für erneuerbare Energie. Solche Treibstoffe unterscheiden sich in ihren chemischen Strukturen und Grundeigenschaften nicht von herkömmlichem Diesel oder Benzin aus Erdöl. Sie verbrennen aber sauberer, pusten also weniger Schadstoffe in die Luft. Und sie könnten helfen, die düstere CO2-Bilanz des Autoverkehrs aufzupolieren.

Doch die Herstellung der E-Treibstoffe ist aufwendig. Zunächst wird aus Wasser Wasserstoff gewonnen. Dazu sind große Mengen elektrischen Stroms notwendig. Dann wird Kohlendioxid eingesetzt, um aus dem Wasserstoff ein Gas oder eine Flüssigkeit als Kraftstoff zu erzeugen. Im Idealfall stammt das CO2 aus der Abluft eines Kraftwerks, so dass ein Kreislauf entsteht und die Verbrennung im Motor klimaneutral ist. Power-To-X nennt man dieses Verfahren. Das „X“ steht wahlweise für Gas oder flüssige Stoffe wie Diesel, Benzin und Kerosin.

Der gewonnene Kraftstoff kann in modernen Verbrennungsmotoren ohne Probleme eingesetzt werden. In der Theorie könnten damit also schon heute Autos mit herkömmlichen Diesel- und Benzinmotoren CO2-neutral fahren. Die Stoffe könnten die Bundesregierung bei ihrem Ziel, den CO2-Ausstoß im Verkehr bis 2030 um 40 bis 42 Prozent zu senken, einen Schritt weiterbringen – ohne neue Ladestationen und Elektromotoren.

In der Theorie: Denn Autofahrer haben praktisch keine Möglichkeit, E-Fuels in Deutschland zu tanken. Im großen Stil sind sie nicht verfügbar. Und in der politischen Diskussion um Klimaschutz und Dieselkrise spielen sie bislang eine untergeordnete Rolle.

Grüne: „Unbezahlbar teuer und ineffizient“

Umweltschützer und Grüne wettern sogar gegen künstliche Kraftstoffe. „E-Fuels sind derzeit unbezahlbar teuer und ineffizient“, sagt etwa der Grünen-Bundestagsabgeordnete Oliver Krischer. Ein wichtiges Argument der Gegner: der niedrige Wirkungsgrad. Anstatt Autos direkt mit Ökostrom anzutreiben, wird dieser erst eingesetzt, um zunächst Wasserstoff und dann den Treibstoff herzustellen.

Eine Studie der Denkfabrik Agora Verkehrswende aus dem Jahr 2017 rechnet vor: Für 100 Kilometer braucht ein batterieelektrisches Auto 15 Kilowattstunden Strom, ein mit Wasserstoff betriebenes Fahrzeug schon 31 Kilowattstunden und ein mit E-Fuels betriebener Diesel oder Benziner sogar 103 Kilowattstunden. Das macht die Kraftstoffe gleichzeitig teuer – vor allem in einem Land wie Deutschland, wo Strom ohnehin mehr kostet als vielerorts sonst.

Für Stefan Pischinger greift eine solche Argumentation zu kurz. „Das Geniale an der Kraftstofflösung ist, dass die gesamte existierende Flotte damit erreicht werden kann. Man könnte schon jetzt kleine Mengen eines CO2-neutral hergestellten Kraftstoffs den herkömmlichen Kraftstoffen beimischen und bekommt sofort einen großen Effekt.“ Außerdem gehe es ja nicht nur darum, den städtischen Individualverkehr emissionsfrei und möglichst CO2-neutral zu gestalten. Vor allem der Schwerlastverkehr mit Schiffen, Flugzeugen und Lastwagen könne in absehbarer Zeit nicht batterieelektrisch angetrieben werden. Und außerdem: „Unser Ansatz ist, Schwankungen bei der Erzeugung von regenerativen Energien abzufedern, indem wir überschüssigen Strom in Form von flüssigen Kraftstoffen zwischenspeichern.“ Diesen Vorteil von E-Fuels räumt sogar Greenpeace in einer Studie ein.

Und auch die Umweltschützer wissen, dass die aktuell in E-Autos verbauten Lithium-Ionen-Batterien in Bezug auf ihren Umwelteinfluss durchaus problematisch sind. Die benötigten Rohstoffe von Lithium über Cobalt bis hin zu Mangan und Graphit werden alle nicht in Deutschland und teilweise unter prekären Bedingungen gewonnen. Zudem wird bei der Akku-Herstellung viel Energie benötigt. E-Autos gehen also zunächst sogar mit einer schlechteren Energiebilanz ins Rennen.

Politik ist in der Pflicht

Bastian Lehrheuer, Geschäftsführer des „Fuel Science Center“, sieht deshalb vor allem die Politik in der Pflicht. „Die Gesetzgebung schaut aktuell nur darauf, was aus einem Fahrzeug hinten rauskommt“, sagt er. Man nennt das „tank to wheel“, also vom Tank zum Rad. „Wir hoffen, dass die Diskussion darüber nochmal in Gang kommt. Denn, wenn man sich den gesamten Lebenszyklus der verschiedenen Antriebstechniken anschaut, also von der Quelle bis zum Rad („well to wheel“) oder besser noch von der Wiege bis zur Bahre (“cradle to grave“), dann schmilzt der Ökovorteil eines batterieelektrischen Autos stark zusammen.“

Unternehmen wie „Sunfire“ in Dresden oder „Ineratec“ in Karlsruhe glauben fest an den Erfolg der E-Fuels. Während „Sunfire“ sich selbst als Hersteller der synthetischen Kraftstoffe in Position bringt, baut „Ineratec“ die dafür nötigen Anlagen. „Das sind gigantische Chancen, die sich hier bieten“, sagt Gründer Tim Böltken.

Zu viel darf so ein alternativer Kraftstoff aber nicht kosten. Etwa die Hälfte der Bürger wäre nicht bereit mehr als 1,50 Euro für E-Fuels zu bezahlen, wie eine YouGov-Umfrage im Auftrag der dpa ergab. Eben nicht wirklich mehr, als in den vergangenen Monaten ein Liter Super-Benzin kostete. Tatsächlich gehen die Meinungen auseinander, wie teuer E-Fuels wären, würden sie angeboten. In einer Antwort auf eine Kleine Anfrage der Grünen geht die Bundesregierung von bis zu 4,50 Euro pro Liter Diesel-Äquivalent aus.

Der Mitgründer von „Sunfire“, Nils Aldag, hält das für viel zu hoch gegriffen. Er setzt schon seit 2010 auf Ersatzstoffe für Erdöl und Erdgas. Sein Argument: Synthetische Kraftstoffe müssten wie Elektroautos gefördert werden. Würde die Produktion etwa von der EEG-Umlage, die Strom in Deutschland teurer macht, befreit, könnte man den Stoff für etwas mehr als zwei Euro pro Liter anbieten. Weil Strom hier so viel kostet, baut Sunfire seine erste kommerzielle Anlage für E-Fuels in Norwegen.

Aber auch Ölkonzerne denken um und planen Power-To-X-Anlagen. Das Mineralölunternehmen BP arbeitet mit dem Stromerzeuger Uniper an einem Projekt, an dessen Ende Power-To-X-Komplexe stehen sollen. Shell hat Ende Juni mit dem Bau einer Elektrolyse-Anlage im Rheinland begonnen. Lufthansa startete mit der Raffinerie Heide in Schleswig-Holstein ein Pilotprojekt für CO2-neutrales Kerosin. Und eine Allianz von Energieversorgern, Mineralölfirmen und dem Autobauer Audi hat im April ein Programm zur Markteinführung von E-Fuels erarbeitet – bis 2025.

Langfristige Lösungen

Bastian Lehrheuer und Stefan Pischinger denken aber noch darüber hinaus: „Die Politik interessiert sich meist für kurzfristige Lösungen, während die Ziele des Clusters langfristig angelegt sind“, betonen sie. „Das Nachbauen herkömmlicher Kraftstoffe wie Diesel und Benzin aus Biomasse und Strom ist das eine. Aber im Cluster interessieren wir uns für das Gesamtpaket.“ Man wolle Biotechnologen, Umweltwissenschaftler, Chemiker, Ingenieure und Wirtschaftswissenschaftler zusammenbringen, um das Beste aus dem motorischen Verbrennungsprozess herauszuholen.

„Das Ergebnis unserer Forschung ist an der Stelle völlig offen, weil wir zwar neue Kraftstoffe mit verbesserten Eigenschaften bezüglich Emissionen und Verbrennungsverhalten designen, aber gleichzeitig auch den Motor optimieren“, erklärt Pischinger. Das eine sei ohne das andere nicht denkbar und müsse deshalb parallel weiterentwickelt werden. Denn hier will keiner an der Vergangenheit festhalten, sondern die Zukunft gestalten. Damit beim Anblick der Motoren keiner mehr denkt, hier sei die Zeit stehengeblieben.

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