Herr Sens, Sie referieren über die Relevanz des gesamten Kraftstofflebenszyklus. Warum ist dieser Blickwinkel so wichtig? Reicht es nicht, wenn das Auto lokal emissionsfrei fährt?
Marc Sens: Nein, das reicht eben nicht, wenn wir das Ziel der globalen CO₂-Reduktion ernst nehmen. Wir führen in Deutschland und Europa oft eine sehr verengte Debatte, die sich fast ausschließlich auf den Wirkungsgrad im Fahrzeug konzentriert – also „Tank-to-Wheel“ oder bestenfalls die direkte Stromnutzung. Aber das stellt lediglich einen Ausschnitt der Realität dar. Wenn wir den Verkehrssektor so schnell wie möglich defossilisieren wollen, müssen wir global denken und die gesamte Kette betrachten: Wo kommt die Energie her, wie wird sie transportiert und was kostet es volkswirtschaftlich, sie zum Nutzer zu bringen? Die IAV-Analyse zeigt: Der vermeintlich effizienteste Weg auf dem Papier ist in der Realität oft nicht der schnellste oder günstigste Weg zur Defossilisierung.
Sie spielen auf die Dominanz der batterieelektrischen Fahrzeuge (BEV) an. Gemeinhin heißt es, Strom direkt in die Batterie zu laden, sei unschlagbar effizient. E-Fuels werden dagegen häufig als „Champagner der Energiewende“ bezeichnet – zu kostbar und ineffizient für den Massenverkehr. Stimmen diese Beschreibungen?
Marc Sens: Selbst, wenn ich bestätigen kann, dass die direkte Stromnutzung der effizienteste Weg ist und unbedingt weiterverfolgt werden muss, so ist das Bild vom „Champagner“ für die synthetischen Kraftstoffe falsch und hält einer gesamtheitlichen Prüfung auch kaum stand. Auf Basis öffentlich verfügbarer Daten können wir heute für das Jahr 2035 von einem Energiebedarf für den globalen Verkehrssektor, inklusive Maritim- und Luftfahrtsektor, von ca. 42.500 Terawattstunden (TWh) ausgehen. Selbst wenn wir die Sektoren Maritim und Luftverkehr herausrechnen, und sehr optimistisch annehmen, dass bis dahin 25 Prozent der globalen Fahrzeug-Flotte voll elektrifiziert sind, sowie auch das Potenzial an Biokraftstoffen voll ausschöpfen, also alle prognostizierten Biokraftstoffpotenziale nur für den Straßenverkehr einsetzen, bleibt eine gewaltige Lücke an Energiebedarf, die noch mit fossilen Energieträgern gedeckt werden muss.
Nach unseren Berechnungen sind das rund 19.000 TWh allein im Straßenverkehr. Wie können wir diese Lücke am sinnvollsten schließen? Entweder führen wir ab heute nur noch rein batterieelektrische Fahrzeuge in den Markt ein und versuchen den steigenden Strombedarf aus regenerativen Quellen zu decken, oder wir stützen uns parallel auf synthetischen Kraftstoffen ab, die so schnell wie möglich in den Markt eingeführt werden müssten. Da wir sicher Einigkeit darüber haben, dass eine schlagartige oder auch sehr schnelle Umstellung auf rein batterieelektrische Mobilität im globalen Kontext aus vielen Gründen absolut unrealistisch ist, führt im Sinne einer schnellen Defossilierung des Verkehrssektors also nichts an den regenerativ erzeugten Kraftstoffen vorbei.
Was bedeuten die besagten 19.000 TWh für die benötigte Infrastruktur?
Marc Sens: Das ist der springende Punkt. Wenn wir diese Menge an Energie dem Verkehrssektor in Form synthetisch erzeugter Kraftstoffe zur Verfügung stellen wollen – und das müssen wir, wenn wir fossile Brennstoffe ersetzen wollen –, reden wir über gigantische Dimensionen installierter Wind- und Solaranlagen. Um diesen Bedarf über synthetische Kraftstoffe wie Methanol zu decken, bräuchten wir in begünstigten Regionen wie Nordafrika (MENA) eine installierte Leistung von entweder ca. 50.000 GW PV Anlagen oder ca. 20.000 GW Windrädern. Zum Vergleich: In Deutschland haben wir aktuell eine installierte Kapazität an Erneuerbaren aus Wind und PV, die nur einen Bruchteil davon ausmacht – wir liegen bei rund 200 GW. Wir sprechen hier also über einen Faktor von mehreren Hundert. Das zeigt: Wir werden diese Energie importieren müssen. Und Energie lässt sich nun mal als Flüssigkeit in Schiffen viel leichter und günstiger transportieren als Strom über Tausende Kilometer von Hochspannungsleitungen, die es noch gar nicht gibt.
Lassen Sie uns beim Wirkungsgrad bleiben. Kritiker wenden ein, dass bei der Herstellung von E-Fuels zu viel Energie verloren geht. In Ihrer Studie vergleichen Sie verschiedene Pfade: Direktelektrifizierung, Wasserstoff, Ammoniak, Methanol und Methanol zu Benzin. Was gewinnt?
Marc Sens: Wenn Sie rein physikalisch vom Windrad bis zum Rad schauen, gewinnt natürlich die direkte Stromnutzung mit einem beachtlichen Wirkungsgrad von etwa 72 bis 73 Prozent. Das bestreitet niemand. Aber: Dieser Strom muss genau dort und dann verfügbar sein, wenn er benötigt wird. Und ob wir den gesamten Energiebedarf in Deutschland oder Europa jemals ausschließlich über lokal erzeugten erneuerbaren Strom werden decken können, zweifeln zumindest viele Studien an. Sobald wir über den Import von erneuerbarer Energie aus sonnen- und windreichen Regionen sprechen, wie MENA, müssen wir erneuerbare Kraftstoffe unbedingt in Betracht ziehen. Denn der Transport von Strom über weite Strecken ist technisch komplex oder mit großen Verlusten behaftet. Und dann stellt sich die Frage, welche der vielen diskutierten chemischen Energieträger-Optionen ist die sinnvollste?
Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, ist es lohnenswert, nicht nur auf die Nutzbarkeit des Energieträgers zu achten, sondern auch dessen gesamten Lebenszyklus zu betrachten. Wasserstoff, oft als das Allheilmittel gepriesen, ist im Transport über weite Strecken, sobald er nicht über Pipelines transportiert werden kann, extrem schwierig. Da ein gasförmiger Transport über weite Strecken wenig Sinn macht, müssen Sie ihn verflüssigen, kühlen, unter Druck setzen. Am Ende kommt beim Wasserstoffpfad „Well-to-Wheel“ nur ein Wirkungsgrad von circa 16 bis 17 Prozent heraus. Dieser Wirkungsgrad beschreibt den Anteil an Energie, der durch das Windrad oder das Solarpanel erzeugt wurde und schließlich am Rad eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor ankommt. Methanol und Ammoniak schneiden da besser ab, sie liegen bei etwa 20 bis 21 Prozent. Das klingt nicht nach viel, macht im direkten Vergleich aber einen erheblichen Unterschied.
Das überrascht. Methanol, ein Kohlenwasserstoff, ist effizienter als reiner Wasserstoff?
Marc Sens: Ja, und zwar insbesondere aus logistischen Gründen. Methanol ist bei Raumtemperatur flüssig, und hat im Vergleich zu Wasserstoff auch noch eine sehr hohe volumetrische Energiedichte. Das heißt, Methanol lässt sich viel effizienter transportieren. Und, auch wenn für die Herstellung des Kohlenwasserstoffs der Kohlenstoff über Direct Air Capture gewonnen werden muss, so frisst die Verflüssigung des Wasserstoffs so viel Energie, dass am Ende die Herstellung des Methanols trotzdem weniger energieaufwändig ist. Schließlich kann noch festgehalten werden, dass es in vielen Häfen bereits eine Methanol-Infrastruktur gibt, ist es doch eine der am meisten gehandelten Grundchemikalien. Ammoniak hat ähnliche Wirkungsgrade wie Methanol, ist aber hochgiftig, was die Handhabung im PKW-Bereich erschwert. Wasserstoff hat zusätzlich noch das Problem der extremen Flüchtigkeit und der hohen Infrastrukturkosten.
Wenn wir also auf den Straßenverkehr schauen, plädiere ich stark dafür, pragmatisch zu sein: Methanol lässt sich relativ einfach handhaben und hat im Vergleich zum reinen Wasserstoff sogar den besseren Gesamtwirkungsgrad, wenn man die Kette von der Erzeugung in der MENA-Region bis zum Rad in Europa betrachtet. Der Nachteil beim „Methanol-to-Gasoline“-Verfahren, wo wir noch einen weiteren Prozessschritt haben, ist der abfallende Wirkungsgrad auf etwa 13 Prozent. Ein Vorteil des aus Methanol in einem weiteren Prozessschritt erzeugten Benzins ist die vollständige Nutzung vorhandener Infrastruktur sowie die Drop-In Fähigkeit zu fossilen Kraftstoffen. Allerdings führt der geringe Wirkungsgrad zu einem erheblichen Mehrbedarf an installierter PV- und Wind-Leistung. In Anbetracht von Schnelligkeit und Kosten ist das also eher schwierig.
Sie erwähnen in Ihren Unterlagen die „Asymmetrie“ bei der Finanzierung der Infrastruktur. Was meinen Sie damit?
Marc Sens: Das ist ein Aspekt, der in der politischen Diskussion oft untergeht. Beim Ausbau der Elektromobilität werden die Kosten für den massiven Netzausbau sowie Zwischenspeicher und teilweise auch der Ladeinfrastruktur auf die Allgemeinheit, also den Stromkunden, umgelegt. Die Netzentgelte steigen, der Steuerzahler subventioniert letzthin den Ausbau. Bei synthetischen Kraftstoffen ist das anders: Die Investitionen für die Produktionsanlagen in der Wüste oder die Tankschiffe müssen von den Unternehmen und am Ende über den Literpreis an der Tankstelle vom Nutzer direkt bezahlt werden.
Das verzerrt den Wettbewerb. Würden wir die volkswirtschaftlichen Kosten für den Netzausbau ehrlich in den Strompreis für E-Autos einpreisen oder umgekehrt die Infrastruktur für E-Fuels staatlich so fördern wie das Stromnetz, sähe der Kostenvergleich an der „Zapfsäule“ anders aus. Das würde den Champagner der Energiewende deutlich günstiger machen.
Es gibt die Forderung, E-Fuels vorrangig für den Flug- und Schiffsverkehr zu reservieren, da diese Sektoren nur schwerlich zu elektrifizieren sind. Der PKW sollte elektrisch fahren. Sehen Sie das anders?
Marc Sens: Ich halte diese Priorisierung für wenigstens bedenkenswert. Aus technischen Gründen ist das absolut schlüssig, jedoch weniger aus Sicht der möglichen Finanzierung, insbesondere eines schnellen Hochrampens. Schauen Sie auf die Preissensibilität: Im Flugverkehr machen die Treibstoffkosten einen riesigen Teil der Betriebskosten aus. Kerosin kostet aktuell um die 50 Cent pro Liter. Synthetische Kraftstoffe werden anfangs deutlich teurer sein, sicherlich um die 1,50 bis 2,00 Euro je Liter. Das würde die Ticketpreise fürs Fliegen schlagartig mindestens verdreifachen.
Der Autofahrer hingegen ist an der Tankstelle bereits Preise von 1,80 Euro und mehr pro Liter gewohnt, von denen ein Großteil Steuern sind. Die Zahlungsbereitschaft ist somit im Straßenverkehr viel höher. Deshalb bin ich der Meinung: Wir sollten synthetische Kraftstoffe dem Straßenverkehr keinesfalls vorenthalten, sondern somit eine schnellere Skalierung ermöglichen. Je schneller wir hier sind, desto eher steht dieser auch zu günstigeren Kosten dem Luftverkehr zur Verfügung. China macht genau das vor: Dort wird massiv in grünes Methanol investiert, welches auch dem Straßenverkehr zugeführt werden soll. Zukünftig werden die vielen in China verkauften Range Extender und PHEV Fahrzeuge möglicherweise mit grünem Methanol betrieben.
Sie warnen davor, die Technologieentscheidung politisch vorwegzunehmen. Doch ist der Zug für den Verbrenner in Europa, trotz aller gegenteiligen Beteuerungen, nicht längst abgefahren?
Marc Sens: Ideologie ist ein schlechter Ratgeber in der Physik. Wenn wir uns politisch auf einen einzigen Pfad festlegen, nehmen wir uns die Flexibilität, auf Marktveränderungen zu reagieren, und vor allem auch Geschwindigkeit. Genau die benötigen wir aber, wenn wir den CO2-Beitrag des Straßenverkehrs so schnell wie möglich senken wollen Mein Appell lautet daher: Hören wir wieder stärker auf die Ingenieurwissenschaften. Wenn der Wirkungsgrad eines Systems physikalisch ausgereizt ist, dann ist das so. Wir sollten uns auf den Pfad einigen, der die schnellste und kostengünstigste Defossilisierung ermöglicht – und zwar global, nicht nur innerhalb der EU-Grenzen.
Wir sehen gerade, dass die reine BEV-Strategie ins Stocken gerät, weil die Kunden eine Reihe von Nachteilen im Alltag erleben und der Ausbau der Infrastruktur nicht nachkommt. Ein Hybridfahrzeug, das im Alltag elektrisch fährt und auf der Langstrecke mit zum Beispiel grünem Methanol betrieben wird, könnte die Brücke sein, die wir für die nächsten Jahrzehnte brauchen.
