Weg von fossilen Brennstoffen: Teil 2: Kraftstoffe

In meiner vorhergehenden Serie habe ich berechnet, wie groß die Fläche wäre, die man anpflanzen müsste um die BRD mit Ottokraftstoff oder Diesel aus regenerativen Quellen zu versorgen und kam dabei auf enorm große Zahlen. Würde man nur den Benzinbedarf durch Ethanol als Ersatz decken, so bräuchte man dazu eine Fläche von 73.000-122.000 km², dazu kommt noch der Dieselverbauch der sogar noch etwas höher als der von Benzin ist: Diese Fläche hat man schlicht und einfach nicht zur Verfügung.

Diesmal möchte ich andere Verfahren untersuchen, als die bisher angewandten und einige schon angewandte Alternativen untersuchen. Fangen wir mit dem Hybridmotor an. Er ist groß im Kommen und wird als ökologisch propagiert. Doch ist er es wirklich? Das Grundprinzip ist dies: Ein Benzinmotor wird betrieben wenn er von Vorteil ist, ein Elektromotor dann wenn er von Vorteil ist. Der Benzinmotor kann immer in seinem optimalen Wirkungsbereich laufen und der Elektromotor ebenso. Noch immer wird der Benzinmotor aber die Hauptlast liefern. Was man vermeidet, ist dass er im Leerlauf läuft, im Stadtverkehr oder man ihn überdimensionieren muss um Spitzenbeschleunigungen zu erreichen. Ein solches Gefährt erreicht einen Verbrauch von 5 l/km – nicht wirklich eine Revolution, aber es senkt den Allgemeinen Verbrauch. Doch er ist nur ein umweltpolitisches Feigenblatt, keine Lösung des Energieproblems.

Das nächste ist der Elektronantrieb selbst. Ein Elektromotor hat als erstes mal einen höheren Wirkungsgrad von 60-90 % der eingesetzten Energie. Beim Ottomotor sind es 30-37 %, ein Dieselmotor ist etwas besser, wobei größere Aggregate sogar 50 % erreichen. Doch dies ist ja nur eine Seite: Die Energie muss ja erst einmal erzeugt werden und solarthermische Kraftwerke als günstigste Quelle (wenn man nur von regenerativen Quellen ausgeht) liegt deutlich unter 50 %. Ein Elektroauto ist vor allem deswegen sparsamer, weil man nur begrenzt Energie mitführen kann. Egal ob man Akkus nimmt, oder Brennstoffzellen als Stromquelle – keine der Speichermöglichkeiten hat die Energiedichte von Benzin. Diese beträgt etwa 12 Kwh pro kg. Lithium-Ionen Akkus, die modernsten die man heute hat, liegen deutlich unter 0.2 KWh/kg, das bedeutet dass man mit viel weniger Energie auskommen muss – also geringerer Reichweite und kleinerer Motorleistung. Das ist das eigentliche Einsparpotenzial von Elektrofahrzeugen. Baut man ein Serienfahrzeug für den Elektroantrieb um, so kommt man heute auf 12-20 KWh/100 km, was umgerechnet in Benzin etwa 1.3-2.1 l/100 km entspricht. Spezielle Elektroautos in Leichtbauweise mit angepassten Motoren kommen auf 4-10 KWh/100 km. Das ist dann schon ein deutlicher Fortschritt gegenüber dem Benzinantrieb und eine echte Alternative – Wenn der Verbraucher bereit wäre, mit den Nachteilen zu leben, die da sind: Geringere Reichweite , geringere Beschleunigung und bei echten „Spritsparern“ leichte und kompakte Bauweise (Noch immer scheint ja die Größe des Autos als Statussymbol zu gelten).

Brennstoffzellen, egal ob man den Wasserstoff flüssig oder in Form von Metallhydriden speichert, sind wahrscheinlich noch ungünstiger. Zwar ist die Energiedichte höher – Bei Lithiumhydrid beträgt er 1/8 der Masse, bei der hohen Energiedichte von Wasserstoff immerhin knapp 18 MJ/kg Masse und damit nur 3 mal geringer als bei Benzin (verglichen mit 60 mal geringer bei Akkus). Aaaaaber: Der Wasserstoff muss erst mit Strom aus Wasser erzeugt werden und Brennstoffzellen haben auch nur einen geringen Wirkungsgrad von 40 %. Berücksichtigt man dies, so schneidet in der Energiebilanz die Brennstoffzelle mit 28 % Wirkungsgrad (maximal) noch schlechter da als der Ottomotor.

Bleibt natürlich noch die naheliegende Lösung, nämlich direkt Biomasse zu einzusetzen. In Deutschland setzt man Biodiesel aus Raps ein und in Brasilien mischt man Ethanol unter das Benzin. Biodiesel kann Diesel komplett ersetzen, wenn man den Motor entsprechend modifiziert. Bei Ethanol ist dies nicht vollständig möglich. Beide Verfahren sind zwar heute gängig, aber man nutzt nur einen Bruchteil der Biomasse. Bei Biodiesel ist es das Öl der Samen und bei Ethanol der Zuckeranteil der Speicherrüben.

Biodiesel ist zwar am einfachsten einzusetzen, aber man hat den höchsten Flächenbedarf: Pro Hektar gewinnt man nur etwa 1500 l Ertrag. Bioethanol liegt bei 2500-2600 l. Dabei wird durch die Düngung, Ernte usw. natürlich auch Treibstoff verbraucht, hinzukommen die Methanemissionen aus dem Boden. so dass man im Umweltbundesamt den Kraftstoff durchaus kritisch sieht. Immerhin betragen die Herstellungskosten von Biodiesel 55-75 ct/l, so dass er mit fossilen Brennstoffen konkurrieren könnte, sofern er nicht genauso besteuert wird wie diese.

Wenn man Treibstoffe aus Naturprodukten einsetzen will, so ist es wohl am sinnvollsten Biomasse in Treibstoff umzuwandeln. Dieses Verfahren benutzt Biomasse jeglicher Art (Holz, Stroh, andere Pflanzenreste), trocknet diese und in wandelt sie in Synthesegas um. Heute vor allem durch trockene Destillation, dabei entsteht ein Gemisch von Kohlenmonoxid und Wasserstoff welches dann durch weitere Reaktionen zu Kohlendioxid, Wasser und Methan umgesetzt wird. Das Methan ist dann Ausgangsprodukt zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen. Die konventionelle Methode kann Benzinersatz zu Preisen von 60 ct/l erzeugen.

Denkbar wäre beim Großeinsatz sicher auch eine Kombination einer anaeroben Gärung mit der Gewinnung von Wärme zur Heizung. Dann erhält man Methan direkt. Beim derzeitigen Verfahren beträgt der Flächenertrag etwa 4000 l/ha. Fast 3 mal besser als bei Biodiesel, aber trotzdem würde man enorme Flächen zur Dieselproduktion brauchen (etwa 65-70 % der Fläche der BRD) um den Dieselbedarf zu decken. Das ist noch optimierbar, wenn man Pflanzen anbaut mit einem hohen Ertrag an Biomasse, wie Chinaschilf, doch handelt man sich dann andere Probleme ein, die es bei Monokulturen eben gibt.

In der Summe heißt dies eben eines: Sparen. Der hohe Verbrauch resuliert ja aus den vielen Autos und ihrem hohen Durchschnittsverbrauch. Das ominöse „3 l Auto“ ist ja kein Zukunftsprojekt: Es existiert bereits. (VW Lupo, Audi A2, bestimmte SMART Modelle) Doch niemand will sie kaufen, weil sie eben klein sind, gering motorisiert Dabei ist das „3 l Auto“ nicht unbedingt der große Wurf. Bei Wahl von leichtgewichtigen Werkstoffen wie Kunststoffen und Kohlefaserverbundwerkstoffen, verbessert den Verbrauch auf Kosten des Komforts (elektrische Leistung für Air Condition oder ähnliches muss natürlich auch berücksichtigt werden und die Autos werden dann schon recht klein) unter 2 l. Will man wesentlich darunter kommen so muss man zu exotischen Lösungen kommen wie 1-2 Personen Autos mit einem kleinen Elektromotor für geringe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und Schwungrädern welche Abbremsenergie für das Anfahren speichern oder Gasturbinen anstatt Ottomotoren wegen des höheren Wirkungsgrades. Dann kommt man deutlich unter 1 l/100 km.

Die Alternative dazu ist aber doch viel einfacher: Weniger Autos, mehr öffentliche Verkehrsmittel, weg vom Gütertransport von der Straße auf die Schiene und Car Sharing. Aber das wäre ja zu einfach …. Das würde ja eine Einbuße an Bequemlichkeit, ein Verlust eines Statussymbols bedeuten. Das geht doch nicht! So gilt nach wie vor die Weisheit von Markus aus dem Jahr 1982 „Und kosts Benzin auch 3 Mark 10, scheiss egal es wird schon geht, ich will Spass, ich geb Gas…“.