Energieverbrauch: Und er steigt und steigt und steigt

An den Zielen rüttelt vorerst niemand: Bis 2050 wollen die Industriestaaten ihre Treibhausgasemissionen wie CO₂ um 85 % gegenüber 1990 senken, um eine Erwärmung der Erdatmosphäre auf 2 Grad C und somit auch das Ansteigen des Meeresspiegels zu beschränken.

Pkw Für die Autohersteller bedeutet dies eine Steilvorlage. Die Pkw stehen im Mittelpunkt der CO₂-Reduktion im Transportbereich, da sie insgesamt in diesem Bereich am meisten CO₂ erzeugen, so Rolf Leonhard, Bosch, in seinem Vortrag auf der Motorentagung in Graz. Doch das wird sich künftig aller Voraussicht nach ändern. Die Elektrifizierung der Pkw schreitet voran, auch wenn niemand auf der Veranstaltung davon ausging, dass 2030 nur mehr E-Autos verkauft werden, wie viele Politiker heute fordern.

Doch unabhängig davon: Selbst 100 % E-Pkw werden nicht reichen, 2050 die CO₂-Ziele des Verkehrs zu erreichen, so Leonhard. Grund: Die enormen erwarteten Zuwachsraten im Langstrecken- und Schwerverkehr, wo weiterhin fossile Kraftstoffe dominieren.

Alternativen Verbesserungspotenzial gibt es durchaus. Die am schnellsten umsetzbare und kostengünstigste Variante ist Gas, das eine CO₂-Minderung um 20 % gegenüber Diesel brächte. Während des Fracking-Booms in den USA und dem damit einhergehenden Preisverfall auch bei Gas überlegte sogar die hyperkostensensible Schifffahrt, mehr Gas einzusetzen. Das ist derzeit wieder anders, im Schwer- wie im Pkw-Bereich.

Synthetische Kraftstoffe Die andere, längerfristigere Variante sind synthetische Kraftstoffe, auch "Elektrokraftstoffe" genannt, wenn sie auf Wasserstoff basieren, der per Elektrolyse mit überschüssigem Ökostrom erzeugt wird, woraus dann mit CO₂ aus der Luft (z.B. Abgasen von Stahlwerken) flüssige Kraftstoffe entstehen. In China wird statt Ökostrom Kohlestrom verwendet und auf diesem Wege in Großserie synthetischer Diesel (OME) hergestellt, eine kostengünstigere Variante, die in der EU aber nicht opportun erscheint.

Plus Der synthetische Kraftstoff lässt sich gasförmig als Wasserstoff oder E-Gas (Methan) sowie flüssig (als Benzin, Diesel, Kerosin etc.) verwenden. Er hat mehrere Vorteile: Da er mit überschüssigem Ökostrom und CO₂ erzeugt wird, gelten Antriebe damit als CO₂-neutral, auch wenn es sich um Verbrennungsmotoren handelt. Anderseits verbrennt etwa OME als Dieselersatz praktisch rußfrei, was die Abgasnachbehandlung stark verbilligt. Zudem können diese Kraftstoffe ohne Mehraufwand zugemischt werden und so sofort die Umwelt entlasten.

Minus Der Pferdefuß beim synthetischen Kraftstoff sind die Kosten. Das hängt auch vom hohen Energiebedarf bei der Herstellung ab. Selbst bei extrem effizienten Elektrolyseuren ist der Primärenergiebedarf für diesen Kraftstoff rund doppelt so hoch wie das Ergebnis, so Leonhard. Heißt: Es muss doppelt so viel hineingesteckt werden, wie herauskommt. Selbst wenn der dafür verwendete Ökostrom gratis ist, bleibe dieser Sprit teurer in der Herstellung als fossiler Sprit.

Für Deutschland wird angenommen, dass bis 2050 ein Erzeugerpreis von 2 €/Liter möglich ist, wenn mit Ökostromkosten von 8 Cent/kWh gerechnet wird. In anderen EU-Staaten könnte ein Literpreis von 1,2 € erzielbar sein. Das wäre noch immer doppelt so viel wie der 2050 erwartete Produktionspreis von Benzin und Diesel. Der Wettbewerb könnte hier aber einiges beschleunigen: In Indien ist laut Andreas Lippert, General Electric, bereits jetzt der Solarstrom günstiger als fossile Energie.

Dennoch stehe die Sinnhaftigkeit außer Zweifel, abgesehen von seinen Vorteilen bei CO₂ und Schadstoffen: Synthetischer Sprit bietet die Chance, überschüssigen Ökostrom zu speichern, der sonst "verpufft". Selbst bei einem doppelt so hohen Produktionspreis würde Autofahren damit nicht teurer als heute bei entsprechender Effizienzsteigerung beim Antrieb, so Leonhard. Eine Steigerung um 2/3 bis 2040 gegenüber 1990 hält er für möglich. Einsparungen lieferten für die nächsten 20 Jahre ohnehin den größten Beitrag für die CO₂-Reduktion. In dieser Zeit könnte Europa die Großserienproduktion synthetischer Kraftstoffe errichten.

Motorentagung in Graz

Seit 30 Jahren treffen sich bei der Motorentagung "Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors" in Graz hunderte Vertreter aus Industrie, Wissenschaft und Regierung, um über Trends und Herausforderungen zu reden.

Heuer standen die Zukunft der Verbrennungsmotoren sowie künftige Kraftstoffe im Fokus. Dabei ging es um Groß- wie Kleinmotoren.

Veranstaltet wird die alle zwei Jahre stattfindende Tagung von den beiden Uni-Institutionen LEC und IVT. Letzteres steht für "Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik" an der TU Graz mit Prof. Helmut Eichlseder an der Spitze. Es ist seit Jahrzehnten etwa ein Vorreiter bei der Abgasmessung von Pkw und Lkw im realen Betrieb auf der Straße.

Das "Large Engines Competence Center" (LEC) unter der Führung von Prof. Andreas Wimmer dagegen ist Österreichs führende Forschungseinrichtung für Großmotorentechnologie und zählt laut LEC zu den drei besten Forschungsinstitutionen weltweit.

Warum Schiff, Lkw & Co. mehr Beachtung verdienen

Der Beitrag der Industriestaaten zum Klimaziel, das auf den Klimagipfeln Kopenhagen und Paris fixiert und auch unterschrieben wurde, ist ehrgeizig: Um 85 % wollen sie ihren Treibhausgasausstoß bis 2050 gegenüber 1990 senken (siehe Grafik). Der Verkehr muss dafür einen großen Beitrag leisten. Doch selbst wenn alle Pkw 2050 rein elektrisch unterwegs sind, wird das Ziel verfehlt, wie auch die Redner auf der Motorentagung in Graz zeigten. Grund: Die enorme Zunahme im Frachtverkehr, wo fossile Kraftstoffe noch Jahrzehnte dominieren werden, wie viele überzeugt sind.

Schifffahrt Den mit Abstand größten Anteil an Fracht-Transportkilometern hat mit ca. 80 % die Schifffahrt, was bis 2050 so bleiben dürfte. Sie verbrennt vor allem auf hoher See fast ausschließlich Schweröl, was sich laut Redner auch auf längere Sicht nicht ändern wird.

Derzeit verwendet weniger als ein Prozent der rund 60.000 Großseefrachter Gas (flüssiges Erdgas LNG), so Branchenexperte Udo Schlemmer-Kelling, FEV, auf der Tagung. Die Emissionsvorgaben verpflichten die Reeder auch die nächsten Jahre zu keiner Alternative für Schweröl, noch dazu, wo die Kosten z.B. für Gas extrem schwanken, so Schlemmer-Kelling. Amortisierte sich ein LNG-Antrieb 2014 wegen des tiefen Gaspreises innerhalb von 2,5 Jahren, so drehte sich der Vorteil 2016 um.

Grundsätzlich bieten sich als Alternativen für Schweröl mit der hohen Umweltbelastung (vor allem Partikel, Schwefeldioxid) ein Zwei-Kraftstoff-Prinzip "Dual Fuel" (Schweröl und LNG) sowie eine Hybridisierung an. Dual Fuel bedinge ein sehr teures Tanksystem, senke aber die Kosten für die Abgasnachbehandlung. Die Elektrifizierung sei sehr teuer. Eine andere Alternative ist Methanol, das aus Wasserstoff und CO₂ aus der Luft erzeugt wird. In Deutschland wird dies bereits getestet. "Die wirksame Umsetzung im Marinebereich ist aber wohl erst bis 2050 realistisch", so Prof. Andreas Wimmer, Großmotorenexperte und Mitveranstalter (siehe Zusatzartikel). Der Grund liege vor allem am extremen Kostendruck in diesem Bereich, langen Lebenszyklus der Schiffe sowie an der langwierigen internationalen Diskussion über die Verschärfung der Abgasnormen.

Lkw Wenn es heute um die Abgase von Diesel-Pkw geht, wird oft der Lkw als Vorbild genommen. Lkw müssen seit Jahren neben einem stationären Normtest auch einen instationären machen. Sie gelten heute etwa bei Stickoxiden real als sauberer als so mancher Diesel-Pkw. Dies gilt jedoch nur, wenn das katalytische SCR-System im Lkw aktiv ist und nicht illegalerweise aus Kostengründen abgeschaltet wird. Auch beim Verbrauch sind Lkw besser als Pkw, so Franz Weinberger, MAN: "Im Schnitt liegen wir heute bei 1 l/100 km Kraftstoffverbrauch pro transportierter Tonne, da verbraucht jeder Pkw mehr."

Viel Potenzial für eine massive CO₂-Senkung sieht Prof. Helmut Eichlseder, TU Graz in synthetischen Kraftstoffen, wo mit überschüssigem Ökostrom Wasserstoff und daraus mit CO₂ etwa von Zementwerken künstlicher flüssiger Sprit erzeugt wird. Jedoch kosten sie derzeit dreimal so viel wie Diesel. Dennoch scheint ein Durchbruch bei Lkw viel früher möglich als bei Hochseeschiffen. Unmittelbar bevorstehen etwa bei MAN laut Weinberger Gas-Antriebe für Lkw, was den CO₂-Ausstoß um 20 % senkt. Für urbane Kleintransporter werden Elektro- und Hybridantriebe favorisiert.

Schienenverkehr Hier gibt es weltweit große Unterschiede. Während die Bahnen in Europa weitgehend elektrisch unterwegs sind, fahren große Staaten wie die USA, Kanada, Russland, China, Indien meist mit Dieselloks. Nur die USA und Kanada haben dafür auch "nennenswerte Abgasemissions-Grenzwerte", so Christoph Kendlbacher, Bosch.