E-Fuel vs. Elektro

Alle bestehenden Autos verschrotten und neue Elektroautos bauen? Oder doch die vorhandene ausgereifte Technik mit einem umweltschonenden Treibstoff verwenden? Klingt zunächst nach der optimalsten, günstigsten sowie einfachsten Lösung für den Verbraucher.

Was sind E-FUELs?

E-Fuels, auch als synthetische Kraftstoffe bekannt, werden durch die Umwandlung von Strom und Kohlenstoffquellen in flüssige oder gasförmige Kraftstoffe hergestellt. Dies geschieht typischerweise in drei Hauptschritten:

1. Elektrolyse: Wasser wird mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Dies erfordert elektrische Energie.
2. Fischer-Tropsch-Synthese oder Methanolsynthese: Der erzeugte Wasserstoff wird mit Kohlenmonoxid (aus Biomasse oder industriellen Abfällen) oder Kohlendioxid (aus der Atmosphäre oder industriellen Prozessen) kombiniert, um synthetische Kohlenwasserstoffe wie Methan oder flüssige Kohlenwasserstoffe herzustellen.
3. Verarbeitung: Die synthetischen Kohlenwasserstoffe werden durch Verarbeitungs- und Raffinationsverfahren zu verschiedenen Kraftstoffen wie Benzin, Diesel oder Kerosin weiterverarbeitet.
Dieser Prozess erfordert eine beträchtliche Menge an Energie, insbesondere für die Elektrolyse, und ist daher energieintensiv. 

In Kürze: E-Fuels werden mithilfe von Strom, Kohlenwasserstoff und Wasser hergestellt.

E-Fuel und reines Elektroauto im Individualverkehr im direkten Vergleich

Aktuell gibt es auf dem deutschen Markt noch keine E-Fuel-betriebenen Fahrzeuge, welche im Handel erhältlich sind. Aktuell ist der Plan, bestehende Fahrzeuge mit entsprechenden Änderungen an den Motoren für den Betrieb mit E-Fuels vorzubereiten. Die Entwicklung steht hierbei noch in den Kinderschuhen. Erste Forschungsprojekte mit der Beteiligung deutscher Firmen gibt es zum Beispiel in Patagonien, Chile.

Reichweite

1. Die Reichweite hängt wie beim Benziner oder dem Diesel vom Fahrzeugtyp und der Fahrweise ab. Somit ist die Reichweite im Schnitt deutlich höher als bei einem reinen Elektroauto. Das Auftanken geht ebenfalls wie beim üblichen Verbrennungsmotor erheblich schneller. Sie dazu: Diesel oder Elektro?

Effizienz

2. Der Verbrauch eines Verbrennerfahrzeuges (Diesel und Benzin) in Deutschland liegt im Schnitt bei 7,25 L auf 100 km. Zur Herstellung von einem Liter E-Fuel werden 27 kWh Strom benötigt. Anschließend wird der E-Fuel mit einem Diesel-LKW zur Tankstelle transportiert. Mit selbiger Menge Strom fährt ein modernes Elektroauto mit einem Durchschnittsverbrauch von 15 kWh, je nach Modell, im Schnitt 180 km.

Quelle: VDE, ADAC (14.10.2023)

3. Aus dem Herstellungsprozess ergibt sich ein Wirkungsgrad von der Erzeugung des E-Fuels bis zur Bewegung am Rad bei etwa 13 bis 14 %. (Beim Wasserstoffauto liegt der Wirkungsgrad aktuell bei etwa 15 %) Zum Vergleich kommt ein Ottomotor auf etwa 35 %. Beim Dieselmotor sind es bis zu 43 %. Das reine Elektroauto kommt inklusive Ladeverlust auf einen Wirkungsgrad von 76 %. Somit ist der Wirkungsgrad des reinen Elektroautos um das Fünffache höher. Hier sei jedoch angemerkt, dass die Entwicklung noch am Anfang steht und eine (deutliche) Erhöhung des gesamten Wirkungsgrades möglich ist. 

4. Ein E-Fuel-betriebenes Fahrzeug mit dem Strommix stößt aktuell noch  wesentlich mehr CO2 aus als das Elektroauto, da es in erheblichem Maße mehr Strom für dieselbe Strecke benötigt. Daraus ergibt sich ebenfalls ein höher CO2 Ausstoß. Beim E-Fuel-Fahrzeug sind es beim aktuellen Strommix (Stand 2021, 420 g pro kWh in Deutschland) etwa 66 kg CO2 pro 100 km. Das reine Elektroauto liegt mit 11 kg CO2 pro 100 km um etwa das sechsfache darunter. Nicht mit einberechnet ist hier, dass das Laden der Solaranlage auf dem Dach einen geringeren CO2-Ausstoß pro kWh verursacht. Zudem setzen die großen Ladeparkbetreiber wie beispielsweise EnBW, E.ON, Allego oder Ionity auf eine Versorgung mit einem möglichst hohen Anteil an erneuerbaren Energiequellen. Ebenso die Herstellung von E-Fuels soll auf 100% regenerative Energien setzen, um die Umweltbelastung weiter zu senken.

Wirtschaftlichkeit

5. Da die Produktion von E-Fuels aktuell noch in sehr geringen Mengen stattfindet, ist der Preis pro Liter noch entsprechend hoch. Dieser soll in den kommenden Jahren auf 5 bis 6 Euro pro Liter sinken. Aktuell liegt dieser in der Forschungseinrichtung in Patagonien bei etwa 50 Euro pro Liter. Damit ist er noch weit davon entfernt, wirtschaftlich im Individualverkehr und für den privaten Gebrauch genutzt werden zu können. Jedoch sind die Preise aus einem frühen Entwicklungsstadium der Technik. Aktuell liegen damit die Fahrtkosten in der Praxis demnach bei 36 bis 43 Euro pro 100 km. Durch zukünftig erhöhte Volumen bei der Produktion kann dieser Preis noch entsprechend gesenkt werden.
Bei besagter Forschungsstation in Patagonien wird aktuell, nach einer Hochskalierung der Produktion, mit einem Literpreis von 2–3 Euro gerechnet. Allerdings vor den noch anfallenden Margen und Steuern.

6. Strom aus erneuerbaren Energien ist aktuell in Deutschland nicht in einem für die E-Fuel-Produktion notwendigen Maße übrig. Wenn die Hälfte der PKW in Deutschland elektrisch fahren würde, bräuchten wir etwa 7 % mehr Strom. Diese sieben Prozent wurden in den letzten Jahren als Überstrom ins Ausland verkauft oder verschenkt. Dieser Export des Stroms findet nachts statt, da zu dieser Zeit am wenigsten Strom benötigt wird. Dies ist jedoch die Zeit, zu der 95 % der Elektroautos laden. Würden die Hälfte der Autos in Deutschland mit E-Fuels fahren, wären 30 bis 40 % mehr Strom als aktuell vonnöten. Der Strom hierzu müsste zudem teilweise zu den Stoßzeiten aufgewendet werden.

Im Ausland, wie beispielsweise in Chile, kann mit einem deutlich höheren Anteil an erneuerbaren Energien agiert werden. Nach der Erzeugung muss der Kraftstoff allerdings noch transportiert werden. Dies geschieht in der Regel mit dieselbetriebenen Transportschiffen.

7. Die Lebensdauer eines Fahrzeuges in Deutschland mit Verbrennungsmotor liegt bei etwa 200 bis 300 000 km. Zum Vergleich halten die Akkus von Elektroautos etwa 150 000 bis 800 000. Hier geht die Datenlage stark auseinander. Es gibt Akkus, welche nach nur 200 000 km schon die Kapazitätsgrenze von 70 % unterschreiten, und Beispiele, bei denen die Akkus nach einer Laufleistung von 500 000 noch über 90 % der ursprünglichen Kapazität aufwiesen. Beim Branchenprimus Tesla halten die Akkus im Schnitt bis 200 000 km mindestens 90 % der Kapazität. Bei dem Langstreckentest von Autobild über eine Distanz von 100 000 km mit einem Porsche Taycan ergab sich eine Degradation von 0 %.
Liegt eine Unterschreitung von 80 % bei den meisten Herstellern innerhalb von 8 Jahren vor, wird auf Garantie getauscht. Andernfalls belaufen sich die Kosten für einen Tausch des Akkus aktuell auf etwa 7.000 bis 12.000 Euro.

Infrastruktur

8. Aktuell (März 2024) gibt es noch keine E-Fuel-Tankstellen in Deutschland, ebenso im Ausland. Dem stehen in Deutschland 30 000 Ladestandorte entgegen. Zudem reichen 95 % der Elektroautofahrer das Laden über die heimische Wallbox, die 16-/32A-CE-Dose oder gar das Laden mit nur 3 kW aus, da Autos im Schnitt zu 96 % zuhause oder auf der Arbeit stehen. (42,1% der Deutschen wohnen im Eigenheim)

Es gibt noch keine eindeutige Datenlage darüber, wie aufwendig die vorhandenen Tankstellen umgebaut werden müssten. Oder ob der neue Treibstoff "einfach" statt des Diesels in die Tanks gefüllt werden kann.

9. Entgegen den Ladesäulen, die theoretisch überall aufgebaut werden können (wie beispielsweise die umgebauten Laternen in England, Norwegen und neulich auch zunehmend in Deutschland), bedarf es bei E-Fuels üblicher Tankstellen. Diese sind jedoch schon flächendeckend vorhanden und müssen gegebenenfalls nur noch umgerüstet werden.

10. Fahrzeuge mit E-Fuels benötigen immer eine Tankstelle zum Betanken. Elektroautos laden nur max. 5–10 % ihrer Zeit an Schnellladern, zu 90–95 % zu Hause, beim Einkaufen oder dem Arbeitgeber. All das ist mit E-Fuels aktuell (noch) nicht möglich.

11. Elektroautos können direkt vor Ort den Strom nutzen, vom Dach des Supermarktes, der örtlichen oder privaten Solar- oder Windkraftanlage, eines Ladeparks oder der eigenen Garage etc. Bei E-Fuels entfällt diese Option gänzlich. Es muss immer erst erzeugt, umgefüllt und transportiert werden. Dadurch sinkt die Effizienz und die Energie geht verloren bzw. wird in Wärme umgewandelt.

Forschung

12. Aktuell gibt es 12 Forschungseinrichtungen für E-Fuels. Eine dieser Anlagen steht in Patagonien, Chile. Die Anlage wird unter anderem von Porsche mitfinanziert. Bis zum Jahr 2026 sollen hier bis zu 55 Millionen Liter E-Fuel produziert werden können. Auf Basis der aktuellen Verkaufszahlen würde dies reichen, um alle in dem Jahr neu verkauften Porsches ohne elektrischen Antrieb versorgen zu können. Aktuell werden der Porsche 911, Boxter, Caymen, Panamera und Cayenne mit Verbrennungsmotor gebaut. Der Taycan und der Macan sind bereits voll elektrisch. Bis auf den 911er sind bereits alle Modelle mit Verbrennungsmotor auch als Hybrid erhältlich. Gerüchten zufolge sollen der Boxter sowie der Caymen in Zukunft nur noch elektrisch angetrieben werden.

13. Bis ins Jahr 2035 sind weltweit 60 weitere Forschungsanlagen geplant. Bei rund 1 % der geplanten Projekte ist die Finanzierung geklärt. Wie die folgende Grafik verdeutlicht, wären mit der geplanten Produktion nicht einmal 10 % des Bedarfs gedeckt. Wohlgemerkt ohne den Individualverkehr!

Quelle: Sonnenseite.com, 27.03.2023

14. Wieviel Strom wäre nötig, wenn alle aktuell mit Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeuge bilanziell ohne Schadstoffe bewegt werden?

Je nach Berechnung und Effizienz der Herstellung müssten zur Umstellung auf E-Fuels etwa 1,418 Terrawattstunden (TWh) erzeugt werden, für alle Autos weltweit. Zur Veranschaulichung der Zahl: Der gesamte Strombedarf in Deutschland lag 2023 bei etwa 457 Terrawattstunden.

Zusammenfassung

Bezieht man alle Faktoren ab der Herstellung bis zur Umdrehung am Rad des Fahrzeuges ein, ergeben sich folgende Werte: Beim aktuellen Strommix (0,4 kg CO2/kWh) stößt ein Elektroauto im Schnitt 11 kg CO2 pro 100 km aus. Beim E-Fuel-betriebenen Fahrzeug wären es 66 kg pro 100 km. Beim konventionellen Diesel sind es etwa 21 kg pro 100 km.

Somit wird bei der Fahrt mit dem E-Fuel-betriebenen Fahrzeug fast 10x so viel CO2 ausgestoßen wie beim reinen Elektroauto. Selbst der Diesel liegt bei gerade mal einem Drittel. Dies bezieht sich jedoch auf den aktuellen Strommix. Hierzu ist zu beachten, dass der Ausbau der regenerativen Energien stetig ansteigt.

Selbst wenn man die regenerativen Energien in dem benötigten Maße ausbaut, bleibt die Frage, warum man den produzierten Strom nicht direkt in ein Elektroauto „tankt“, anstatt diesen erst zur aufwendigen Gewinnung, Umfüllung, Transportierung etc. von E-Fuels nutzt.

Der größte Vorteil bei der Nutzung von E-Fuels bleibt jedoch eine hohe Anzahl an bereits vorhandenen Fahrzeugen. Vom Oldtimer bis zu gerade erst produzierten Fahrzeugen. Alle diese Fahrzeuge können mit überschaubaren Anpassungen für eine umweltschonendere Zukunft angepasst werden. Ohne dass eine Reihe von ausgereiften und voll funktionsfähigen Fahrzeugen entsorgt oder Recycelt werden müssen.

Egal wie man es letztendlich dreht und wendet, um bei der Umweltbilanz positiver als das reine Elektroauto zu werden, muss unter Anderem der Ausbau der erneuerbaren Energien um etwa das Vierfache schneller vonstatten gehen, als es bisher der Fall war.

Fazit

Auf den ersten Blick erscheint das Umrüsten auf E-Fuels zunächst äußerst vorteilhaft. Insbesondere die potenziell kurzen Ladezeiten der üblichen etwa fünf Minuten und die Reichweite von weit über 500 km wirken attraktiv. Doch wenn man alle Faktoren berücksichtigt und einen direkten Vergleich mit rein elektrischen Antrieben anstellt, wird deutlich, weshalb nur wenige Hersteller ernsthaft an der Entwicklung von E-Fuels für den Massenmarkt mitwirken. Stattdessen liegt der Fokus zunehmend auf rein elektrischen Antrieben. Die scheinbaren Vorteile des E-Fuels sind rein theoretischer Natur und können mit der aktuellen Infrastruktur in Deutschland (noch) nicht lukrativ und vor allem für die Mittelschicht bezahlbar realisiert werden. Tatsächlich zeigt sich in der Praxis, dass die Zeitersparnis sowohl für die Nutzung des Verbrennungsmotors, insbesondere wenn Elektrofahrzeuge bequem während des Einkaufs, am Arbeitsplatz oder idealerweise zu Hause geladen werden können, zugunsten von Elektroautos ausfällt. Vor allem der extrem hohe Strombedarf, welcher sich nicht in Gänze reduzieren lässt, ist 

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Euer Elektroauto-Info Team