Die Frage nach dem Miteinander des Autofahrens und eines umweltbewussten Alltags beschäftigt die Politik wie die Stammtische seit Jahrzehnten. Fakt ist, dass jeder gefahrene Kilometer eines Kraftfahrzeugs zur Belastung der Umwelt beiträgt, aber ebenso, dass es eine Gesellschaft ohne Individualverkehr und flexible Mobilität nicht gibt. Die Antwort auf die Frage, wie sich

das Auto und die Umwelt

vertragen, liegt in einer nachhaltigen und klimaverträglichen Mobilität. Im Februar 2023 hat das Parlament der Europäischen Union dazu entschieden, dass ab 2035 in den Ländern der EU nur noch Pkw und Kleintransporter zugelassen werden dürfen, die keine Treibhausgase ausstoßen. Aber mit welchem Kraftstoff kann ein Auto dann (noch) fahren und welchen Antrieb sollte es haben?

Die Frage nach den Alternativen zu Benzin und Diesel ist im Grunde recht einfach zu beantworten, im Unterschied zu der Frage, welche Kraftstoffe und Antriebe wirklich eine Alternative sind. Das liegt daran, dass bei einem Vergleich immer

• die direkten Emissionen, die stets am Ort der Energieumwandlung auftreten, also an einem Kraftfahrzeug beim Verbrennen von Kraftstoff oder einem Kraftwerk beim Verbrennen von Gas oder Kohle, und
• die indirekten oder vorgelagerten Emissionen, die bei der Bereitstellung des Energieträgeres auftreten, etwa der Fertigung eines Fahrzeugs oder einer Brennstoffzelle oder Batterie, aber auch beim Bau und Transport einer Photovoltaikanlage oder eines Windrades oder dem Kraftstoffverbrauch beim Einsatz einer Landmaschine für den Anbau von Pflanzen,

berücksichtigt werden müssen, also die Gesamtemissionen, die mit der Nutzung eines Energiesystems verbunden sind.

Alternative Kraftstoffe und Antriebe

Alternative Kraftstoffe

Biodiesel / RME

• Was: Biodiesel ist ein angepasstes Pflanzenöl, ein aus Raps hergestellter Biodiesel etwa ist Raps Methyl Ester.
• Energiegehalt: 1 Liter Biodiesel entspricht etwa 0,9 Liter Diesel.
• Umweltvorteile: Im Unterschied zum fossilen Diesel ist Biodiesel schwefelfrei, frei von Benzol und anderen Aromaten sowie biologisch abbaubar. Bei der Verbrennung werden die CO- und CH-Emissionen je nach verwendeter Pflanze zwischen 20 und 80 Prozent reduziert, dafür steigt der NO_x-Anteil. Heute werden dem „normalen“ Dieselkraftstoff bis zu sieben Volumenprozent Biodiesel beigemischt.
• Perspektive: Angesichts der Problematik rund um das Thema Energiepflanzen sowie des Verbrennerverbots hat Biodiesel als Kraftstoff wohl keine Zukunft.

CNG / Erdgas

• Was: Compressed Natural Gas ist Erdgas.
• Energiegehalt: 1 Kilogramm CNG entspricht etwa 1,3 bis 1,5 Liter Benzin.
• Umweltvorteile: Erdgasoptimierte Motoren nutzen den Energiegehalt von bis zu 130 Oktan vollständig, wodurch bis zu 50 Prozent weniger Kraftstoff verbraucht wird als beim Fahren mit Benzin und gut 30 Prozent weniger als mit Diesel. Entsprechend geringer sind die CO₂-Emissionen, allerdings sind die Methanemissionen höher. Bio-CNG oder Bio-Methan wird das aus organischen Materialien oder synthetisch hergestellt und gilt als klimaneutral.
• Perspektive: Als fossiler Brennstoff hat CNG als Kraftstoff im Pkw-Bereich wohl keine Zukunft. Bio-CNG kann dagegen insbesondere als Kraftstoff für Lkw, Busse oder auch Schiffe interessant sein, wo es als BioLNG mit einem 600fach geringeren Volumen auch flüssig eingesetzt werden kann.

Ethanol

• Was: Ethanol ist ein aus Pflanzen gewonnener Alkohol.
• Energiegehalt: 1 Liter Ethanol entspricht etwa 0,7 Liter Benzin.
• Umweltvorteile: Das Reduktionspotential bei den direkten Emissionen hängt davon ab, aus welcher Pflanze das Ethanol gewonnen wird. Beim Zuckerrohr ist es mit 56 Prozent am größten, bei Weizen mit 12 Prozent am geringsten. Wegen des geringeren Heizwertes steigt der Verbrauch um etwa 30 Prozent gegenüber dem Fahren mit Benzin. Derzeit werden dem Superbenzin E5 bis zu 5 und dem Superbenzin E10 bis zu 10 % Ethanol beigemischt.
• Perspektive: Angesichts der Problematik rund um das Thema Energiepflanzen sowie des Verbrennerverbots hat Ethanol als Kraftstoff wohl keine Zukunft. [Foto © Ford Werke]

LPG / Flüssiggas

• Was: Liquified Petroleum Gas ist ein Gemisch aus Propan und Butan, das bei der Gas- und Ölförderung sowie in Raffinerien anfällt und als Kraftstoff für modifizierte Motoren genutzt werden kann.
• Energiegehalt: 1 Liter LPG entspricht etwa 0,82 Liter Benzin.
• Umweltvorteile: Im Vergleich zu einem Benziner werden die CO₂-Emissionen um bis zu 15 Prozent gesenkt und schädliche aromatische Kohlenwasserstoffe reduziert, im Vergleich zu Dieselfahrzeugen ergeben sich keine nennenswerten Vorteile. Bio-Flüssiggas wird synthetisch sowie aus pflanzlichen Rohstoffen hergestellt und gilt bei den direkten Emissionen als klimaneutral, wobei der Anbau von Energiepflanzen allerdings mehr als umstritten ist.
• Perspektive: Als Nebenprodukt der fossilen Brennstoffe hat LPG als Kraftstoff wohl keine Zukunft, was wegen des Verbrennerverbots auch für das Bio-LPG gilt.

E-Fuels

Electro Fuels oder Elektro-Kraftstoffe sind Brennstoffe, die mittels Strom aus Kohlendioxid und Wasserstoff synthetisch hergestellt werden. Dafür wird Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet und der erzeugte Wasserstoff mit Kohlendioxid kombiniert, um beim Power-to-Liquid flüssige Kohlenwasserstoffe für Benzin, Diesel oder Kerosin oder beim Power-to-Gas Methan zu erzeugen. Somit haben E-Fuels – das ist die Sammelbezeichnung für alle mit Strom hergestellten Kraftstoffe – das Potenzial, um im Straßenverkehr und vor allem im Schiffs- und Luftverkehr einen Beitrag zur Dekarbonisierung zu leisten.

Was rosig klingt, hat derzeit allerdings noch einige wesentliche Nachteile, wie beispielsweise sehr schlechte Wirkungsgrade wegen der Energieverluste bei der Umwandlung des Stroms und die insgesamt energieintensive Herstellung. Alles in allem befinden sich E-Fuels derzeit noch in der Pilotphase mit einer nicht absehbaren Markteinführung. Ob sie in Zukunft eine gewichtige Rolle spielen werden, ist unklar.

Alternative Antriebe

Bereits seit einiger Zeit ist die Elektromobilität auf dem Sprung zum Alltagsprodukt und einem der Antriebskonzepte der Zukunft. Strom hat als Antriebsmittel für einen Elektromotor bei den direkten Emissionen große Vorteile, da beim Betrieb des Motors nichts verbrannt wird. Die oft verkündete Klimaneutralität der Elektrofahrzeuge ist heute und auch auf weite Sicht allerdings eine Mär, da auch die Herstellung der Elektrofahrzeuge und die der Batterien nebst der Entsorgung vor allem letzterer emissionsfrei erfolgen muss, um eine Neutralität zu erreichen.

Zudem ist die Frage noch ungeklärt, wo und wie die Mengen des benötigten Stroms produziert werden, wie schnell die Infrastruktur für eine reibungslose Alltagstauglichkeit ausgebaut wird und wie die energieintensive Produktion und Entsorgung der Elektrofahrzeuge und insbesondere der Akkumulatoren klimaneutral bewerkstelligt werden kann. [Foto © RWE Power]

Auch ist Elektrofahrzeug nicht gleich Elektrofahrzeug, unterschieden werden die Fahrzeuge in Elektro, Elektrohybrid und Elektro-Plug-In-Hybrid, dazu kommen die Fahrzeuge mit Range Extender oder Brennstoffzelle.

Strom-Benzin-/Diesel-Hybridfahrzeuge

• Mild-Hybrid-Fahrzeuge oder mild Hybrid Electric Vehicle (mHEV)
  haben einen Verbrennungsmotor mit Benzin oder Diesel für den Antrieb sowie zur dessen Unterstützung beim Anfahren und Beschleunigen zusätzlich einen kleinen Elektromotor, der seine Energie in der Regel über eine Bremskraftrückgewinnung und ein Start/Stop-System bezieht. Rein elektrisch zu fahren ist nicht möglich und es darf auch nicht mehr als eine Kraftstoffeinsparung von vielleicht zwei Litern auf 100 Kilometer erwartet werden.
• Voll-Hybrid-Fahrzeuge oder strong Hybrid Electric Vehicle (sHEV)
  haben einen Verbrennungs- und einen Elektromotor für den Antrieb, wobei letzterer eher klein und lediglich auf niedrige Geschwindigkeiten und kurze Strecken ausgelegt ist. Der Elektromotor übernimmt zwar das Anfahren, vollständig rein elektrisch zu fahren ist aber nur für wenige Kilometer möglich. Die Energie für den Elektromotor wird über Leerlauf- und Bremskraftrückgewinnung sowie Start/Stop-System, aber auch durch Laden über den Verbrennungsmotor generiert.
• Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge oder Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV)
  haben neben einem Elektromotor und einen Verbrennungsmotor für den Antrieb, wobei der Elektromotor größer und für schnellere und weitere Fahrten ausgelegt ist. Die Energiegewinnung ist identisch zum Voll-Hybrid, wird aber durch das externe Laden des Akkus ergänzt.

Perspektive: Da die Hauptaufgabe bei jeder HEV-Technik die Unterstützung des Verbrennermotors ist, haben Elektro-Hybridfahrzeuge wohl eher keine Zukunft.

Strom mit Range Extender

Elektrofahrzeuge mit Range Extender oder Electrical Vehicle with Range Extender (E-REV) haben einen Elektromotor für den Antrieb und einen Verbrennungsmotor nebst Generator, der ausschließlich der Energieerzeugung dient. Ebenso vorhanden sind die Bordmittel zur Stromrückgewinnung, ein externes Laden des Akkumulators ist aber nicht möglich.

Perspektive: Da bei dieser Technik beim Verbrauch lediglich 2 bis 3 Liter auf 100 Kilometer und bei den Emissionen gut 10 bis 15 Prozent eingespart werden können, hat sie wohl keine Zukunft.

Strom

Reine Elektrofahrzeuge oder Battery Electric Vehicle (BEV) haben für den Antrieb ausschließlich einen Elektromotor. Neben den bereits bei den Hybridfahrzeugen genannten Bordmitteln zur Stromrückgewinnung wird ihr Akkumulator nur extern aufgeladen. Dadurch fahren Elektrofahrzeuge lokal zu 100 Prozent emissionsfrei.

Perspektive: Reine Elektrofahrzeuge haben das größte Potenzial für ein umweltfreundlicheres Autofahren, allerdings nur, wenn der Strom klimaneutral produziert werden kann.

Wasserstoff / Brennstoffzelle

Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle oder Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV) haben einen Elektromotor für den Antrieb und eine Brennstoffzelle nebst Wasserstofftank. Der Strom für den Antrieb wird in der Brennstoffzelle durch das Verbinden von Wasserstoff mit Luftsauerstoff erzeugt – bei der Umkehrung der Elektrolyse reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser – und die freiwerdende Energie zum größten Teil direkt an den Motor abgegeben und zum kleineren in einen Akku eingespeist, die als Puffer dient und Lastspitzen wie etwa beim Anfahren oder Beschleunigen abdeckt. Wie bei allen Elektrofahrzeugen wird die freiwerdende Energie zurückgewonnen und für das Laden des Akkumulators verwendet. Getankt wird der Wasserstoff klassisch an einer Tankstelle. Das Fahren mit Brennstoffzelle gilt lokal zu 100 % emissionsfrei. [Fotos © Toyota, © Hyundai]

Perspektive: Wasserstofffahrzeuge haben vielleicht das größte Potenzial für ein umweltfreundlicheres Autofahren, allerdings nur, wenn der Wasserstoff klimaneutral produziert werden kann.

Elektrofahrzeuge und speziell Wasserstofffahrzeuge haben aus heutige Sicht das größte Potenzial für ein umweltfreundlicheres Autofahren, allerdings nur, wenn der Strom beziehungsweise der Wasserstoff klimaneutral produziert werden kann. Genau das ist aber derzeit die große Unbekannte: Lässt sich in den nächsten 10 Jahren regenerativ so viel Strom erzeugen, um alleine in Deutschland die Akkus von 40 oder 50 Millionen Elektrofahrzeugen regelmäßig zu laden?

Immerhin erfasst das Kraftfahrtbundesamt für Anfang 2024 einen Bestand von 49,1 Millionen Personenkraftwagen und ein Trend zum Verzicht auf das eigene Auto ist keineswegs in Sicht – ganz zu schweigen von den 2,27 Milliarden Lastkilometern pro Jahr im Güterverkehr.