Das Auto & die Umwelt

Die Frage nach dem Miteinander des umweltschädlichen Autofahrens und eines umweltbewussten Alltags beschäftigt Politik wie Stammtische seit Jahrzehnten. Fakt ist, dass jeder gefahrene Kilometer eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor zur Umweltbelastung beiträgt, aber auch, dass es eine Gesellschaft ohne Individualverkehr nicht gibt und eine Wirtschaft ohne Güterverkehr auf der Straße nicht funktioniert. Jetzt haben sich die EU-Mitgliedstaaten darauf verständigt, dass ab 2035 im Raum der Europäischen Union neuzugelassene Fahrzeuge kein CO₂ mehr ausstoßen beziehungsweise nur noch Neuwagen zugelassen werden dürfen, die beim Fahren CO₂-emissionsfrei sind. Aber mit welchem Kraftstoff kann ein Fahrzeug dann noch fahren oder welchen Antrieb kann es haben?

Bei der Verbrennung fossiler Brennstroffe wie Benzin, Diesel oder Gas entstehen unter anderem die Schadstoffe Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid sowie flüchtige Kohlenwasserstoffe, Stickoxid und Feinstaub. Beim Verbrennen eines Liters Benzin – gemeint sind alle Ottokraftstoffe – werden etwa 2 Kilogramm CO₂eq* freigesetzt, beim Diesel wegen des höheren Anteils der Kohlenstoffatome sogar gut 2,6 Kilogramm. Die summieren sich bei allein fast 50 Millionen zugelassenen Personenkraftwagen auf 146 Millionen Tonnen im gesamten Verkehrssektor, womit im Jahr 2023 gut 22 Prozent der Treibhausgasemissionen in Deutschland durch den Verkehr verursacht werden.

* Um die Emissionswerte und Klimadaten direkt vergleichen zu können, werden die Treibhausgase entsprechend der jeweiligen Klimawirksamkeit in CO₂-Emissionen mit den Faktoren CO₂ × 1, CH₄ × 23 und N₂O × 296 umgerechnet und in CO₂-Äquivalenten (CO₂eq ) angegeben.

Die Frage nach einer Alternative zu den fossilen Kraftstoffen wie Benzin und Diesel ist im Grunde recht einfach zu beantworten, ganz im Gegensatz zur Frage, welche Kraftstoffe und Antriebe wirklich eine Alternative in Bezug auf ein umweltfreundlicheres Autofahren sind. Das liegt daran, dass bei einem Vergleich immer die Gesamtemissionen aus direkten plus indirekten Emissionen berücksichtigt werden müssen, die mit der Nutzung eines Systems verbunden sind.

  • Direkte Emissionen treten am Ort der Energieumwandlung auf, also an einem Kraftfahrzeug ortungebunden beim Verbrennen von Kraftstoff.
  • Indirekte oder vorgelagerte Emissionen treten bei der Bereitstellung des Energieträgeres auf, 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.

Alternative Kraftstoffe

Biodiesel ist ein angepasstes Pflanzenöl – aus Raps hergestellter Biodiesel etwa Raps Methyl Ester –, wobei 1 Liter dem Energiegehalt von etwa 0,9 Liter Diesel entspricht. Im Unterschied zum fossilen Diesel ist der Biodiesel schwefelfrei, er enthält kein Benzol und keine anderen Aromaten und ist biologisch abbaubar. Bei der Verbrennung im Fahrbetrieb werden die CO- und CH-Emissionen je nach verwendeter Pflanze und wieder bezogen auf den fossilen Diesel zwischen 20 und 80 Prozent reduziert, dafür steigt der NOₓ-Anteil. Stand heute** gibt es keine Serienfahrzeuge für Biodiesel, allerdings fahren Kraftfahrzeuge mit Dieselkraftstoff B7 mit bis zu sieben und mit Diesel B10 mit bis zu zehn Volumenprozent dem Kraftstoff beigemischtem Biodiesel.

🔜 Auf lange Sicht hat der Biodiesel als Kraftstoff wohl keine Zukunft.

   Biodiesel

 

Erdgas oder Compressed Natural Gas ist ein natürlich entstandenes Gasgemisch aus vor allem Methan, bei dem 1 Kilogramm dem Energiegehalt von etwa 1,3 bis 1,5 Liter Benzin entspricht. Erdgasoptimierte Motoren nutzen den Energiegehalt von bis zu 130 Oktan optimal, wodurch bis zu 50 Prozent weniger Kraftstoff verbraucht wird als beim Fahren mit Benzin und gut 30 weniger als mit Diesel. Entsprechend geringer sind die CO₂-Emissionen, die Methanemissionen allerdings höher. Bio-CNG oder Bio-Methan wird aus organischen Materialien oder synthetisch hergestellt und gilt als klimaneutral. Serienfahrzeuge gibt es heute im PKW-Bereich keine mehr – siehe Kasten unten. Ob die Automobilindustrie in absehbarer Zeit gasoptimierte Verbrennermotoren für den Betrieb mit Bio-CNG oder PtG – dazu gleich mehr – anbieten wird, ist unklar. [Foto © Adam Opel AG]

🔜 Auf lange Sicht hat Erdgas als Kraftstoff wohl keine Zukunft.

Mit Beginn der 2000er Jahre gilt das Fahren mit Erdgas als eine große Chance für eine nachhaltigere Mobilität, heute stehen die Erdgasfahrzeuge vor allem für das Scheitern von Politik, Gasversorgern und Automobilindustrie, die Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor deutlich zu senken. Die Fahrzeuge und Technik werden ohne einheitliche Linie derart kompliziert präsentiert – Unterschied L-CNG, H-CNG, LNG und Biomethan oder monovalente und bivalente Fahrzeuge oder Berechnungen der Energiegehalte nach Kilowattstunden, Megajoule, Kilogramm und Liter –, dass den Autofahrern die Vorteile des CNG als Kraftstoff nicht ersichtlich werden und keine positive Resonanz am Markt erreicht wird. Hinzukommt, dass auch ausgelobte Ziele wie etwa ein breites Modellangebot oder aber 1000 Tankstellen in Deutschland nie erreicht werden. Schließlich nimmt wegen des ausbleibenden Absatzes ein Hersteller nach dem anderen nach und nach seine Serienfahrzeuge vom Markt.

   Erdgas CNG

 

ethanolEthanol ist aus Pflanzen mit hohem Zucker- oder Stärkegehalt gewonnener Alkohol, der als Reinkraftstoff E100 in modifizierten Motoren und als Mischkraftstoff E85 – 85 Prozent Ethanol und 15 Prozent Benzin – in Fahrzeugen genutzt werden kann, deren Ottomotor mit einem E85-Steuergerät ausgestattet ist. 1 Liter Ethanol entspricht dem Energiegehalt von etwa 0,7 Liter Benzin, das Potential, die direkten Emissionen zu reduzieren, 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 außerdem der Verbrauch beim Fahren mit E85 um etwa 30 Prozent gegenüber dem Fahren mit Benzin. Ethanolfahrzeuge waren in Deutschland immer ein Nischenprodukt. Heute gibt es keine Serienfahrzeuge für E85 oder E100 mehr, allerdings fahren Kraftfahrzeuge mit Superkraftstoff E5 mit bis zu fünf und Super E10 mit bis zu zehn Volumenprozent dem Kraftstoff beigemischtem Ethanol. [Foto © Ford Werke]

🔜 Auf lange Sicht hat das Ethanol als Kraftstoff keine Zukunft.

   Ethanol

 

Flüssiggas oder Liquified Petroleum Gas ist ein Gasgemisch aus Propan und Butan, das bei der Gas- und Ölförderung sowie in Raffinerien als Nebenprodukt anfällt und als Kraftstoff für modifizierte Motoren genutzt werden kann, wobei 1 Liter dem Energiegehalt von etwa 0,82 Liter Benzin entspricht. 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 aber umstritten ist. Heute bietet nur noch Dacia/Renault Fahrzeuge mit LPG ab Händler an.

🔜 Auf lange Sicht hat Flüssiggas als Kraftstoff wohl keine Zukunft.

   Flüssiggas LPG

 

Schon seit einiger Zeit und insbesondere seit dem Beschluss, dass alle Personenkraftwagen ab 2035 in der EU emissionsfrei unterwegs sein müssen, werden die E-Fuels als alternative Kraftstoffe für Verbrennermotoren ins Spiel gebracht. E-Fuels ist der Sammelbegriff für 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 oder PtL flüssige Kohlenwasserstoffe als Ersatz für Benzin, Diesel oder Kerosin oder beim Power-to-Gas oder PtG Methan als Ersatz für das Erdgas zu erzeugen.

Da E-Fuels in herkömmlichen Verbrennungsmotoren ohne größere technische Modifikationen eingesetzt werden können, haben sie durchaus das Potenzial, im Straßenverkehr – oder auch im schwer elektrifizierbaren Schiffs- und Luftverkehr – einen Beitrag zur Dekarbonisierung zu leisten. Was rosig klingt, hat einige Nachteile, wie beispielsweise einen sehr schlechten Wirkungsgrad wegen der Energieverluste bei der Umwandlung des Stroms in einen synthetischen Kraftstoff und die insgesamt energieintensive Herstellung. Heute sind E-Fuels nur in verschiedenen Test- und Pilotphasen verfügbar, eine flächendeckende Markteinführung ist nicht absehbar.

🔜 Ob die Automobilindustrie in Zukunft Verbrennermotoren für den Betrieb mit E-Fuels anbieten wird, ist unklar.

   E-Fuels PtL & PtG

Alternative Antriebe

Bereits seit einiger Zeit ist die Elektromobilität auf dem Sprung zu dem Antriebskonzept der Zukunft. Strom hat als Antriebsmittel für einen Elektromotor bei den direkten Emissionen große Vorteile, da beim Betrieb des Motors nichts verbrannt wird. [Foto © RWE Power]

Die oft verkündete Klimaneutralität der Elektrofahrzeuge ist heute und auch auf weite Sicht aber eine Mär, da dafür auch die Herstellung der Fahrzeuge und die der Batterien nebst der späteren Entsorgung emissionsfrei erfolgen muss. Zudem ist noch ungeklärt, wo und wie die Mengen des benötigten Stroms produziert werden sollen, wie schnell die Infrastruktur für eine reibungslose Alltagstauglichkeit ausgebaut wird.

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

Mild Hybrid Electric Vehicle haben einen Verbrennungsmotor für den Antrieb sowie zur Unterstützung beim Beschleunigen oder Anfahren einen kleinen Elektromotor, der seine Energie über Bremskraftrückgewinnung und ein Start/Stop-System bezieht. Rein elektrisch zu fahren oder den Akku extern zu laden, ist nicht möglich und mehr als eine Kraftstoffeinsparung von vielleicht zwei Litern auf 100 Kilometer darf nicht erwartet werden.

🔜 Da die Aufgabe der HEV-Technik lediglich die Unterstützung des Verbrennermotors ist, hat der Hybridantrieb wohl eher keine Zukunft.

   Mildhybrid mHEV

 

Strong Hybrid Electric Vehicle haben neben dem Verbrennungs- einen Elektromotor für den Antrieb, der aber auf kurze Strecken und niedrige Geschwindigkeiten ausgelegt ist. Rein elektrisch zu fahren ist nur für wenige Kilometer möglich. Die Energie für das Laden des Akkus wird über ein Rückgewinnungs- und Start/Stop-System, aber auch über den Verbrennungsmotor generiert. Den Akku extern zu laden, ist nicht möglich.

🔜 Da die Hauptaufgabe der HEV-Technik die Unterstützung des Verbrennermotors ist, hat der Hybridantrieb wohl eher keine Zukunft.

   Vollhybrid sHEV

 

Plug-In Hybrid Electric Vehicle haben einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor für den Antrieb, wobei letzterer größer und für schnellere sowie weitere Fahrten ausgelegt ist. Die Energiegewinnung ist identisch zum Voll-Hybrid, wird aber durch das externe Laden des Akkus ergänzt.

🔜 Da die Hauptaufgabe der HEV-Technik die Unterstützung des Verbrennermotors ist, hat der Hybridantrieb wohl eher keine Zukunft.

  Plug-in-Hybrid

 

Reine Elektrofahrzeuge oder Battery Electric Vehicle haben für den Antrieb ausschließlich Elektromotoren – kleine Modelle einen Motor für den Gesamtantrieb, größere Modelle auch einen Motor pro Achse oder Rad, also bis zu vier Motoren. Neben den bereits genannten Bordmitteln zur Stromrückgewinnung wird der Akkumulator nur extern aufgeladen.

🔜 Heute setzen immer mehr Automobilhersteller auf reine Elektrofahrzeuge, sodass der BEV-Technik erst einmal die Zukunft gehört.

   Vollelektro BEV

 

Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle oder Fuel Cell Electric Vehicles 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, der Tankvorgang dauert in der Regel gut 5 Minuten. [Fotos © Toyota, © Hyundai]

🔜 Obgleich bereits seit Jahrzehnten die Technik erforscht und erprobt und etliche Pilotfahrzeuge mit Brennsstoffzelle gebaut werden, gibt es heute nur zwei Serienfahrzeuge auf dem Markt. Grundsätzlich hat die FCEV-Technik dank schneller Tankvorgänge und großer Reichweiten beste Aussichten für die Zukunft.

   Brennstoffzelle FCEV

 

Elektrofahrzeuge mit Range Extender oder Electrical Range Extender Vehicle haben einen Elektromotor für den Antrieb und einen Verbrennungsmotor nebst Generator, der ausschließlich für die Energieerzeugung des Akkumulators sorgt. Neben dem ständigen Laden durch den Verbrennermotor sind die Bordmittel zur Rückgewinnung des Stroms während der Fahrt ebenso vorhanden, ein externes Laden des Akkus ist dagegen nicht möglich. Die Einsparung beim Verbrauch gegenüber dem klassischen Verbrennerantrieb liegt bei gut 2 bis 3 Litern auf 100 Kilometern, bei den Emissionen bei 10 bis 15 Prozent. [Foto © Nissan]

🔜 Wenn der Verbrennermotor mit einem synthetisch hergestellten Kraftstoff wie etwa PtL oder PtG betrieben wird, kann die EREV-Technik auch nach 2035 eine Zukunft haben.

   Range Extender EREV

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** Letzte Aktualisierung: August 2024. Weitere Aktualisierungen sind derzeit nicht vorgesehen.
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