Eine
Frage
der Gesamt-
effizienz
Autos, die mit importierten, aus erneuerbaren Energien hergestellten,
synthetischen Kraftstoffen angetrieben werden, haben eine ähnlich gute
Energie-Gesamtbilanz wie Elektromobile, die in Deutschland mit heimischem
Grünstrom fahren. Zu diesem Ergebnis kommt eine aktuelle Studie von
Frontier Economics.
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Dirk Arne Kuhrt und Gerhard Walter

er Studientitel klingt sehr akademisch: „Der Effizienzbegriff in der klimapolitischen Debatte zum Straßenverkehr“. Doch die Aussage der jüngsten Studie von Frontier Economics bringt es klar auf den Punkt und dürfte die Energie- und Mobilitätsdebatte hierzulande stark beeinflussen: Autos, die mit grünen synthetischen Kraftstoffen angetrieben werden, sind bei gesamtheitlicher Betrachtung genauso effizient wie Autos mit Batterieantrieb. Entscheidend sind die Einbeziehung der weltweit nutzbaren Erzeugungspotenziale von erneuerbaren Energien sowie die Energieumwandlungsstufen, die bei den erneuerbaren Energien beginnen und bei der Nutzung verschiedener Antriebstechnologien enden. Diese gesamtheitliche technische Effizienzbetrachtung führt dazu, dass – je nach Anwendungsfall – entweder batteriebetriebene Fahrzeuge (BEVs) oder auch mit synthetischen Kraftstoffen angetriebene Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICEVs) jeweils die Nase vorn haben können – allerdings nur leicht. Ein klares Bild zugunsten oder zulasten einer einzelnen Technologie ergibt sich aus der gesamtheitlichen Effizienzanalyse jedenfalls nicht. Im Vergleich zu Untersuchungen aus der Vergangenheit ist genau das die neue zentrale Erkenntnis: Bisher kannte man Wirkungsgrad-Werte in der Größenordnung von 70 Prozent bei BEV gegenüber 13 Prozent bei ICEV. Der Technologiewettbewerb schien klar entschieden. Das Problem: Beide Pkw-Antriebe mit Einsatzort in Deutschland wurden bilanziert unter Berücksichtigung einer EE-Stromerzeugung ebenfalls in Deutschland. Bei dieser (konventionellen) Sichtweise haben die weltweit erreichbaren und enorm hohen Volllaststunden von EE-Anlagen jedenfalls keine Rolle gespielt.
Aber genau das wäre für einen Technologie-Vergleich überhaupt erst sinnvoll; eine an der deutschen Landesgrenze endende Effizienz-Bilanzierung ist es dagegen jedenfalls nicht, zumal die weltweiten EE-Potenziale bekanntermaßen mit klimaneutralen, auf Basis von grünem Wasserstoff hergestellten Kraftstoffen für jede Ecke auf unserem Globus kostengünstig und problemlos nutzbar gemacht werden können. Kein Wunder also, dass dringender Bedarf an einem neuen, ganzheitlichen Untersuchungsansatz bestand.
Die neue Studie erfasst also nun in ihren Berechnungen gerade auch die Unterschiede von Wind- und Solarenergiepotenzialen, die je nach Region und Standort ganz erheblich sein können. So produziert eine in Deutschland aufgestellte Solaranlage jedes Jahr nur rund 40 Prozent der Strommenge, die eine vergleichbare Anlage in Nordafrika liefern kann. Dieser höhere Stromertrag kann dazu verwendet werden, Wasserstoff oder synthetische Kraftstoffe direkt vor Ort herzustellen und sie dann nach Europa und Deutschland zu transportieren.

Der Standort bestimmt den Ertrag  
„Ein wichtiger Bestandteil unserer gesamtheitlichen Analyse ist, dass wir die Stromentstehung aus erneuerbaren Energien berücksichtigen, das heißt, wir berücksichtigen den Stromertrag von Solar- und Windkraftanlagen an unterschiedlichen Standorten und übersetzen diesen in eine ‚Stromertragseffizienz‘. Wir erweitern damit den konventionellen technischen Effizienzbegriff bewusst. Konventionell wird zum Beispiel die technische Energieeffizienz von Photovoltaikanlagen (PV) als Verhältnis von Solareinstrahlung einerseits und Stromerzeugung andererseits ermittelt (in kWh). Diese konventionelle Betrachtung berücksichtigt allerdings nicht, dass eine PV-Anlage in Deutschland einen anderen Stromertrag erzielt als an vielen anderen Standorten in der Welt, beispielsweise in Nordafrika, dem Nahen Osten oder Australien. Diese Standortabhängigkeit der Erträge unterscheidet die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ganz entscheidend von der konventionellen Stromerzeugung zum Beispiel in Erdgas- oder Kohlekraftwerken, aber auch von anderen Umwandlungsstufen wie Elektrolyse oder Syntheseverfahren. Eine derart massive Standortabhängigkeit gibt es bei diesen Technologien nicht. Vor diesem Hintergrund ist für unsere Betrachtung entscheidend, welche nutzbare Endenergie zum Beispiel aus einem Windrad oder einer PV-Anlage generierbar ist“, sagt Dr. Jens Perner, Studienleiter beim Beratungsunternehmen Frontier Economics und Mitautor der Studie, die im Auftrag von UNITI Bundesverband mittelständischer Mineralölunternehmen und dem Mineralölwirtschaftsverband (MWV) verfasst wurde.
Alle Umwandlungsstufen beachten  
Co-Autorin Theresa Steinfort fügt hinzu: „So lässt sich auch berechnen, wie viele PV-Anlagen beziehungsweise Windanlagen erforderlich sind, um einen durchschnittlichen Pkw in Deutschland mit einer Fahrleistung von circa 14.000 Kilometern pro Jahr mit erneuerbarem Strom zu betreiben. Unsere Analyse zeigt: Wird der Strom zum Beispiel in PV- oder alternativ mit Windkraftanlagen in Nordafrika hergestellt und wird damit über die PtL-Route ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor in Deutschland betrieben, ist dort letztlich eine installierte PV-Leistung von 6 kW oder Wind-Leistung von 3 kW erforderlich. Im Vergleich dazu würde ein batterie­-elektrisches Fahrzeug mit dieser Fahrleistung eine in Deutschland installierte PV-Leistung von 5,7 kW oder Wind-Leistung von 2,3 kW benötigen. Weltweitgibt es viele Standorte mit sehr viel Sonne und Wind, die zu Flüssigkraftstoffen umgewandelt leicht transportierbar und für beispielsweise Deutschland nutzbar gemacht werden können. Ladestrom ist dagegen absehbar auf das Vorkommen erneuerbarer Energien in Deutschland oder Zentraleuropa angewiesen, wo die erzielbaren Stromerträge im Durchschnitt deutlich geringer ausfallen.“
Denn: Damit batterieelektrisch angetriebene Fahrzeuge tatsächlich klimaneutral über die Straßen rollen, muss also der grüne Strom vor Ort, in Deutschland, erzeugt werden. Doch trotz weiteren Ausbaus der erneuerbaren Energien gibt es hierzulande Probleme, den heimischen grünen Strom überall und zu jedem Zeitpunkt dort hinzubringen, wo er gerade benötigt wird. Außerdem steht nicht nur der deutsche Pkw-Verkehr in der Reihe der Nachfrager nach grünem Strom.
In diese Lücke stößt die Importfähigkeit von strombasierten Kraftstoffen, die an hochertragreichen Standorten von Wind- und Solarstrom produziert werden. Wenn Wasserstoff mithilfe von Wind- oder Sonnenenergie etwa in Nordafrika, Australien oder Südamerika in großen Mengen hergestellt und in synthetische Kraft­stoffe umgewandelt wird, können die flüssigen klimaneutralen Energieträger per Schiff nach Europa und Deutschland transportiert werden. Anders als beim flüssigen Wasserstoff müssen die Transport- und Lagertanks dabei nicht auf minus 253 Grad gekühlt werden. Die importierten synthetischen grünen Kraftstoffe sind in der Lage, Autos mit Verbrennungsmotor, von denen heute rund 47 Millionen auf deutschen Straßen rollen, klimaneutral anzutreiben, ohne den Motor technisch anpacken zu müssen. Gleiches gilt für sämtliche Arten von Nutzfahrzeugen, Lkw, Schiffen und Flugzeugen. Außerdem: Die bereits vorhandene europäische und deutsche Infrastruktur kann weiter genutzt werden.
Achtung: Weitere Einflüsse Laut der Frontier-Studie lassen bisherige Analysen zum Effizienzvergleich von Elektromobilität und erneuerbaren Kraftstoffen darüber hinaus weitere wichtige energiewirtschaftliche Aspekte außer Acht: E-Mobile müssen auch dann geladen werden können, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht. In einem zu 100 Prozent erneuerbaren Stromsystem wird ein gewisser Anteil des Stroms für batterieelektrische Fahrzeuge daher auch über den Umweg der Zwischenspeicherung, zum Beispiel über Wasserstoff, der dann in Gaskraftwerken wieder in Strom umgewandelt wird, zur Verfügung gestellt werden müssen. Und: In den konventionellen Analysen wird häufig nicht berücksichtigt, dass Fahrzeuge zusätzlich Energie zur Kühlung und insbesondere auch zur Heizung des Innenraums benötigen.
Für Perner basiert die derzeitige Debatte zur Energieeffizienz zu einem großen Teil auf der Vorstellung einer weitgehend nationalen Energieautarkie unter der ausschließlichen Nutzung von inländisch erzeugter erneuerbarer Energie für alle Verbrauchssektoren. „Doch dieser auf Deutschland fokussierte Blick ignoriert, dass sich die sogenannten PtL-Produkte mit ihrer hohen Energiedichte unter atmosphärischen Umgebungsbedingungen, wie Normaldruck und üblichen Umgebungstemperaturen, ohne großen technischen und energetischen Aufwand über weite Distanzen transportieren lassen.“ Flüssige grüne Energieträger wie E-Fuels machen es somit möglich, dass weltweit vorhandene und im Vergleich zu Deutschland deutlich höhere Erzeugungspotenziale bei der Wind- und Sonnenkraft nahezu unabhängig von ihrem geografischen Standort nutzbar gemacht werden können.
Achtung: Weitere Einflüsse  
Laut der Frontier-Studie lassen bisherige Analysen zum Effizienzvergleich von Elektromobilität und erneuerbaren Kraftstoffen darüber hinaus weitere wichtige energiewirtschaftliche Aspekte außer Acht: E-Mobile müssen auch dann geladen werden können, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht. In einem zu 100 Prozent erneuerbaren Stromsystem wird ein gewisser Anteil des Stroms für batterieelektrische Fahrzeuge daher auch über den Umweg der Zwischenspeicherung, zum Beispiel über Wasserstoff, der dann in Gaskraftwerken wieder in Strom umgewandelt wird, zur Verfügung gestellt werden müssen. Und: In den konventionellen Analysen wird häufig nicht berücksichtigt, dass Fahrzeuge zusätzlich Energie zur Kühlung und insbesondere auch zur Heizung des Innenraums benötigen.
Für Perner basiert die derzeitige Debatte zur Energieeffizienz zu einem großen Teil auf der Vorstellung einer weitgehend nationalen Energieautarkie unter der ausschließlichen Nutzung von inländisch erzeugter erneuerbarer Energie für alle Verbrauchssektoren. „Doch dieser auf Deutschland fokussierte Blick ignoriert, dass sich die sogenannten PtL-Produkte mit ihrer hohen Energiedichte unter atmosphärischen Umgebungsbedingungen, wie Normaldruck und üblichen Umgebungstemperaturen, ohne großen technischen und energetischen Aufwand über weite Distanzen transportieren lassen.“ Flüssige grüne Energieträger wie E-Fuels machen es somit möglich, dass weltweit vorhandene und im Vergleich zu Deutschland deutlich höhere Erzeugungspotenziale bei der Wind- und Sonnenkraft nahezu unabhängig von ihrem geografischen Standort nutzbar gemacht werden können.
Effizienz grüner Energie nutzen  
In Chile ist das erste konkrete Projekt zur Produktion von synthetischen Kraftstoffen im großen Stil für Pkw gestartet. Beteiligt sind unter anderem Porsche, Siemens Energy und ExxonMobil. Ein ähnliches Projekt – eine PtX-Anlage mit deutscher Beteiligung – entsteht in Saudi-Arabien; und auch Marokko gilt als potenzieller Kandidat zur Produktion von grünem Wasserstoff und E-Fuels mittels Ökostrom. Dazu MWV-Hauptgeschäftsführer Professor Christian Küchen: „Wir müssen im Blick behalten, dass Strom derzeit nur gut 20 Prozent des deutschen Endenergiebedarfs deckt. Zwar steigt der Anteil der klimafreundlichen Wind- und Photovoltaikanlagen an der Stromproduktion weiter an, trägt aber derzeit insgesamt lediglich rund 6 Prozent zur gesamten Energieversorgung bei.“ Und er ergänzt: „Deutschland wird daher auch in Zukunft substanziell auf Energieimporte angewiesen sein, um seinen Energiebedarf zu decken. Damit diese Importe erneuerbar sind, müssen jetzt die Weichen gestellt werden. Die ausgeglichene gesamtheitliche technische Effizienz von klimaneutralen synthetischen Kraftstoffen und Elektromobilität, wie in der Studie von Frontier Economics dargelegt, zeigt, dass die Festlegung allein auf die batterieelektrische Variante im Straßenverkehr ein großer Fehler wäre.“ Mit Blick auf die gesamtheitliche Effizienzanalyse sei demzufolge nur eine Schlussfolgerung möglich: „Eine Diskussion, die nur auf den Standort Deutschland für die Produktion synthetischer Kraftstoffe schaut, ist nicht erfolgversprechend. Vielmehr muss über Energieimporte und langfristige strategische Partnerschaften mit Staaten und Regionen gesprochen werden, in denen Wind- und Sonnenenergie deutlich wirtschaftlicher nutzbar gemacht werden können.“
Regulatorisch werden synthetische Kraftstoffe hierzulande von der Politik allerdings nach wie vor benachteiligt: Während batteriegetriebene Fahrzeuge mit Kaufprämien staatlich gefördert und bei der Berechnung der CO2-Flottengrenzwerte als Null-Emissions-Fahrzeug gewertet werden, gelten diese Vorteile für den Verbrenner, der klimaneutral mithilfe von E-Fuels bewegt werden kann, nicht.
UNITI-Hauptgeschäftsführer Elmar Kühn appelliert an die politischen Entscheider: „Vor dem Hintergrund, dass im Jahr 2030 hierzulande weiterhin mehr als 35 Millionen Pkw mit Verbrennungsmotor unterwegs sein werden, ist nun eine Politik auf Landes-, Bundesebene und der EU gefragt, die alle Optionen zum Klimaschutz im Verkehr einbezieht – einschließlich der aus grünem Strom hergestellten erneuerbaren Kraftstoffe.“ Dazu könnte eine Änderung der Flottenregulierung ebenso gehören wie Quoten für synthetische grüne Kraftstoffe. Es sei an der Zeit, dass der ganzheitliche Effizienzbegriff in den Gremien und in den Parlamenten Einzug hält. „Nur durch Technologieoffenheit können die Klimaziele tatsächlich auch erreicht werden.“
„Der Effizienz-
vergleich von
batteriegetriebenen Fahrzeugen und Autos, die
mit synthetischen Kraftstoffen
angetrieben werden, muss neu bewertet werden.“

Dr. Jens Perner, Leiter der Studie bei Frontier Economics
„Es gibt hier­zulande Probleme, den grünen Strom überall dort hinzubringen, wo er gerade benötigt wird.“
Theresa Steinfort, Co-Autorin
Ganzheitlicher Blick:
Importierte, aus grünem Strom hergestellte
synthetische Kraftstoffe sind eine sinnvolle Ergänzung zur E-Mobilität – und helfen, die Klimaschutzziele zu erreichen.
Gewaltiges Potenzial:
An Wüstenstandorten könnten PV-Anlagen die Energie für die Produktion synthetischer klimaneutraler Kraft- und Brennstoffe liefern.
Die Studie zum
Effizienzbegriff in der klimapolitischen
Debatte zum Straßenverkehr steht unter
www.uniti.de zum Download bereit.