Geschäftsbericht 2020
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In einer batterieelektrischen Mobilitätswelt wären klassische Kraftstoffe überflüssig. Doch lässt sich der Energiebedarf des gesamten Verkehrssektors allein mit dem Stromnetz abdecken? Professor Dr. Michael Bargende von der Uni Stuttgart und Dr. Martin Berger, Vice President Corporate Research and Advanced Engineering bei MAHLE, sehen weitere Technologiepfade als Chance, um die Klimaziele zu erreichen.

Batterieelektrische Fahrzeuge sind derzeit in aller Munde. Marktforschern zufolge werden aber selbst in mehreren Jahrzehnten noch viele neu zugelassene Fahrzeuge einen Verbrennungsmotor an Bord haben. Wie passt das zusammen?

Bargende:
Ein gutes Beispiel für das Missverständnis, das dahintersteckt, ist die Ankündigung von General Motors, ab 2035 nur noch Fahrzeuge mit Antrieben ohne direkte Emissionen verkaufen zu wollen*. Das setzen viele mit einem Komplettumstieg auf E-Fahrzeuge gleich, wobei erstmal „aspiration“ „Hoffnung oder Bestrebung“ und nicht „Beschluss“ heißt. Zudem hat General Motors mitnichten gesagt, keine Verbrennungsmotoren mehr verkaufen zu wollen. Denn in Zukunft sind ja durchaus Autos mit Verbrennungsmotor denkbar, die lokale Schadstoff-Emissionen soweit vermeiden, dass keine Umweltrelevanz mehr besteht (sogenannte „zero-impact“-Emissionen). Und was die CO2-Emissionen betrifft, so sind Verbrennungsmotoren ja nicht untrennbar mit fossilen Kraftstoffen verbunden.

*Quelle: https://media.gm.com, „An aspiration to eliminate tailpipe emissions from new light-duty vehicles by 2035.“

Berger:
Dem kann ich nur beipflichten. Die Herausforderungen der lokalen Schadstoffemissionen sind mit der Abgasnorm Euro 6, spätestens aber mit Euro 7 unter allen denkbaren Randbedingungen gelöst. Wenn es aber um die Reduktionsziele der CO2-Emissionen geht, dann ist das Elektrofahrzeug gegenwärtig – insbesondere für den Gesetzgeber – das Maß aller Dinge. Diese Sichtweise verschiebt allerdings die Verantwortung für die CO2-Reduktion lediglich auf einen anderen Sektor. Das Problem wird dadurch nicht gelöst. Im Gegenteil muss die Energie ja irgendwo gewandelt und anschließend verteilt werden. Und bevor man den Verbrennungsmotor ganz verbietet, sollte man sich schon die Frage stellen, ob stattdessen der Verzicht auf fossile Kraftstoffe nicht sinnvoller ist. Zumindest sollten wir uns eine Technologieoffenheit bewahren.
Prof. Dr. Michael Bargende arbeitet an der Universität Stuttgart als Inhaber des Lehrstuhls Fahrzeugantriebe am Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS). Zugleich ist er Vorstandsmitglied am Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS). Vor seinem Wechsel an die Hochschule war er rund 17 Jahre lang in der Forschung und Entwicklung beim Daimler Konzern beschäftigt.
Die Produktions­kapazitäten wären längst da, würden Politik und Gesetzgeber synthetische Kraftstoffe als CO2-Minderungsmaßnahme anerkennen.
Wie könnte ein klimafreundliches Antriebskonzept unter Einbeziehung des Verbrennungsmotors aussehen?

Berger:
Das beginnt bereits hier und heute. Es gilt beispielsweise, die vorhandenen Plug-in-Hybridfahrzeuge richtig zu nutzen. Dazu braucht die Fahrerin oder der Fahrer ausreichend alltagstaugliche Möglichkeiten, die Batterie – die ja verhältnismäßig klein ausgelegt ist – immer wieder nachzuladen. Auf der anderen Seite muss den E-Fahrzeugen durchgängig erneuerbarer Strom zur Verfügung gestellt werden, denn sonst macht das Ganze aus Klimasicht ja keinen Sinn...
Bargende:
Meiner Überzeugung nach ist die Zukunft des Individualverkehrs zunächst einmal elektrisch. Aber was bedeutet das genau? Im urbanen Bereich werden wir mit hoher Wahrscheinlichkeit batterieelektrisch fahren. Denn hier sind die Menschen nicht unbedingt auf öffentliche Ladesäulen angewiesen. Viele Autofahrer können ganz einfach zu Hause laden, zum Beispiel an der Wallbox oder in der Tiefgarage. Außerhalb der Ballungsräume ist allerdings der logistische Aufwand rein batterieelektrischer Fahrzeuge zu hoch. Hier ist aus meiner Sicht ein Hybridantrieb aus Elektro- und Verbrennungsmotor die bessere Lösung, wenn der Verbrenner mit regenerativ erzeugten Kraftstoffen betrieben wird. Und wenn wir uns den Bereich der Nutzfahrzeuge ansehen, dann wird es selbst unter günstigsten Voraussetzungen schwer vorstellbar sein, einen batterieelektrisch angetriebenen 40-Tonner wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll von München nach Hamburg zu fahren. Hier werden wir auch in Zukunft auf chemisch gebundene Energieträger angewiesen sein.
Wenn wir es mit den Klimazielen im Verkehrssektor ernst meinen, dann führt – in Ergänzung zur E-Mobilität – kein Weg an der zusätzlichen Nutzung von synthetischen Kraftstoffen vorbei.
Dr. Martin Berger ist seit Januar 2020 Leiter des Bereichs Forschung und Vorausentwicklung im MAHLE Konzern. Zuvor war er fünf Jahre Leiter Engineering Services bei MAHLE Powertrain.
Welche klimafreundlichen Kraftstoffe sehen Sie im Vorteil?

Berger:
Das Wichtigste ist, nicht-fossile Kraftstoffe zu verwenden. Da gibt es zum einen Wasserstoff oder Ammoniak, die beide ohne Kohlenstoff auskommen. Das ist erst einmal gut, wenn es um CO2-Vermeidung geht. Allerdings handelt es sich um gasförmige Kraftstoffe, deren Energiedichte bezogen auf das Volumen eher gering ist. Um sie zu verwenden, müssen sie im Fall von Wasserstoff unter hohem Druck komprimiert oder unter großer Kälte verflüssigt werden, wodurch sie übrigens auch recht aufwändig zu lagern sind.
Also ist es besser, den Wasserstoff in einem zweiten Schritt zu E-Kraftstoffen zu verarbeiten?

Berger:
Das gilt zumindest für einen Teil der Anwendungen. Die besten Energieträger sind aus meiner Sicht kohlenstoffhaltige Kraftstoffe, die aus erneuerbarem Strom gewonnen wurden, etwa synthetisches Benzin oder Diesel, aber auch zum Beispiel Methanol. Sie sind unter normalen Temperaturen flüssig und man kann sie druckfrei abfüllen – so, wie wir es von fossilen Kraftstoffen gewohnt sind. Ihre Energiedichte ist hoch und sie lassen sich ganz einfach in Tanks lagern. Wenn zu ihrer Produktion der Kohlenstoff zuvor der Umwelt entzogen wurde, haben wir zugleich eine Kreislaufwirtschaft für CO2 geschaffen – es entstehen kaum zusätzliche CO2-Emissionen.
Was entgegnen Sie Zweiflern, die dagegenhalten, dass E-Kraftstoffe einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad haben – verglichen mit der direkten Verwendung von Strom in batterieelektrischen Antrieben?

Bargende:
Potenziell steht unserem Globus ja ein Vielfaches mehr an Sonnen- oder Windenergie zur Verfügung, als wir je brauchen werden. Die Frage nach dem Wirkungsgrad ist deswegen erst einmal sekundär. Vielmehr sollten wir danach fragen, wie wir die erneuerbar erzeugte Energie im großen Stil zu den Verbrauchern bringen. Genauso, wie die fossilen Vorräte fernab der meisten Industrieländer lagern, verhält es sich auch mit dem Potenzial der Erneuerbaren: Große Solarkraftwerke sind beispielsweise in Nordafrika oder auf der arabischen Halbinsel weitaus sinnvoller als in Europa.

Kundenparadoxon

Am Ende entscheidet der Nutzer. Doch aktuell sind die Erwartungen und Bedürfnisse im Individualverkehr noch stark von den Möglichkeiten eines Verbrenners geprägt.

ø 40 km

100 Prozent der Befragtenhaben eine durchschnittliche Fahrstrecke von 40 km am Tag

500 km

68 Prozent der Befragten erwarten rund 500 km Reichweite von ihren Fahrzeugen

< 800 €

67 Prozent der Befragten würden dafür bei einem Elektrofahrzeug aber nur maximal 800 € Mehrpreis akzeptieren (ggü. einem vergleichbaren Fahrzeug mit Verbrennungsmotor)

Reichweiten

So weit kommen Pkw heute nach jeweils fünf Minuten an der Zapf- beziehungsweise Ladesäule.

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Die Energiewende bedeutet also mitnichten mehr Autarkie für die Industrieländer...

Bargende:
Das Gegenteil ist der Fall. Aber wie bringen wir zum Beispiel den in Nordafrika produzierten Strom nach Europa? Mit einem Stromkabel – etwa durch das Mittelmeer – wird das nicht funktionieren, denn wir sprechen hier von Leistungen im Gigawattbereich. Also müssen wir vor Ort einen chemisch gebundenen Energieträger wie Wasserstoff, Ammoniak oder synthetischen Otto- oder Dieselkraftstoff produzieren. Wenn ich diesen dann zum Verbraucher transportiert habe, dann macht es ja keinen Sinn mehr, den Kraftstoff wieder zurück zu verstromen. Wir werden also in einer Welt, die vollständig auf erneuerbar gewonnener Energie basiert, auch weiterhin chemisch gebundene Energieträger haben.
Berger:
Nehmen wir mal die Europäische Union: Sie ist zwar einer der weltgrößten Wirtschaftsräume, importiert aber ungefähr zwei Drittel ihres Energiebedarfs, meist in Form von Öl und Gas. Wenn die EU-Länder das dadurch freigesetzte CO2 vermeiden wollen, dann müssen sie andere Energieformen importieren, denn selber können sie den Bedarf ja ganz offenkundig nicht abdecken. Die importierte Energie wird aber aus den von Professor Bargende gerade genannten Gründen nicht nur rein elektrisch sein können. Eine Möglichkeit wäre, sie gasförmig in Form von Wasserstoff oder synthetisch erzeugtem Erdgas zu speichern und durch Pipelines zu führen. Damit könnten wir übrigens eine bereits existierende Infrastruktur als Speicher nutzen: So ist etwa in Deutschland der größte vorhandene Energiespeicher derzeit das Gasnetz. Eine andere Möglichkeit ist, den Strom zu verflüssigen und als E-Kraftstoff in Tankern zu transportieren. Wenn die erneuerbar erzeugte Energie aber ohnehin schon chemisch gespeichert ist, dann kann man sie auch direkt im Verbrennungsmotor nutzen.
Wir sprachen ja bereits über den Wirkungsgrad. Ist ein wissenschaftlicher Well-to-Wheel-Vergleich von verbrennungsmotorischen und batterieelektrischen Fahrzeugen denn überhaupt möglich?

Bargende:
Nein, die Datenlage dafür ist unzureichend und wird der Komplexität dahinter nicht gerecht. Well-to-Wheel-Wirkungsgradstudien gibt es zwar viele, aber sie kommen alle zu unterschiedlichen Ergebnissen. Der Grund dafür ist, dass sie jeweils unterschiedliche Randbedingungen gesetzt haben. Es gibt aus meiner Sicht viel wichtigere Faktoren, um Technologien zu bewerten.
Und zwar?

Bargende:
Zum Beispiel den Kundennutzen. Also die Frage: Wieviel Kundennutzen bekomme ich für wieviel Geld? In urbanen Räumen bieten nach meiner Einschätzung Elektrofahrzeuge den größten Nutzen auch unter dieser Fragestellung. Auf längeren Strecken und im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge hingegen bieten Verbrennungsmotoren mit chemisch gebundenem Energieträger den größten Nutzen. Auf dieser Grundlage gilt es, die richtigen Fahrzeug- und Kraftstoffkonzepte zu entwickeln.
Nun haben wir viel in die Zukunft geschaut. Welche Vorteile können E-Kraftstoffe denn schon heute bieten?

Berger:
Der größte Vorteil von synthetisch hergestellten Otto- oder Dieselkraftstoffen besteht darin, dass wir sie direkt den fossilen Kraftstoffen beimischen können. Durch die Beimischung können wir mit dem klimafreundlichen Kraftstoff sofort in die Bestandsflotten kommen. Damit erreichen wir unmittelbar nahezu den gesamten Fahrzeugbestand weltweit – mit entsprechend hoher Hebelwirkung, was die Klimabilanz angeht.
Weltweit haben wir einen Bestand von etwa einer Milliarde Kraftfahrzeugen, die meisten davon mit Verbrennungsmotor.

Berger:
Es gibt sowohl unter ökonomischen als auch unter ökologischen Gesichtspunkten Technologiepfade, die dem Klima helfen. Deswegen sind wir der Meinung, dass man alle Möglichkeiten ausschöpfen sollte. Wir haben nicht die Zeit, um zu warten, bis es nur noch vollelektrische Fahrzeuge auf unseren Straßen gibt, die zu 100 Prozent mit Grünstrom fahren. Aus den gerade diskutierten Gründen wird es diesen Fall ja ohnehin auch mittelfristig nicht geben. Wenn wir es mit den Klimazielen im Verkehrssektor ernst meinen, dann führt – in Ergänzung zur E-Mobilität – kein Weg an der zusätzlichen Nutzung von synthetischen Kraftstoffen vorbei.
Wie können die dafür erforderlichen Produktionskapazitäten geschaffen werden?

Bargende:
Das ist keine technische, sondern eine politisch-wirtschaftliche Frage. Die Produktionskapazitäten wären längst da, würden Politik und Gesetzgeber synthetische Kraftstoffe als CO2-Minderungsmaßnahme anerkennen. Das haben sie bislang aber nicht getan. Solange vom Auspuff am Fahrzeug CO2 emittiert wird, wird es berechnet – auch wenn es zuvor aufwändig der Atmosphäre entzogen wurde. Die CO2-Emissionen aus dem Schornstein eines Kraftwerks, das aus fossilen Kraftstoffen Strom für Elektrofahrzeuge erzeugt, werden hingegen von der Abgasgesetzgebung ignoriert. Das passt nicht zusammen.
Berger:
Nach unseren Berechnungen würden E-Kraftstoffe in der Herstellung um etwa einen Euro pro Liter teurer sein als fossiles Benzin oder Diesel. Wenn der politische Wille da ist, dann kann diese Differenz mithilfe von Steueranpassungen oder der Anrechenbarkeit auf die Flottenemission ausgeglichen oder zumindest abgemildert werden. Ganz wichtig ist mir dabei: Es geht hier keinesfalls um die Verteufelung des Elektrofahrzeugs. Es geht vielmehr um einen fairen technologischen Wettbewerb.

Der Mix der Zukunft

Eine technologieoffene Diskussion um saubere Kraftstoffe bleibt wichtig für den Klimaschutz. Das belegt die Prognose der Verteilung von Antriebstechnologien bei Neufahrzeugen in den drei großen Märkten USA, China und der Europäischen Union im Jahr 2035.

Quelle: PwC, Digital Auto Report 2020
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