Synthetische Brennstoffe: Irrweg oder Ausweg?

Gerade im Hinblick auf das globale Klimaproblem sollten synthetische Brennstoffe aus heutiger Sicht ein wesentlicher Teil der Lösung sein. Unter synthetischen Brennstoffen versteht man Brennstoffe, die auf Basis erneuerbarer Energien künstlich hergestellt werden und die fossilen Brennstoffe ersetzen können.

Eine deutsche Klimastrategie sollte diese und andere Energiewende-Technologien nicht daran messen, ob sie nationale Energieautarkie ermöglichen, sondern ob sie zur globalen Treibhausgasminderung beitragen können. Das betonen Dr. Harald Hecking und Franzjosef Schafhausen von ewi Energy Research & Scenarios im Interview.

Interview

Dr. Harald Hecking, Geschäftsführer von ewi ER&S und wissenschaftlicher Hauptgutachter der dena-Leitstudie „Integrierte Energiewende“

Welche Rolle spielen synthetische, klimaneutrale Brennstoffen wie E-Fuels für die  Energiewende in Deutschland?

Dr. Hecking: Zahlreiche aktuelle Energiewende-Studien kommen zu dem Ergebnis, dass das deutsche Klimaziel, die Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 bis 95 Prozent zu senken, nur erreicht werden kann, wenn synthetische, klimaneutrale Brennstoffe zum Einsatz kommen. Insbesondere für bestimmte Anwendungen in Luftfahrt, Güterverkehr und Industrie sowie zur Bereitstellung gesicherter Stromerzeugungsleistungen in kalten, dunklen, windarmen Wettersituationen sind synthetische Brennstoffe unabdingbar auf dem Weg zu einer klimaneutralen Gesellschaft und Volkswirtschaft. 

Welche Vorteile bieten die synthetischen Brennstoffe?

Schafhausen: Synthetische Brennstoffe ermöglichen es, bestehende Infrastrukturen wie Gasnetze, Mineralöllogistik oder Wärmenetze sowie Anwendungstechniken etwa in Heizungen, Fahrzeugen und Industrieanlagen langfristig weiter zu nutzen. Das führt zu geringeren Kosten, weniger Umbrüchen im Energiesystem und somit zu mehr Akzeptanz. Gleichzeitig verschließen sie nicht den Weg für Fortschritt und Marktwachstum bei alternativen Technologien.

Und was ist mit Effizienzsteigerung?

Dr. Hecking: Viele Szenarien unterstellen für Deutschland eine signifikante Senkung der Energienachfrage durch große Fortschritte bei der Effizienzsteigerung. Diese Annahme ist aber keineswegs gesichert. Und es ist denkbar, dass neue Technologien für eine zusätzliche, heute noch nicht absehbare Energienachfrage sorgen. Ein aktuelles Beispiel ist die Bitcoin-Technologie. Ein Energiesystem der Zukunft, das auch auf synthetischen Brennstoffen basiert, ist hinsichtlich der Nachfrage-Unsicherheiten deutlich besser skalierbar, als ein rein strombasiertes System.

Franzjosef Schafhausen, Senior Advisor bei ewi ER&S, bis 2016 Leiter der Abteilung „Klimaschutzpolitik, Europa und Internationales“ im Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit

Was sind synthetische Brennstoffe und warum sind sie klimaneutral?

Schafhausen: Synthetische Brennstoffe sind „künstliche“ Nachbauten ihres fossilen Pendants. Für die Herstellung wird elektrische Energie benötigt. Stammt diese ausschließlich aus erneuerbaren Quellen, ist der künstliche hergestellte Brennstoff weitgehend klimaneutral.

Und wie genau funktioniert die Herstellung?

Schafhausen: Der erste Prozessschritt besteht in der Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse mit Hilfe von Strom. Dieser Wasserstoff kann entweder direkt als Energieträger verwendet werden oder in einem zweiten Schritt unter Zufügung von Kohlenstoff zu einem synthetischen Brennstoff gewandelt werden. Entscheidend ist, dass für jeden Prozessschritt weitestgehend CO2-freier Strom benötigt wird – dabei sind allerdings auch Umwandlungsverluste zu berücksichtigen. Der Kohlenstoff wird entweder aus den Abgasen eines CO2-intensiven Produktionsprozesses – etwa aus der Eisen- und Stahlindustrie, aus der Zementproduktion oder aus der Chemischen Industrie - oder über ein spezielles Verfahren direkt aus der Luft gewonnen. Beide Wege benötigen allerdings eine zusätzliche Energiezufuhr. Insgesamt benötigt die Produktion einer Einheit an synthetischem Brennstoff schätzungsweise 1,3 bis 2,1 Einheiten Strom.

Ist es denn dann überhaupt sinnvoll, erneuerbaren Strom zur Erzeugung synthetischer Brennstoffe zu verwenden?

Schafhausen: Kritiker bemängeln, dass der Energieverbrauch über die gesamte Prozesskette bei synthetischen Brennstoffen extrem hoch sei. Technologien zur Direktstromnutzung wie E-Autos oder Wärmepumpen würden allerdings höhere Wirkungsgrade erzielen. Da die Flächenpotenziale für Erneuerbare Energien in Deutschland begrenzt sind, folgern die Kritiker, dass der Einsatz von synthetischen Brennstoffen nur im Ausnahmefall erfolgen und die Direktstromnutzung Priorität haben sollte. 

Dr. Hecking: In diesem Argument schwingt der Autarkiegedanke mit. Es scheint die Vorstellung vorzuherrschen, dass die deutsche Energieversorgung der Zukunft allein auf heimische Erzeugungspotenziale für erneuerbare Energien gestützt werden müsste. Energieimporte seien auf ein Minimum zu reduzieren. Aber nationale Energieautarkie als klima- und energiepolitisches Ziel führt die Energiewende national und vor allem global betrachtet in eine Sackgasse. 

Wo soll der E-Strom denn herkommen, wenn nicht aus heimischen Windparks?

Dr. Hecking: Im globalen Maßstab gibt es weit mehr Potenzial für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien als weltweit auch in Zukunft nachgefragt werden wird. Das Problem ist ein anderes: Sonnen- und Windstrom können nicht annähernd zur richtigen Zeit oder am richtigen Ort erzeugt werden, um den Energiebedarf von Industrie, Gebäuden und Verkehr zu decken. Mit anderen Worten: Was nützen die besten Windstandorte etwa in Äthiopien oder Burkina Faso, wenn der Strom in Chinas Industriebetrieben, im E-Auto in den USA oder für Wärmepumpen in Deutschland benötigt wird? 

Der erneuerbare Strom müsste also über weite Strecken transportiert werden. Wie soll das funktionieren?

Schafhausen: Genau da kommen die synthetischen Brennstoffe ins Spiel, denn sie sind der Elektrizität in entscheidenden Punkten überlegen – technisch und wirtschaftlich: Aufgrund der hohen Energiedichte von Molekülen ist es einfacher, sie zu speichern und zu transportieren, als Elektronen. Außerdem kann die bereits heute etablierte und über Jahrzehnte für fossile Energieträger erfolgreich erprobte Infrastruktur für die klimaneutralen Brennstoffe künftig einfach weiterbenutzt werden.

Was spricht außerdem dafür bei den Erneuerbaren auf die globale Dimension zu setzen?

Dr. Hecking: Synthetische Brennstoffe könnten neue Chancen für Staaten eröffnen, deren Geschäftsmodell heute noch auf fossilen Rohstoffen beruht: Um die Pariser Klimaziele umzusetzen, muss der Großteil der fossilen Rohstoffvorräte dauerhaft im Boden bleiben. Für die Erdöl-, Erdgas- und Kohle-Exportierenden Länder bedeutet das nicht anderes als eine Entwertung ihrer Ressourcen. Die Herstellung und der Export synthetischer klimaneutraler Brennstoffe könnte eine Alternative für diese Länder bieten.

Sie plädieren also für eine globale Energie- und Klimastrategie? Was sind die wichtigsten Eckpfeiler?

Dr. Hecking: Eine globale Klimastrategie sollte technologieoffen und verlässlich sein. Das hat den Vorteil, dass keine Branche von Vornherein aufs  Abstellgleis geschoben wird. Die Öl- und Gasbranche etwa kann mit ihrer Kapitalkraft und ihrem großem Know-how dringend benötigte Innovationen für klimaneutrale Lösungen entwickeln. Kommt dagegen heute das Signal, dass es ein Enddatum für fossil betrieben Motoren oder Heizungen gibt und prinzipiell nur noch strombasierte Technologien eine Zukunft haben, wird sich auch die Forschung und Entwicklung nur noch auf diese gewünschten Technologien richten. Die Folge wäre eine unnötige ökonomische wie technologische Verengung, die wesentliche Innovationspotenziale von Vornherein ausschließt.

Schafhausen: Dies ist aber auch kein Geheimnis. Die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen ist doch der von der Weltgemeinschaft beschlossene eindeutige Beleg dafür, dass dem weltweiten Klimawandel nur mit einem global abgestimmten und konsequent wirksamen internationalen Klimaschutzregime begegnet werden kann. In diesem Sinne bietet etwa das Paris Abkommen von Dezember 2015 die Basis für ein zugleich effektives wie effizientes abgestimmtes Vorgehen. Die Dimension der Herausforderung gebietet es meines Erachtens innovative Technologien und Konzepte nicht von Vorneherein auszuschließen. Dies wäre auch ökologisch fatal