Alternative Kraftstoffe

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Übersicht über Alternativen zu Benzin und Diesel

Damit sich ein Fahrzeug fortbewegen kann, benötigt es mechanische Energie. Diese wird bei konventionellen Fahrzeugen nahezu ausschließlich durch die Verbrennung von Benzin und Diesel erzeugt. Diese Kraftstoffe sind jedoch nur in einer endlichen Menge verfügbar und bei ihrer Verbrennung entstehen Schadstoffe und klimaschädliches CO2. Aus diesen Gründen müssen alternative Kraftstoffe für den Betrieb von Fahrzeugen gefunden werden. Man unterscheidet hier zwischen anderen fossilen Brennstoffen, flüssigen Biobrennstoffen und gasförmigen Energieträgern. Die Umwandlung von anderen Energien wie beispielsweise pneumatischer, hydrostatischer oder kinetischer Energie haben in absehbarer Zukunft praktisch keine Bedeutung ^[1].

Diese Kraftstoffe lassen sich bezogen auf ihre Leistungsdichte, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit bewerten.

Leistungsdichte

Die Leistungsdichte eines Kraftstoffes ist vor allem für die Reichweite des Fahrzeuges entscheidend. Hierbei unterscheidet man zwischen der volumetrischen Leistungsdichte, also wie viel Platz im Fahrzeug für den Kraftstoff vorgesehen werden muss, und der gravimetrischen Leistungsdichte, also wie schwer der Kraftstoff bei einem gegebenen Energiegehalt ist.

Abbildung 1 zeigt verschiedene Leistungsdichten unterschiedlicher Energieträger. Deutlich wird hier, dass vor allem die Batterien im Vergleich zu den Kraftstoffen deutliche Nachteile haben, da ihre Leistungsdichte um den Faktor 10 geringer ist.

Abbildung 1: Leistungsdichte verschiedener Energieträger Quellen der Daten: ^[2],^[3],^[4]

Power-to-Gas

Unter der Begriff Power-to-Gas versteht man ein Verfahren mit dem durch Elektrolyse Wasserstoff mithilfe elektrischer Energie erzeugt wird und teilweise durch eine nachgeschaltete Methanisierung CO2 gebunden und Methan gewonnen wird. Dieses Methan kann dann vollständig in das Erdgasnetz eingespeist werden ^[5].

Umweltfreundlich und energetisch sinnvoll ist dieses jedoch nur, wenn für die Produktion der Gase regenerativer Strom verwendet wird, der sonst nicht genutzt werden kann, wie z.B. bei starkem Wind. Ist dies jedoch der Fall, handelt es sich um einen klimaneutralen Kraftstoff. Sowohl Wasserstoff als auch Methan können für den Betrieb in Fahrzeugen verwendet werden. Aufgrund der bereits vorhandenen Infrastruktur für Erdgas, empfiehlt sich momentan vor allem Methan. Aufgrund der geringen volumetrischen Leistungsdichte, wird für die Verwendung im Automobil das Methan auf einen Druck von 200 bar verdichtet (CNG). Bereits heute gibt es serienreife Fahrzeuge die Methan als Kraftstoff verbrennen. Das momentan verwendete CNG besteht jedoch im Moment noch zu größten Teil aus fossilem Erdgas. Eine wirtschaftliche Produktion von Methan auf diesem Weg ist momentan noch nicht gegeben, da es momentan nur Versuchsanlagen gibt ^[6].

Eine weitere Möglichkeit Methan zu produzieren ist die Zersetzung organischen Materials unter Sauerstoffabschluss in Biogasanlagen. Hierbei entsteht ein Mischgas was je nach Ausgangsstoff ca. zur Hälfte aus Methan, zu einem Drittel aus CO2 und der Rest aus Stickstoff, Sauerstoff und anderen Gasen zusammensetzt. Allein in Deutschland waren 2012 ca. 7500 Biogasanlagen in Betrieb - Tendenz steigend ^[7]. Das anfallende CO2 kann zur Methanisierung von Wasserstoff genutzt werden.

Wasserstoff kann neben der Verbrennung in einem Hubkolbenmotor auch in einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischen Stroms an Bord eines Autos genutzt werden. Die Brennstoffzelle steht jedoch noch am Anfang ihrer Entwicklung und ist momentan noch nicht wirtschaftlich in ihrem Einsatz im Automobil. Der Vorteil von Wasserstoff im Vergleich zu einer Batterie ist das deutlich höhere Leistungsgewicht (vgl. Abb.1).

Biogene Brennstoffe

(auch kurz Biobrennstoff)

Unter diesen Überbegriff fallen alle Kraftstoffe biologischer-organischer Herkunft, wie zum Beispiel Rapsmethylester (RME). Dieser Kraftstoff wird aus Rapsöl gewonnen und stellt einen großen Anteil am Biodiesel. Aufgrund seiner Ähnlichkeit zum normalen Diesel, kann dieser Brennstoff mit geringem technischen Aufwand in normalen Dieselmotoren verwendet werden. Problematisch hierbei ist jedoch, dass die Anbauflächen für Raps in direkter Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion stehen und die Anbauflächen in Deutschland nicht ausreichen um den Bedarf zu decken. Der ökologische Gewinn ist zudem durch die Verwendung von Schädlingsbekämpfungs- und Düngemitteln äußerst fraglich.

Auch unter diesen Begriff fallen die Alkohole, wie z.B. Ethanol. Ethanol wird momentan schon in großen Mengen in Brasilien aus Zuckerrohr gewonnen und dort als Kraftstoff verwendet. Auch in Deutschland gibt es schon jetzt ein Zumischung zum normalen Benzin, da sich Ethanol sehr ähnlich verhällt ^[8].

Der Anbau lohnt sich wirtschaftlich und ökologisch jedoch nur in tropischen Regionen, da für die Gewinnung des Ethanols große Mengen Energie aufgewendet werden müssen, die z.B. in den USA vorwiegend aus fossilen Brennstoffen stammen. Auch konkurrieren hier die Anbauflächen mit der Lebensmittelproduktion.

Aus diesem Grund wird momentan an synthetischen Agrokraftstoffen geforscht. Hierbei wird entweder die ganze Pflanze oder aber nur biologische Abfälle wie z.B. Stroh verwendet. Dadurch steht dieser Kraftstoff nicht in direkter Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln und die Ausbeute pro Fläche ist höher. Die wirtschaftliche Produktion von biogenen Brennstoffen ist momentan nur mit Subventionen darstellbar ^[9]. Dafür liegt die Leistungsdichte der Kraftstoffe auf Niveau der fossilen Brennstoffe.

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