Bedeutung flüssiger Energieträger für die Energiewende

Flüssige Energieträger wie Benzin werden weiterhin benötigt. Eine nahezu treibhausgasneutrale Alternative zu fossilen Flüssigkeiten sind „E-Fuels“. Ihre Perspektiven in der Energiewende hat Prognos für die Verbände der Mineralölwirtschaft untersucht.

Treibhausgasneutrale flüssige Energieträger können erzeugt werden, indem erneuerbarer Strom mit Hilfe von Elektrolyse-Wasserstoff und Kohlenstoff in einen flüssigen Energieträger (Power-to-Liquid, PtL) umgewandelt wird. Der Kohlenstoff kann etwa aus der Luft oder aus Biomasse gewonnen werden (Power-and-Biomass-to-Liquid, PBtL). Diese sogenannten E-Fuels sind für eine weitgehend klimaneutrale Energieversorgung aus heutiger Sicht unverzichtbar.

Zudem könnten sie in Zukunft aus Sicht der Verbraucher in bestimmten Anwendungen preislich mit treibhausgasneutralen Strom-Angeboten konkurrieren – und wären anschlussfähig an die heute vorhandene Infrastruktur.

Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie im Auftrag der Verbände der Mineralölwirtschaft, die Prognos zusammen mit Fraunhofer UMSICHT und dem Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) erstellt hat.

Schematische Darstellung des Fischer-Tropsch-Verfahrens zur Erzeugung von PtL (Quelle: Darstellung aus der Studie)

Prognos hat den zukünftigen Bedarf an flüssigen Energieträgern in zwei Szenarien abgeschätzt. Dabei wurde von einem begrenzten Ausbau erneuerbarer Energien im Inland und einer nur „wie bisher“ wachsenden Energieeffizienz ausgegangen.

Das Ergebnis: Im Jahr 2050 benötigt allein der internationale Luft- und Schiffsverkehr Deutschlands ca. 550 Petajoule Energie. Wird PtL als Lösungsstrategie in allen Sektoren eingesetzt, werden bis zu 2000 Petajoule gebraucht. Weitere rund 500 Petajoule könnten Rohstoff für die Chemie sein.

Zusammen entspricht das rund 60 Millionen Tonnen klassischer Raffinerieprodukte. Zum Vergleich: Der heutige Mineralölabsatz in Deutschland liegt bei rund 110 Millionen Tonnen (2016). Die nachfolgende Abbildung zeigt für das Szenario PtX 95 mit ambitioniertem Klimaschutz (Reduktion der Treibhausgase um 95 %), wie hoch der Bedarf an PtL ausfallen könnte.

1 PJ (Petajoule) = 1012 Kilojoule (Quelle der Grafik: Abbildung aus der Studie)

Da PtL-Energieträger gut speicher- und transportierbar sind, können sie in den sonnen- und windreichen Regionen der Welt - günstiger als in Deutschland - erzeugt werden. Für synthetisches Rohöl, das mit PtL-Technologie im Ausland gewonnen wird, erwarten die Autoren im Jahr 2050 inflationsbereinigt Produktionskosten von ca. 1,30 Euro pro Liter. Unter sehr günstigen Bedingungen wären auch 70 Cent pro Liter erreichbar.

Damit kann PtL für Verbraucher je nach Anwendung gegenüber rein strombasierten Lösungen auch preislich wettbewerbsfähig sein. Voraussetzung hierfür ist ein groß-industrieller Einstieg in die PtL-Technologie, damit die in der Studie angenommenen Lerneffekte erzielt und Kosten gesenkt werden können. Zudem sollte PtL zudem so effizient wie möglich eingesetzt werden.

Erheblicher Kapitaleinsatz und internationale Kooperationen nötig

Um diese Vorteile der flüssigen Energieträger für die deutsche Energiewende nutzbar zu machen, sind aber zwei komplexe und kapitalintensive Vorhaben nötig: Der Bau von großen Wind- sowie Solarparks einerseits und andererseits die Errichtung von integrierten Produktionsanlagen aus Kohlendioxid-Abscheidung, ggf. Meerwasserentsalzung, Elektrolyse und Synthese. Hierzu bedarf es erheblichen Kapitaleinsatzes und internationaler Kooperation.

Roadmap für die Markteinführung

Zu Markteinführung empfehlen die Studienautoren unter anderem eine Roadmap zu entwickeln, Forschungs- und Entwicklungskapazitäten auszubauen und einen allmählichen, aber stetigen Markthochlauf anzustreben. Hierfür seien – je nach Phase – verschiedene regulatorische und ökonomische Maßnahmen und Instrumente geeignet und notwendig.

Unternehmen und Wissenschaft sind gefragt, Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen zu erhöhen und Optionen zu entwickeln. Insbesondere die Kohlendioxidabscheidung aus der Luft, die Elektrolyse und Synthese sind wichtige Forschungsfelder.

Hintergrund

E-Fuels basieren auf Power-to-Liquid (PtL)-Technologien. Dabei wird Strom aus erneuerbaren Energien mithilfe von Elektrolyse-Wasserstoff und einer Synthese mit Kohlenstoff in flüssige Energieträger umgewandelt. Dabei handelt es sich um die derzeit aussichtsreichsten Verfahren, um flüssige Energieträger großindustriell treibhausgasneutral zu produzieren.

Wie sich schrittweise CO2-neutrale flüssige Energieträger herstellen lassen, zeigt der Zwischenbericht der Untersuchung auf.

Zur Studie "Status und Persektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende" (PDF)

Autorinnen & Autoren: Jens Hobohm, Alex Auf der Maur, Hans Dambeck, Dr. Andreas Kemmler, Sylvie Koziel, Sven Kreidelmeyer, Dr. Alexander Piégsa, Paul Wendring (Prognos AG), mit, Benedikt Meyer (UMSICHT), Dr. rer. nat. Andreas Apfelbacher (UMSICHT), Martin Dotzauer (DBFZ), Dr. Konstantin Zech (DBFZ)