Durch immer strengere CO2-Grenzwerte in der EU, sind die Automobilhersteller gezwungen, innerhalb kürzester Zeit zu handeln, und den CO2-Ausstoß ihrer Fahrzeugflotten drastisch zu reduzieren. Die überwiegende Alternative Nummer eins hierfür ist die Elektromobilität. Allerdings macht diese momentan nur einen kleinen Verkaufsanteil an der Gesamtflotte aus.
In diesem Zusammenhang kommen die Synthetischen Kraftstoffe ins Spiel, auch "E-Fuels" genannt. Diese könnten das Potenzial bieten, einen Großteil der vorher genannten Ziele zu erfüllen. Die Herstellung dieser Kraftstoffe erfolgt mithilfe von Strom und Kohlenstoff. Vereinfacht dargestellt, wird bei dieser Methode Wasserstoff aus erneuerbarer Stromerzeugung hergestellt und mit Kohlendioxid zu einem treibhausneutralen Kohlenwasserstoff zusammengesetzt. Der große Vorteil ist, dass dieser Kraftstoff nur so viel CO2 ausscheidet, wie er vorher aufgenommen hat. Außerdem kann die bereits bestehende Infrastruktur, wie beispielsweise Tankstellen, Gaspipelines und bestehende Verbrennungsmotoren weitestgehend weiterverwendet werden. Somit können E-Fuels umgehend zu einer Verbesserung der CO2-Bilanz der Automobilhersteller beitragen.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Erkenntnisgewinn für die Automobilhersteller auszuarbeiten und herauszufinden, ob synthetische Kraftstoffe eine Alternative zur Elektromobilität darstellen können, oder diese nur eine Ergänzung sind.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ausgangslage und Problemstellung der Arbeit
1.2 Zielsetzung und methodisches Vorgehen der Arbeit
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Status Quo zum Stand der Zukunftstechnologien
2.1 Gesetzliche Gegebenheiten
2.1.1 Berechnung der Abgaswerte & Strafzahlungen
2.1.2 Ausnahmeregelungen
2.2 Grundlagen der „Synthetischen Kraftstoffe“
2.2.1 Power-to-Liquid
2.2.2 Power-to-Gas
2.2.3 Biomass-to-Liquid
2.3 Grundlagen der Elektromobilität
2.3.1 Battery electric vehicle (BEV)
2.3.2 Range Extended Electric Vehicle (REEV)
2.3.3 Hybrid electric vehicle (HEV)
3 Analyse der synthetischen Kraftstoffe und der Elektromobilität
3.1 Methodisches Vorgehen der Analyse
3.2 Synoptische Stärken-/Schwächenanalyse der Zukunftstechnologien
3.2.1 Wirkungsgrad/Effizienz
3.2.2 Wirtschaftlichkeit
3.2.3 Umwelteinflüsse
3.2.4 Infrastruktur
3.2.5 Synopse der Analyse
4 Schlussbetrachtung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die zentrale Forschungsfrage, ob synthetische Kraftstoffe (E-Fuels) für Automobilhersteller eine echte Alternative zur Elektromobilität darstellen oder lediglich als ergänzende Technologie fungieren können, um die strengen EU-Klimaziele zu erreichen.
- Gesetzliche Rahmenbedingungen der CO2-Regulierung in der EU.
- Technologische Grundlagen von E-Fuels (PtL, PtG, BtL) und Elektromobilität (BEV, REEV, HEV).
- Synoptische Stärken-/Schwächenanalyse hinsichtlich Wirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit, Umweltbilanz und Infrastruktur.
- Bewertung der Wettbewerbsfähigkeit und des Beitrags zur Erreichung der Emissionsvorgaben bis 2030.
Auszug aus dem Buch
2.2.1 Power-to-Liquid
Die Synthetischen Kraftstoffe, die auch „E-Fuels“ genannt werden, bestehen im Gegensatz zu Benzin und Diesel nicht aus Rohöl, sondern können aus Strom und CO2 gewonnen werden. Außerdem können sie in verschiedenen Formen auftreten, beispielsweise flüssig wie Benzin und Diesel oder gasförmig wie Erdgas. Im ersten Herstellungsverfahren wird die synthetische Herstellung von Benzin und Diesel, die auch als Power-to-Liquid bezeichnet wird, betrachtet. Damit die „E-Fuels“ zur Minderung des CO2-Ausstoßes führen, ist die wichtigste Bedingung, dass der Kraftstoff mit Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt wird. Erst dann besteht die Möglichkeit, dass durch die Verbrennung nur so viel CO2- ausgeschüttet wird, wie bei der Produktion gebunden wurde.
Die Funktionsweise von PtL (Power-to-Liquid) wird anhand der Abbildung 3 beschrieben. Das meistgenutzte Verfahren, um Synthetische Kraftstoffe herzustellen, ist das Fischer-Tropsch-Verfahren, das seit den 1920er Jahren bekannt ist und vor allem dazu genutzt wurde, um Kohle zu verflüssigen. Wie in der Abbildung zu erkennen ist, wird zuerst Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen, diese Energie wird dann genutzt, für die Spaltung von Wasser durch eine Elektrolyse. Der durch die Spaltung gewonnene Wasserstoff wird dann mit CO2, dass entweder aus der Luft, Industrieabgasen oder Biogas-Aufbereitung extrahiert werden kann, zu flüssigen Kohlenwasserstoffen synthetisiert. Die nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren gebildeten Kohlenwasserstoffe können nach einer weiteren Aufbereitung als E-Benzin, E-Diesel oder E-Kerosin genutzt werden. Ein großer Vorteil dieser E-Fuels ist, dass diese die gleichen Eigenschaften tragen wie ihre fossilen Pendants. Dadurch ist es möglich, die bereits vorhandene Infrastruktur, wie beispielsweise das Tankstellennetz, weiterhin zu nutzen. Außerdem können die momentanen Verbrennungsmotoren ohne Veränderungen E-Fuels nutzen, und bieten somit bereits eine Chance den CO2-Austoß der heutigen Fahrzeuge drastisch zu senken, denn bei der Verbrennung werden nur so viele Abgase ausgeschüttet, wie bei der Herstellung gebunden wurden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung definiert die Problematik der verschärften EU-Klimaziele und leitet die Forschungsfrage bezüglich der Rolle synthetischer Kraftstoffe als Alternative zur Elektromobilität ab.
2 Status Quo zum Stand der Zukunftstechnologien: Dieses Kapitel erläutert die gesetzlichen Rahmenbedingungen, definiert synthetische Kraftstoffe sowie deren Herstellungsverfahren und gibt einen Überblick über die verschiedenen Antriebsarten der Elektromobilität.
3 Analyse der synthetischen Kraftstoffe und der Elektromobilität: Hier erfolgt der direkte Vergleich beider Technologien anhand der Kriterien Wirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit, Umwelteinflüsse und Infrastruktur in Form einer Stärken-/Schwächenanalyse.
4 Schlussbetrachtung: Das letzte Kapitel diskutiert die Ergebnisse der Analyse, beantwortet die Forschungsfrage und zieht ein Fazit über das Potenzial und die Grenzen synthetischer Kraftstoffe.
Schlüsselwörter
Synthetische Kraftstoffe, E-Fuels, Elektromobilität, CO2-Regulierung, Klimaziele, Power-to-Liquid, Wirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit, Infrastruktur, Verbrennungsmotor, Batterietechnologie, Emissionsvorgaben, Nachhaltigkeit, Energiewende, Fahrzeugflotte.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, ob synthetische Kraftstoffe (E-Fuels) eine sinnvolle Alternative zur Elektromobilität für Automobilhersteller darstellen, um die gesetzlichen CO2-Flottenziele der EU zu erfüllen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Arbeit fokussiert sich auf die rechtlichen Anforderungen an die Autoindustrie, die technologischen Grundlagen verschiedener Kraftstoffherstellungsverfahren sowie die verschiedenen Konzepte elektrischer Antriebe.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist herauszufinden, ob E-Fuels als echte Alternative oder lediglich als Ergänzung zur Elektromobilität betrachtet werden können, um die CO2-Bilanz der Hersteller zu verbessern.
Welche wissenschaftliche Methode wird in der Arbeit verwendet?
Die Arbeit nutzt das methodische Konzept einer synoptischen Stärken-/Schwächenanalyse, um die beiden Zukunftstechnologien anhand definierter Kriterien direkt miteinander zu vergleichen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden neben den technischen Hintergründen die Kriterien Wirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit, Umwelteinflüsse und die vorhandene bzw. benötigte Infrastruktur detailliert analysiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Zu den zentralen Begriffen gehören E-Fuels, CO2-Regulierung, Elektromobilität, Nachhaltigkeit und Wirkungsgrad.
Warum ist der Wirkungsgrad bei E-Fuels laut der Analyse ein kritischer Faktor?
E-Fuels weisen einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad als rein batterieelektrische Fahrzeuge auf, da für ihre Herstellung und die anschließende Verbrennung im Motor ein Vielfaches an Energie benötigt wird.
In welchen Anwendungsbereichen sehen die Autoren eine Zukunft für E-Fuels?
E-Fuels bieten eine Brücke für Bereiche, in denen eine Elektrifizierung kurz- bis mittelfristig schwierig ist, wie beispielsweise im Luft- und Schiffsverkehr sowie im Schwerlasttransport.
- Quote paper
- Anonym (Author), 2019, Synthetische Kraftstoffe als Alternative zur Elektromobilität, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/591065
