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03 | 2019

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Special Alternative

Special Alternative Antriebe zur Luftreinhaltung Benötigt werden E-Mobilität und synthetische Kraftstoffe Interview mit Ralf MarquardVorsitzender des Fachbeirats Antrieb und Energiemanagement der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik. Der Verbrennungsmotor erlebt turbulente Zeiten. In Zentrum der Kritik: der Dieselmotor. Die Fahrzeuge emittieren oft mehr Kohlendioxid und Stickoxide, als sie dürfen und Fahrzeughersteller angeben. Das kratzt am Image und hat Folgen: Städte verhängen Fahrverbote. Kohlendioxid ist „Klimakiller Nr. 1“. Stickoxide können Gesundheit und biologische Vielfalt gefährden. Als Lösung wird eine neue Mobilität beschworen, die E-Mobilität. Werden Fahrzeuge elektrisch angetrieben, treten dort, wo sie fahren, kaum Emissionen auf. Eine Alternative sind synthetische Kraftstoffe – im Idealfall hergestellt aus Wasserstoff und Kohlendioxid. Beide Ansätze haben Vorteile - und einen Nachteil: Sie brauchen, um klimaneutral zu sein, erneuerbare Energie. Sprich: Die gewünschte Transformation des Verkehrssystems braucht auch eine Energiewende! Ralf Marquard, Vorsitzender des Fachbeirats Antrieb und Energiemanagement der VDI- Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik Ralf Marquard Herr Marquard, braucht es neue Antriebe, damit die Luft sauberer und das Klima geschützt wird? Zuerst möchte ich festhalten, dass die meisten Angaben der Hersteller zu CO 2 - und NO x -Emissionen stimmen. Sie beziehen sich jedoch auf Testzyklen, die selten den täglichen Gebrauch der Fahrzeuge widerspiegeln. Und zu Ihrer Frage: Die Techniken sind grundsätzlich verfügbar und werden eingesetzt: Sie müssen sich nur im Markt etablieren. Es sind einmal elektrische Antriebe und auch weiterhin die Verbrennungsmotoren, wenn sie zunehmend mit synthetischen Kraftstoffen betrieben werden. Dies sind Kraftstoffe hergestellt aus Wasserstoff und Bioabfällen bzw. Kohlenstoff aus Industrieabfällen oder CO 2 aus der Umgebung. Es gibt also mehrere Möglichkeiten. Die Politik fokussiert auf die batteriegetriebene E-Mobilität. Dr. Ralf Marquard, Maschinenbauer. Hat mehr als 30 Jahre lang Motoren und Antriebssysteme in mehreren Unternehmen mitentwickelt: bei AVL in Graz, Österreich, bei MAN Diesel in Augsburg, bei MAN Truck and Bus in Nürnberg, der Deutz AG in Köln und als Geschäftsführer der FEV-Gruppe in Aachen. Seit Januar 2018 aktiv als selbständiger Berater. Das ist eine Option. Doch ich glaube, die Politik sieht hier manches zu einfach. Die E-Mobilität hat Nachteile: Batterien und E-Motor sind gemeinsam eindeutig schwerer als Verbrennungsmotor mit Tank und Inhalt. Sie verfügen auch noch über zu geringe Speicherfähigkeit und brauchen viel Platz. Außerdem wird sich eine Ladeinfrastruktur flächendeckend nicht so schnell wie gewünscht entwickeln. Doch die Batterietechnik ist ja schon alt … hat sich denn gar nicht viel verbessert? Stimmt. Das erste Fahrzeug, das die 100 km/h Grenze im Jahre 1899 überschritten hatte, war ein Elektrofahrzeug. Und bereits zur Olympiade 1972 in München gab es voll elektrische Fahrzeuge von deutschen Herstellern als Vorzeigeprojekte. In den 1990er hatten diese bereits Hybridautos im Produktprogramm. Man kombinierte also schon vor mehr als 20 Jahren den Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Antriebskonzept. Aber das hatte keinen Erfolg? Kommerziell nicht. Die Autos erzeugten keine Kaufreize. Lediglich Vertreter öffentlicher Einrichtungen kauften einige Fahrzeuge, um ihren Willen zum Umweltschutz auszudrücken. Der kommerzielle Erfolg kam erst vor zirka zehn Jahren mit Hybrid-Fahrzeugen japanischer Hersteller Wann halten Sie PKW mit reinem Batteriebetrieb für sinnvoll? Grundsätzlich für leichte und kleine PKW. Etwa als Zweitwagen in Innenstädten für kurze Wege mit vielen Stopps, also häufigem Abbremsen und Anfahren. Ideal ist dies auch bei leichten Lieferwagen. Zum Beispiel für Kurierdienste von Haus zu Haus. Oder bei Stadtbussen, die in einem begrenzten Umkreis fahren. Das wird ja auch schon vielerorts praktiziert. Dies ist auch physikalisch sinnvoll, weil das Elektromotorkonzept bei vielen Start und Stopps einfach besser ist als das Betreiben von Verbrennungsmotoren bei derselben Aufgabe. Und große Fahrzeuge? Für große Fahrzeuge und bei großen Distanzen ist eine Batterie zu schwer. Sie erhöht den Energiebedarf der Fortbewegung und reduziert das Nutzvolumen signifikant. Und ich glaube, der Traum, mit einem großen Familienauto mit einer Akkuladung 1.000 km weit zu kommen bei gewohntem Nutzungsprofil, wird auf lange Zeit unerfüllt bleiben. Die Kapazitäten der Batterien verdoppeln sich nicht alle zwei, drei Jahre, sondern in 10 bis 15 Jahren. Also kaum vor 2040 werden deren Kapazitäten so hoch sein, um Langstrecken locker bewältigen zu können. Wie sieht es aus mit Wasserstoff- Fahrzeugen? 12 UmweltMagazin März 2019

Alternative Antriebe zur Luftreinhaltung Special Hier wird der zum Betreiben der E-Motoren notwendige Strom direkt im in einer Brennstoffzelle im Fahrzeug erzeugt. Dies hat Vorteile gegenüber der Batterie: Der Wasserstoff, dicht komprimiert, hat eine höhere Energiedichte als vergleichbare Batterien. Mit dem gleichen Gewicht lässt sich also deutlich weiter fahren. Und es würde möglicherweise auch einfacher sein, Tankstellen mit Tanks für verflüssigten Wasserstoff auszurüsten als neue Stromtrassen zu bauen. Doch Wasserstoff brennt und ist explosiv! Für die notwendige Sicherheit gibt es Lösungen, die bei Demonstrationsanwendungen und auch in der Praxis einwandfrei funktionieren. Der US-amerikanische Lkw-Hersteller Nikola vertreibt Wasserstoff-Trucks in Nordamerika und will diese bald auch in Europa und Asien anbieten. Sind denn alternative Kraftstoffe die Lösung? Das halte ich für einen sehr sinnvollen Weg, rasch CO 2 -Emissionen zu senken. So lassen sich heute bereits synthetische Kraftstoffe bis zu 20 % fossilem Benzin oder Diesel zumischen, ohne dass Otto- und Dieselmotoren angepasst werden müssten. Langfristig kann man auch zu 100% synthetische Kraftstoffe für leicht veränderte Verbrennungsmotoren verwenden. Die Voraussetzung dafür ist allerdings ein Energiekonzept, dass Wasserstoff mit regenerativen Energien hergestellt wird und dass die Verbrennungsmotoren und Tanksystem im Detail angepasst werden. Schadstoffe im Abgas? Diese synthetischen Power-to-X-Kraftstoffe enthalten viel mehr Sauerstoff als Benzin oder Diesel. Sie verbrennen daher vollständiger, bilden nahezu keinen Ruß. Für die Stickstoffoxidminderung gibt es ja bereits heute entsprechende Wege der Abgasnachbehandlung. Und mit synthetischen Kraftstoffen werden diese weit weniger aufwändiger als heute bei Kraftstoffen aus fossilem Erdöl. Und die Grenzwerte? Enthielten Benzin oder Diesel 20 Prozent an synthetischem Kraftstoff, würden alle Autohersteller in Europa die CO 2 -Flottengrenzwerte für 2020 schon erreichen. Und die Ruß- und die NO x - Emissionen würden deutlich weiter sinken. Sie halten synthetische Kraftstoffe für die Lösung? Ja, insbesondere für den Verkehr, der große Entfernungen überbrückt sowie für Agrar- und Industriemotoren, Überseeschiffe und als Kerosinersatz für Flugzeuge. Für stadtnahe Fahrten und in Innenstädten eignet sich der elektrische Antrieb – sei es batteriegespeist oder aus der Brennstoffzelle. Doch beide Ansätze haben die gleiche Achillesferse? Ja, beide brauchen, um klimaneutral zu sein, enorm viel erneuerbaren Strom. Diese Transformation kann also nur schrittweise vorangehen, weil Produktionseinrichtungen zur Erzeugung regenerativer Energie, der Elektrolyse, um Wasserstoff zu erzeugen, sowie der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen geplant und ausgeführt werden müssen. Da würde es sehr helfen, würde die Europäische Union synthetischen Kraftsoff zum Betreiben von Verbrennungsmotoren als CO 2 -neutrale Lösung anerkennen. Dies ist heute nicht der Fall, weil viele Politiker nach wie vor glauben, dass Klimaneutralität nur durch Elektrofahrzeuge mit Batteriespeichern zu erreichen ist. Und die „Energiewende“ im Verkehr wird kosten? Ja, natürlich wird dies teurer sein, als Kraftstoffe aus fossilem Erdöl zu gewinnen. Aber ich spreche auch gerne von der „Energiechance“. Es wird Gewinner geben – und das weltweit: So kann erneuerbare Energie preisgünstig an sonnenbeschienene Küstengebiete etwa in Nordafrika, Chile, Australien, Indien oder Vietnam gewonnen werden. Wird dort dann auch Wasser elektrolytisch gespalten, könnte der Energieträger Wasserstoff per Schiff weltweit transportiert werden. Was ist mit LNG oder CNG? Beides ist heute größtenteils – ob flüssig oder gasförmig– ein fossiler Rohstoff, der beim Verbrennen CO 2 freisetzt. Ich halte dies daher eher für eine Übergangstechnik. Allerdings kann CNG auch als synthetischer Kraftstoff hergestellt oder aus biologischen Quellen gesammelt werden und wäre damit klimaneutral. Was halten sie dann von den beiden Flüssiggasterminals, die Wirtschaftsminister Altmaier vorschlägt? Ich halte den Vorschlag für gut, Terminals an Hochseeküsten einzurichten. Das gibt uns die Chance alternative Möglichkeiten der Energieversorgung über den Seeweg sicherzustellen. Dadurch ist man freier und flexibler im Vergleich zu einer Pipelineanbindung. Man sollte von Anfang an darauf achten, dass solche Terminals auch prinzipiell mit begrenztem Aufwand für den Umschlag von Wasserstoff bzw. synthetischen Kraftstoffen umgestellt werden können. Es scheint also in Zukunft mehrere Wege zu geben, sauberer voranzukommen. Was würden Sie Politikern empfehlen? Sie sollte vor allem Verkehrskonzepte fördern, die physikalisch die höchste Effizienz haben. Das sind einmal synthetische Kraftstoffe und im städtischen Verkehr Elektroantriebe mit Batterie oder Brennstoffzelle. Bedeutet moderne Mobilität weniger Individualverkehr? Nein. Ich glaube, der Mensch will sich individuell bewegen können. Und die Politik sollte hier nichts vorschreiben. Und das weltweit. Doch klar ist, in Innenstädten macht Autofahren keinen Spaß – auch nicht auf Autobahnen im Stau. Kommunen und Städte sind gefordert, bessere Konzepte für den öffentlichen Nachverkehr zu entwickeln. Der ÖPNV muss „easy to use“ sein. In Vorstädten braucht es großzügige Park & Ride-Möglichkeiten. Natürlich müssen Busse und Bahnen zuverlässig fahren. Der Ruf der Verkehrssysteme lebt von ihrer Verlässlichkeit. Auch Carsharing- Konzepte gehören zur Zukunft. Zudem sollten die Autobahnen bedarfsgerecht modernisiert und ausgebaut werden. Die deutschen Autohersteller zählen zu den besten weltweit. Was würden Sie denen ins Aufgabenbuch schreiben? Sie tun ja schon einiges. Sie investieren in Batterie- und Brennstoffzellentechnik. Und: Autos mit gleicher Fahrleistung werden tendenziell leichter: Es werden immer mehr Leichtbaustahl, Aluminium oder Verbundwerkstoffe eingesetzt, die Gewicht sparen ohne die passive Sicherheit des Fahrzeuges zu reduzieren. Aber klar, die deutsche Autoindustrie darf sich nicht ausruhen, sondern muss stetig neue Produkte entwickeln und in Serie bringen, die den Kunden Vorteile bei der täglichen Nutzung bieten sowie Faszination und Emotion bei künftigen Kunden hervorrufen. Das Interview führt Ralph H. Ahrens, Chefredakteur des UmweltMagazins UmweltMagazin März 2019 13

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