Nachhaltige Kraftstoffversorgung: Was ergibt wirklich Sinn?

Mit der zunehmenden Begrenzung fossiler Kraftstoffe tritt die Mobilität auf Basis erneuerbarer Energien immer mehr in den Vordergrund. Doch wie kann der Bedarf möglichst flächenschonend gedeckt werden? Diese Frage hat sich das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) gestellt und dazu einige grundlegende Fakten gegenübergestellt. Den geringsten Flächenbedarf benötigt Photovoltaik für Elektroautos. Biodieseltreibstoff für Pkws mit Verbrennungsmotor verlangt eine 250-mal so große Fläche. Zugrunde gelegt wurde die durchschnittliche Fahrstrecke von rund 12.000 Kilometer im Jahr.

Für die Biodieselerzeugung wird eine Fläche von etwa 5.000 Quadratmeter – zum Rapsanbau – benötigt. “Bei der Multiplikation dieser Fläche mit der Zahl der Pkws auf deutschen Straßen wird klar, dass die verfügbaren landwirtschaftlichen Flächen bei weitem nicht ausreichen, um unsere Autos mit Biosprit zu versorgen”, erklärt ZSW-Vorstand Professor Werner Tillmetz.

Wie sieht es im Vergleich dazu mit der Elektromobilität aus? Das Ergebnis ist verblüffend: Für ein Elektroauto mit batterieelektrischem Antrieb genügt rein rechnerisch der Strom aus einer 20 Quadratmeter großen Photovoltaikanlage, um die gleiche Fahrleistung zu ermöglichen – das ist eine 250-mal geringere Fläche im Vergleich zum Biodiesel. “Die zu lösende Aufgabe bei der Elektromobilität: Wie kann ich die tages- und jahreszeitabhängige Stromerzeugung mit dem Stromverbrauch im Auto harmonisieren, da die Speicherkapazität auch moderner Batterien relativ begrenzt ist”, sagt Professor Werner Tillmetz.

Nutzt man die deutlich bessere Speicherkapazität von Wasserstoff – der aus PV-Strom über Elektrolyse erzeugt wird, verliert man an Effizienz – doch der Flächenvorteil im Vergleich zu Biodiesel liegt immer noch im Bereich des Faktors 100. Auch die Wasserstofferzeugung über Windenergie ist hoch attraktiv: Die von den Windkraftanlagen abgedeckte Fläche kann weiterhin landwirtschaftlich genutzt werden.

Der Grund für die extremen Flächenunterschiede liegt im Produkt aus den Wirkungsgraden der einzelnen Energiewandlungsstufen über die gesamte Energiekette: Von der Umwandlung der Sonnenstrahlung über die Biomasse oder direkt in Strom (PV) bis zum Wirkungsgrad des Antriebsstranges des Fahrzeuges. “Damit wird klar, dass nicht alle Technologien wirklich Sinn ergeben. Die verfügbaren Flächen, insbesondere die einheimischen, sind einfach begrenzt”, so Tillmetz.

Dass erneuerbare Quellen den Energiebedarf für die Elektromobilität ohne Probleme stillen können, zeigt eine Abschätzung für die prognostizierten eine Millionen Elektrofahrzeuge in 2020. Sie benötigen dann rund 1,6 Terawattstunden (TWh) Strom. Nach einer Studie des Bundesumweltministeriums werden erneuerbare Energien 2020 etwa 178 TWh Strom erzeugen – 2009 waren es 93 TWh. Nur knapp ein Prozent des aus erneuerbaren Energien erzeugten Stromes wird in 2020 also zum Betanken der Batterien der E-Fahrzeuge benötigt.

Das große Potenzial der Stromspeicher für eine nachhaltige Mobilität zu nutzen wird allerdings große Anstrengungen kosten. “Das elegante E-Mobil zieht viel Aufmerksamkeit auf sich, doch seine Zukunft hängt von einem äußerlich unscheinbaren Bauteil ab, dem elektrischen Kraftherz Hochleistungsbatterie”, so Tillmetz, der auch Leiter des ZSW-Geschäftsbereich Elektrochemische Energietechnologien ist. “Um die Batterien besser und leistungsfähiger zu machen, wird weltweit geforscht und entwickelt. Auch Deutschland muss hier aktiver werden. Wir brauchen eigene Produzenten und eine eigene Zulieferindustrie, um maßgeschneiderte Hochleistungsbatterien zu entwickeln. Sonst müssen wir die Schlüsseltechnologie aus Asien importieren.”Das ZSW gehört zu den renommiertesten Forschungsinstituten auf den Gebieten Photovoltaik, Energiesystemanalyse, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen. An den drei Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 170 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Sie erwirtschaften einen Umsatz von über 20 Millionen Euro.

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Tiziana Bosa
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
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