Vergleich von Treibstoffen und Antriebssystemen – Teil 1/6

Die steigenden Mobilitätsbedürfnisse der Menschen und die Endlichkeit der Rohstoffe werden dazu führen, dass alternative Kraftstoff- und Antriebsysteme schneller entwickelt werden müssen. Damit einhergehen erhebliche ökologische Herausforderungen. Die Politik hat auf nationaler und EU-Ebene verschiedene CO2-Reduktionsziele für den Verkehrssektor festgeschrieben.

Der Verkehr in Deutschland verursacht seit 2000 den größten Endenergieverbrauch. 2012 betrug dessen Anteil 28 %. Die verkehrsbedingten CO₂-Emissionen im Straßenverkehr sind nach Angaben des Umweltbundesamtes von 144,5 Mio. t im Jahr 2008 auf 147,9 Mio. t im Jahr 2011 angestiegen.

Aktuell wird überwiegend die E-Mobilität gefördert. Ob das der richtige Weg ist oder wir derzeit Bioenergieformen subventionieren, die die Treibhausgasemissionen am Ende erhöhen und nicht senken, wurde im Folgenden untersucht. Es ist an der Zeit, dass die Biokraftstoffkriterien auch auf Biomasse und alle Antriebssysteme ausgeweitet werden.

Noch müssen nur Biokraftstoffe sich der zentralen Herausforderung „Tank-Teller-Debatte“ stellen. Längst gibt es ein Verfahren „Biokraftstoff der 3. Generation“, das diese Debatte überflüssig macht. Ein besonderer Schwerpunkt wurde in der Entwicklung darauf gelegt, dass die Produktion entlang der gesamten Wertschöpfungskette alle geforderten Kriterien weit übertrifft, sowohl in der Vermeidung negativer Landnutzungsänderung als auch in der Sicherstellung der Nahrungsmittelversorgung.

Die „Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung“ (Biokraft-NachV) beinhaltet verbindliche Nachhaltigkeitskriterien für Biokraftstoffe und Vorgaben zum Nachweis der Nachhaltigkeit. Die EU-Richtlinie 2009/28/EG für erneuerbare Energien gibt vor, wie hoch die Treibhausgasminderungen von Biotreibstoffen im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen ausfallen müssen.

Die Reduktionsziele der EU lauten:

• Bis 2016: 35 % = max. 54,0 g CO_2eq/MJ (Gramm CO₂ Äquivalent pro Mega Joule)
• Ab 2017: 50 % = max. 41,9 g CO_2eq/MJ
• Ab 2018: 60 % = max. 33,5 g CO_2eq/MJ

In dieser Untersuchung „Vergleich von Treibstoff en und Antriebssystemen“ wurden Verbrauch, Nachhaltigkeit, Kosten und Infrastruktur von Biokraftstoffen und fossilen Treibstoffen verglichen. Aber auch der Elektroantrieb und die Bereitstellung der Primärenergie wurden unter gleichen Bedingungen der Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) untersucht.

Der Vergleich der Systeme untersucht sowohl die „Tank to Wheel“ als auch die „Well to Wheel“-Situation.

Folgende Untersuchung durchleuchtet und vergleicht verschiedene konventionelle und alternative Treibstoffe und Antriebskonzepte: Einerseits vom Tank bis Rad, sogenannte „Tank to Wheel“ (TTW) und andererseits von der Rohstoffgewinnung (Energieträger) bis Rad „Well to Wheel“ (WTW) in Bezug auf:

1. Energieverbrauch (TTW)
2. Energiegehalt
3. Energieverbrauch (WTW)
4. Wirtschaftlichkeit
5. CO₂-Emissionen
6. Infrastruktur

Aus der großen Anzahl von dargestellten Fahrzeugkonzepten werden im weiteren Verlauf dieser Untersuchung folgende Fahrzeugvarianten genauer beschrieben:

• Konventionelles Fahrzeug mit modernem Otto- und Dieselmotor
• Konventionelles Fahrzeug mit Verbrennungsmotor Bioethanol
• Konventionelles Fahrzeug mit Verbrennungsmotor Biomethan
• Batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (Stromnetz)

Biodiesel wurde in die Untersuchung nicht mit einbezogen, da für Biodiesel ab 2015 gemäß den gesetzlichen Bedingungen der Biokraft-NachV und der indirekten Landnutzungsänderung  (iLUC – Erneuerbare-Energien-Richtlinie, Renewable Energy Directive RED, 2009/28/EG) höchstwahrscheinlich noch keine praktischen Techniken zur Verfügung stehen, bzw. die Alternativen aus Algen- oder BtL-Kraftstoffe wirtschaftlich noch nicht wettbewerbsfähig sein werden.

Als Referenzfahrzeug diente der smart fortwo. Er ermöglicht zurzeit den objektivsten Vergleich zwischen konventionellen und alternativen Antrieben. Als einziges Model ist er serienmäßig mit drei verschiedenen Antriebskonzepten, als Benziner, Diesel und als elektrisches Model, am Markt erhältlich. Die Messungen zum Verbrauch wurden unter Alltagsbedingungen bei unterschiedlichen Wetterbedingungen durchgeführt.

Antrieb	Leistung	Verbrauch pro 100 km
Benzin	52 kW	4,9 l
Diesel	40 kW	4,5 l
Elektromotor	35 kW (Nennleistung)	26,5 kWh
Bioethanol E85 (FFV)	52 kW	6,35 l
Biomethan	50 kW	7,9 l

Für die Berechnung der Verbrauchswerte dienten Angaben von Privatpersonen, eigenen Versuchsfahrten und Fachzeitschriften, z. B. Auto Motor Sport, Auto Bild und ADAC.

Autor: Bernhard Ahlers

Vergleich von Treibstoffen und Antriebssystemen

• Teil 1: Einführung
• Teil 2: Energieverbrauch und Energiegehalt
• Teil 3: Wirtschaftlichkeit
• Teil 4: CO2-Emissionen
• Teil 5: Infrastruktur
• Teil 6: Resümee und Zusammenfassung

Über den Autor:
Bernhard Ahlers betreibt seit dem Jahr 2001 eigene Forschung, Entwicklung und Projektplanung im Bereich der regenerativen Energien, insbesondere neuer Technologien für die Produktion von Biokraftstoffen. Im Jahr 2012 wurde im Namen von Bernhard Ahlers ein Patent unter dem Titel „Biokraftstoff der 3. Generation auf Basis von div. Agrarprodukten ohne Flächen- und Lebensmittelkonkurrenz“ eingetragen.