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Alternative Treibstoffe: Diesel der Zukunft

Alternativer Treibstoff: Der Schwerlast-Güterverkehr wird auf absehbare Zeit nicht ohne Diesel auskommen. Sprit aus erneuerbaren Rohstoffen bietet eine Alternative, um den Kraftstoffmix breiter aufzustellen und die Umwelt zu entlasten.

Elektromobilität hin und Hybridfahrzeuge her – fest steht, dass derlei Antriebskonzepte auf absehbare Zeit höchstens für den Liefer- und Stadtbusverkehr in Frage kommen. Nur dort sind sie wirtschaftlich oder zumindest annährend wirtschaftlich. Eine Studie des Mineralölkonzerns Shell und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) belegt die derzeit noch geringe Nachfrage nach alternativen Antriebstechnologien. Der Dieselmotor dominiert demnach mit 94 Prozent Anteil an der gesamten Nutzfahrzeugflotte. Betrachtet man allein schwere Nutzfahrzeuge, sind es sogar 99 Prozent. „Damit bildet der Selbstzünder das motortechnische Rückgrat des Güterkraftverkehrs, Dieselkraftstoff das energetische Rückgrat“, sagt Dr. Jörg Adolf, Chefvolkswirt von Shell. Gleichzeitig geht die Studie davon aus, dass der Gütertransport auf der Straße weiterhin kräftig zulegt. Liegt die Güterverkehrsleistung in Deutschland heute bei 670 Milliarden Tonnenkilometern, sollen es bis ins Jahr 2030 mehr als 1.000 Milliarden Tonnenkilometer sein. 70 Prozent davon bewältigt der Lkw, Tendenz leicht steigend. In der EU soll die Transportleistung im gleichen Zeitraum um 50 Prozent auf 3.400 Milliarden Tonnenkilometer zulegen. Ohne Lastwagen geht es also nicht – gelangen Lebensmittel und Konsumgüter nicht in die Regale der Supermärkte. Er bleibt das flexibelste und zuverlässigste Gütertransportmittel. „Notwendigkeit und Nutzen des Straßengüterverkehrs für die Güterverteilung und Versorgung der Bevölkerung sind weiterhin unbestritten“, erklärt Projektleiter Lischke vom DLR. Entsprechend wächst der Bestand an Nutzfahrzeugen. Damit drohen die Belastungen für Mensch und Umwelt zuzunehmen. Der Gesetzgeber steuert dieser Entwicklung schon seit 1993 vor allem mit den Euro-Normen gegen, die unter anderem Stickoxide (NOx) und Partikelzahl und -masse (PM) beschränken, nicht aber den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß (CO2), also den Verbrauch eines Fahrzeugs.  Seit der Einführung von Grenzwerten haben die Lkw-Hersteller die regulierten Schadstoffe um etwa zwei Drittel bis fast 90 Prozent gesenkt. Aber bei der Minderung von Emissionen ergeben sich Zielkonflikte. NOx-Emissionen steigen, wenn der Partikelausstoß sinken soll, und umgekehrt. Auch der Spritverbrauch und damit der CO2-Ausstoß steigen tendenziell durch die Abgasminderungstechnologien. Heute trägt der Straßengüterverkehr laut Umweltbundesamt in Deutschland etwa fünf Prozent zum gesamten CO2-Ausstoß bei. Laut Adolf könnten es bis zum Jahr 2030 trotz verbrauchsmindernder Maßnahmen allein durch die steigende Verkehrs- und Fahrleistung des Lkw deutlich mehr sein. Noch dazu dürfte angesichts weltweit steigender Energie- und Ölnachfrage – vor allem aus den Schwellenländern – das Angebot an konventionellem Erdöl nicht in gleicher Weise zulegen. 

Was also ist zu tun, damit der Lkw künftig nicht als Klimakiller dasteht und zugleich der Transport auf der Straße nicht unbezahlbar werden soll? Eine heute schon greifbare Lösung neben Optimierungen an Motor und Antriebsstrang – zehn Prozent Dieselersparnis, schätzt die Studie, seien dadurch noch möglich –, wirtschaftlicher Fahrweise sowie intelligentem Verkehrsmanagement ist Diesel aus erneuerbaren Rohstoffen. Schon seit Längerem widmen sich die Lkw-Hersteller dem Biodiesel (FAME: Fettsäure-Methylester, etwa aus Raps-, Soja- und Altspeiseöl oder tierischen Fetten). In den Tank kommt FAME als reiner Kraftstoff (B100 beziehungsweise RME: Rapsmethylester) oder als siebenprozentige Beimischung zu fossilem Diesel (B7). So ließe sich laut der Studie die Klimabilanz mit Biodiesel aus Raps um bis zu
45 Prozent gegenüber herkömmlichem Diesel verbessern.
Im vergangenen Jahr haben die Tankstellen laut Shell
2,6 Millionen Tonnen Biokraftstoff abgesetzt, davon 2,3 Millionen Tonnen Biodiesel. Allerdings dominieren Beimischungen. Moderne Lastwagen verschlucken sich jedoch gerne am Genuss reinen Biodiesels, selbst höhere Beimischungen können zu Problemen führen. Die Schmierfähigkeit von FAME ist geringer als die des mineralischen Diesels. Öl- und Filterwechsel sind häufiger fällig, Dichtungen am Motor leiden ebenfalls. Zudem ist reiner Biodiesel im Großhandel teurer als mineralischer. Die steuerliche Begünstigung, die FAME für den Flottenbetreiber dennoch finanziell interessant macht, ist auf Dauer nicht gesichert.  Besserung scheint in Sicht. Inzwischen haben die großen Mineralölkonzerne auf dem Weg zur zweiten Generation von Biotreibstoffen Fortschritte erzielt – also Sprit, der nicht nur aus den Früchten einer Pflanze gewonnen wird, sondern aus der vollständigen Pflanze, was die CO2-Bilanz des jeweiligen Biosprits deutlich verbessert. 

Der Zwischenschritt ist Biodiesel aus hydrierten Pflanzenölen (HVO: Hydrated vegetable Oils) wie NExBTL (BTL: Biomass to Liquids). Die Klimabilanz des Treibstoffs ist nach Angaben von Forschungsunternehmen sehr gut (siehe Seite 28). Denn Pflanzen nehmen CO2 beim Wachstum auf und gelten daher als CO2-Senke.  „Zudem sparen die Fahrzeuge 15 Prozent NOx und einen Teil der Partikelemissionen ein“, sagt Dr. Manfred Schuckert, Chefstratege bei Daimler. Noch dazu sei der Sprit chemisch so beschaffen, dass Dieselmotoren keine Probleme bei dessen Verbrennung bekommen. „Die Fahrzeuge verfügen über einen Serienmotor und über herkömmliche Serviceintervalle“, sagt Schuckert. Auch der Betrieb bei Kälte sei problemlos. „Nur die Motorsteuerung muss optimiert werden, da der synthetische Sprit über eine geringere Dichte als herkömmlicher Diesel verfügt“, erklärt der Daimler-Mann. NExBTL verbrennt deutlich sauberer. Der Grund dafür ist eine andere Zusammensetzung der Molekülketten verglichen mit fossilem Diesel. Die Infrastruktur zur Versorgung mit NExBTL ist im Aufbau. NExBTL lässt sich genauso wie herkömmlicher Diesel befördern und ebenso einfach lagern. „Zudem kann NExBTL problemlos mineralischem Diesel beigemischt werden“, argumentiert Schuckert. Das sei gut, um geplante höhere Beimischungsquoten zu erfüllen, etwa B10 (zehn Prozent) bis 2020 oder sogar B20 (20 Prozent). Trotzdem sieht Schuckert noch Verbesserungspotenzial. „Der nächste Schritt muss hin zur zweiten Generation von BTL führen. „Wir sollten nicht nur die Kerne der Früchte verwenden, sondern auch die Zellulose-Bestandteile der Pflanze“, fordert der Chefstratege. Dann hätte BTL das Potenzial, 90 Prozent CO2 einzusparen.  Neben Palmöl bekennt sich der Daimler-Konzern zur Jatropha-Pflanze als Rohstofflieferant. „Inhaltlich ist sie die beste Lösung“, behauptet Schuckert. Bisher gibt es aber nur kleinere Anpflanzungen zu Versuchszwecken. „Es geht derzeit darum, die Art zu finden, die den besten Ertrag bringt“, erklärt der Daimler-Mann. Jatropha wächst auch auf kargen Böden, die heute noch nicht zur Nahrungsmittelgewinnung genutzt werden. „Sie steht damit nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion“, erläutert er.  Zahlreiche Umweltverbände beobachten die Herstellung von Biokraftstoffen kritisch, wollen die Umnutzungen von Feldern und Plantagen zur Biospritproduktion verhindern. Daher haben sich die Partner der NExBTL-Produktion, Daimler, Neste Oil und OMV, entschlossen, den World Wildlife Fund (WWF) an den Tisch zu holen. Gemeinsam wolle man Kriterien für eine nachhaltige Produktion festschreiben. „Wir brauchen einen Nachhaltigkeitsnachweis“, sagt Schuckert. Dieser müsste aber auch von den Nahrungsmittelproduzenten eingehalten werden, also auch eine maßlose Abholzung von Regenwäldern für kultivierte Pflanzflächen verbieten.  GTL (Gas to Liquids) ergibt ebenfalls einen synthetischen Diesel mit vergleichbar günstigen Eigenschaften wie NExBTL. Shell und wenige andere Unternehmen produzieren derzeit nur recht kleine Mengen davon. „Wir mischen GTL-Komponenten dem V-Power-Dieselkraftstoff bei“, berichtet Adolf. Eine Großanlage soll in Katar entstehen, um weitere sieben Millionen Tonnen GTL-Produkte (etwa Diesel, Kerosin, Grundöl und Naphta) jährlich zu produzieren. Der Rohstoff ist Erdgas (CNG), das im Fischer-Tropsch-Verfahren zu GTL umgewandelt wird. Schuckert ist das GTL-Verfahren zu aufwendig. „Wir sind im Gespräch mit Shell, können unsere beschränkten Entwicklungskapazitäten in der Krise aber nur auf ein Projekt verwenden und das ist NExBTL“, begründet er. Jedoch begrüße er jedes Engagement, das den Preisdruck vom mineralischen Öl nimmt. „Es gibt noch viel zu geringe Kapazitäten an synthetischem Diesel, daher müssen wir alle Alternativen nutzen, die vorhanden sind“, argumentiert er. Neste Oil etwa produziert gerade mal 200.000 Tonnen NExBTL jährlich, plant aber weitere Produktionsstätten, sodass in den nächsten Jahren die Kapazität auf zwei Millionen Tonnen ansteige. Zum Vergleich: Allein Europa benötigt derzeit über alle Sorten hinweg 300 Millionen Tonnen Treibstoff pro Jahr. Angesichts der verhältnismäßig geringen Mengen kommt jeder Dieselersatz gerade recht, vor allem dann, wenn er klimafreundlich produziert werden kann. Choren Industries will zur BTL-Herstellung (Markenname: Sun-Diesel) Holzreste verwenden, sie dazu vergasen und der Fischer-Tropsch-Synthese unterziehen. Auch hier ist neben Volkswagen unter anderem Daimler als Anteilseigner involviert. 

Derzeit befindet sich eine Anlage im sächsischen Freiberg im Anlaufprozess, die Kapazitäten sind wiederum recht gering. Die Fabrik soll es auf 14.000 Tonnen BTL pro Jahr bringen. Eine weitere Anlage mit größeren Kapazitäten ist geplant. Volvo Trucks hat einen anderen Weg eingeschlagen und bevorzugt Schwarzlauge, ein energiereiches, hochviskoses Nebenprodukt der Papierproduktion, als Basis für einen Kraftstoff. Daraus lässt der Lkw-Hersteller beim Treibstoffproduzenten Chemrec Dimethylether (DME) erzeugen. Bei der Vergasung der in der Schwarzlauge enthaltenen Biomasse entstehen täglich vier Tonnen DME. 14 Volvo FH sollen im Herbst im Raum Göteborg für zwei Jahre in die Kundenerprobung gehen. Dafür reiche die Produktionskapazität, sagt Volvo Trucks-Umweltdirektor Lars Mårtensson. Der Einsatz von DME statt Diesel gelingt nicht ohne Weiteres. Einige Modifikationen am D 13-Dieselmotor des FH 440 sind laut Mårtensson dazu notwendig. Zudem benötigt der Lkw neue Tanks, eine veränderte Kraftstoffpumpe und ein angepasstes Common-Rail-Einspritzsystem. Der Energiegehalt von DME liegt bei etwa 55 Prozent verglichen mit Diesel. Daher muss die Flussrate des Treibstoffs zum Motor erhöht werden. Zudem müssten einige Additive hinzugegeben werden, weil die Schmierfähigkeit ebenfalls niedriger liegt als beim fossilen Diesel. Die Leistungsdaten blieben aber die Gleichen, behauptet der Umweltchef. Und das Potenzial, die Umwelt zu schonen, sei so groß wie das von NExBTL. Schuckert steht dieser Alternative skeptisch gegenüber. „Am Fahrzeug sind zahlreiche Modifikationen nötig.“ Zudem lasse sich DME nicht mineralischem Diesel beimischen. Auch eine Infrastruktur zu errichten sei schwerer. „DME erfordert Drucktanks und wird erst oberhalb von fünf bar Druck flüssig“, begründet er. „Das Engagement von Volvo begrüßen wir dennoch. Schwarzlauge zu verwenden ist prinzipiell nicht als schlecht einzustufen, weil es eine günstige CO2-Bilanz aufweist und weil es die Rohstoffbasis für erneuerbaren Sprit verbreitert“, sagt der Daimler-Mann. Mårtensson bestätigt: „Ein einziger Kraftstoff reicht nicht aus, um den Bedarf zu decken.“ Volvo testet neben DME auch andere Treibstoffe im Nutzfahrzeug. „GTL ist eine Option, wir haben die Tür auch für weitere Alternativen nicht zugeschlagen“, sagt er. Noch Zukunftsmusik ist dagegen das Vorhaben des Energiekonzerns BP mit Partner Martek Biosciences. Die Partner haben angekündigt, aus Algen und anderen mikrobiellen Substanzen durch Fermentation Biodiesel zu erzeugen. Die Basis dafür ist Zucker aus verschiedenen Quellen. Die Mikroorganismen wandeln diesen zu Fetten um, aus denen wiederum Öl gewonnen werden kann. 80 bis 90 Prozent könnte die CO2-Ersparnis laut BP betragen. Eine weitere derartige Pilotanlage betreibt Cellana, ein Tochterunternehmen von Shell, auf Hawaii. Wie sich bei alledem die Preise für Diesel entwickeln, lässt sich heute nicht voraussagen. Angesichts der geringen produzierten Mengen sind sie jedenfalls nicht konkurrenzfähig zu fossilem Diesel. Die Experten blicken aber zuversichtlich in die Zukunft und erwarten, dass die Preise sinken. „NExBTL wird langfristig wettbewerbsfähig sein“, behauptet etwa Schuckert. „Derzeit gibt es für DME keinen Marktpreis. Künftig wird es aber mit einem Marktpreis von 60 US-Dollar für das Barrel Rohöl konkurrieren können“, sagt Mårtensson.  Der Volvo-Umweltchef fordert daher, dass die EU schnell ein verbindliches Regelwerk schafft, das Standards für synthetische Treibstoffe definiert und Anreize für deren Nutzung schafft. Denn: „Der Dieselmotor bleibt der bei Weitem beste Antrieb für Nutzfahrzeuge. Er ist bewährt, seine Fahreigenschaften sind ausgezeichnet und er arbeitet höchst energieeffizient“, argumentiert er. Und wenn die Studie von Shell und DLR Recht behält, stecken im dieselbetriebenen Sattelzug über alle Bauteile hinweg – Antrieb, Sprit und Fahrzeugkonstruktion – noch fast 30 Prozent Kraftstoffeinsparungen drin. Das würde die Transportbranche entlasten.

Thomas Rosenberger lastauto omnibus Chefredakteur

Autor

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Bezold, Rosenberger, Choren, Daimler, Neste Oil, PE International, Shell, Volvo

Datum

31. März 2011
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