Biogas, Strom, Wasserstoff – muss das Auto wirklich alles verheizen?

Biogas, Strom, Wasserstoff – muss das Auto wirklich alles verheizen?

Seit Mitte der 1980er Jahre versuchen wir, neue Energieträger zuerst in Autos einzusetzen. Doch der Blick aufs Ganze geht damit manchmal verloren. Gut beraten ist, wer sich auf die grundlegenden Ziele besinnt: Autos sollten an ihrer gesamten Energieeffizienz und dem Treibhausgas-Ausstoss gemessen werden, nicht am Energieträger per se.

Heizungen, Lampen und Fahrzeuge wandeln Energie in Wärme, Licht oder Bewegung um. Ein Auto muss zudem seine Energie «mittragen» – Gewicht und Unfallsicherheit sind darum entscheidende Faktoren für die Wahl des Energieträgers. Auch brauchen Fahrzeuge für jeden Treibstoff ein eigenes Tankstellen-Netz. Man würde deshalb erwarten, dass schlecht speicherbare oder nur beschränkt vorhandene Energieträger nicht in Fahrzeugen sondern in stationären Anlagen (z.B. Heizungen von Gebäuden) eingesetzt werden: Da kann Energie über eine Leitung zugeführt werden, Gewicht und Verkehrsunfälle spielen keine Rolle.

Seit dem Waldsterben lieben wir alternative Treibstoffe

Bis Mitte der 1980er Jahre galt: Autos fahren mit Benzin, schwere Fahrzeuge mit Diesel. Doch der zunehmende Verkehr führte zu Saurem Regen und Schädigung der Wälder. Dank flächendeckendem Einsatz von immer besseren Katalysatoren sind Baumkronenverlichtung und Gewässerübersäuerung inzwischen aus den Schlagzeilen verschwunden. Die Schadstoffbelastung durch Personenwagen ist heute wieder auf Vor-Waldsterben-Niveau. Geblieben ist der Versuch, neue Energieträger zuerst beim Auto einzusetzen, damit wir unbeschwert mobil bleiben können.

Von Hype zu Hype

Diese Begeisterung für Alternativantriebe zeigte sich erstmals bei den Elektroautos der 1990er Jahre – seither haben viele Kantone dafür Motorfahrzeugsteuer-Rabatte eingeführt. Dann freuten wir uns auf Erdgasautos, für die man nun deutlich weniger Mineralölsteuer bezahlt. Ab 2000 kam die Hybrid-Euphorie und damit zusätzliche kantonale Rabatte. Die EU setzte sich hohe Biotreibstoff-Ziele. Mittlerweile musste sie diese wieder zurücknehmen, weil sie in der Gesamtbilanz kaum Treibhausgase einsparen. Ende der 1990er Jahre sagten Forschungsberichte das Wasserstoffauto-Zeitalter voraus, weshalb einige Kantone vorsorglich bereits Rabatte dafür eingeführt haben.

Spätestens beim Massenmarkt gewinnt die Physik immer

Und was ist von all diesen Hypes geblieben? Lediglich die Hybridautos! Sie kombinieren die Vorteile des Elektroantriebs im Kurzstreckenbetrieb mit jenen des Benzin- oder Dieselmotors im Langstreckenbetrieb. Über die Jahre entwickelten sie sich von der Nischen- zu einer Massentechnologie. Die übrigen Hypes haben sich nicht durchgesetzt. Denn spätestens beim Massenmarkt setzen sich physikalische Wahrheiten durch: Benzin und Diesel (sowie komprimiertes Methan) lassen sich sehr gut und mit hoher Energiedichte an Bord eines Autos speichern. Die Energieumwandlung hat einen Wirkungsgrad von bis zu 50 Prozent – auf der Strasse im Mittel ca. 30 Prozent. Batteriesysteme haben eine zwanzigfach geringere Energiedichte als Benzinspeicher. Darum sind sie vor allem im Kurzstreckenbetrieb vorteilhaft. Dass wir in 20 bis 25 Jahren so viele Alternativtreibstoffe medial durchexerziert haben, lässt sich thermodynamisch nicht begründen.

In aller Munde: Wasserstoffautos

Wasserstoff hat das Potenzial für einen nächsten Hype. Er wird aus hochwertigen Energieträgern wie Strom oder Erdgas hergestellt und muss dann im Auto in einer Brennstoffzelle wieder in Strom zurück verwandelt werden. Solche mehrfachen Konversionsverluste müssen anderswo in der Kette kompensiert werden. Wer die gesamte Prozesseffizienz betrachtet, setzt Strom oder Erdgas besser direkt ein als über den Umweg des Wasserstoffs.

Förderung der CO2-Reduktion statt Technologievorschriften

Um unter all diesen Hypes die Spreu vom Weizen zu trennen, sollte man den Blick auf den Energieaufwand und die Treibhausgasemissionen richten – unabhängig vom jeweiligen Energieträger und über die ganze Kette von der Herstellung des Energieträgers bis zum fahrenden Auto (Well-to-Wheel-Ansatz) gesehen. Bis anhin betrachten die meisten energiepolitischen Massnahmen, wie z.B. die Energieetikette oder die Emissionsvorschriften, jedoch nur den Endenergieverbrauch (Tank-to-Wheel-Ansatz). Eine erweiterte Well-to-Wheel-Energie- und Klimapolitik berücksichtigt zusätzliche Daten zum Energiebedarf für die Herstellung der Endenergieträger.

Und die Elektromobilität?

Bei den Elektroautos sind im Vergleich zum Verbrennungsmotor die Vor- und Nachteile vertauscht: Elektrische Energie lässt sich schlecht speichern, aber Elektromotoren haben eine sehr hohe Effizienz. Elektroautos sind insgesamt effizienter als Autos mit Verbrennungsmotoren. Wer Energieeffizienz fördern will, muss die Elektromobilität mitfördern. Allerdings braucht es keine technologiespezifischen Ansätze.  Elektroautos sollten steuerlich gegenüber effizienten Autos mit Verbrennungsmotor nicht privilegiert behandelt werden. Denn Elektromobilität wird sich von alleine durchsetzen. Nur beim Aufbau der Lade-Infrastruktur für Elektroautos lässt sich eine staatliche Förderung in der Anfangsphase rechtfertigen.
Entscheidend für den gesamten CO2-Ausstoss eines Elektroautos ist, woher sein Strom bezogen wird. Verglichen mit einem effizienten Hybridfahrzeug, ist ein Elektroauto  «nachhaltig», wenn Strom mit einem CO2-Fussabdruck von bis zu etwa 430 g/kWh (Gaskombikraftwerk-Strom) eingesetzt wird. Die «graue Energie» ist darin berücksichtigt. Ein Brennstoffzellenantrieb ist nur bis 190 g/kWh vorteilhaft (Ökostrom).
Betrachtet man das ganze Energiesystem, ist der Einsatz von Gaskombikraftwerk-Strom für Elektroautos nicht sinnvoll. Besser wäre es, zuerst Kohlekraftwerke zu ersetzen. Und die immer besser verfügbare erneuerbare Elektrizität sollte zuerst im Gebäudebereich mit effizienten Wärmepumpen den CO2-Ausstoss senken. Erst dann sollte man im Verkehrssektor ansetzen.

In Zukunft kann jeder Treibstoff erneuerbar sein

Es gibt fossiles sowie erneuerbares Benzin (E85 genannte BioethanolBenzin-Mischung), ebenso fossiles Dieselöl und Biodiesel (Rapsmethylester RME), auch Erdgas und erneuerbares Biogas sowie Kohlestrom und Ökostrom. Und bald wird es Erdgaswasserstoff und Windkraftwasserstoff geben. Zum Zeitpunkt des Autokaufs kann man nicht beeinflussen, wie diese Entwicklung über die nächsten paar Jahre sein wird. Daher wünschen wir uns einen Abbau treibstoff-spezifischer Rabatte bei den 26 verschiedenen kantonalen Motorfahrzeugsteuergesetzen in der Schweiz und die Well-to-Wheel-Gesamteffizienz als neues Kriterium.

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Konstantinos Boulouchos

Konstantinos Boulouchos

ist Professor für Verbrennungsforschung an der ETH Zürich. In stetigem Austausch mit Industriepartnern erforscht er die Verbesserung des Verbrennungsfortgangs und wurde mehrfach ausgezeichnet. In zahlreichen Beiräten und Ausschüssen setzt er sich für effiziente Mobilitätssysteme ein; u.a. ist er Mitglied des wissenschaftlichen Beirats von Bundesrätin Doris Leuthard in Energiefragen.

Peter de Haan

Peter de Haan

hat an der ETH Zürich in Umweltphysik promoviert und leitet bei Ernst Basler + Partner das Tätigkeitsfeld «Ressourcen und Energiepolitik». Ihn interessiert, wie effiziente Technologien in den Markt eindringen und wie Konsumenten darauf reagieren. An der ETH Zürich ist er als Dozent in «Energie und Mobilität» tätig.

4 Kommentare

  • Patrick Hofstetter
    18. Oktober 2015 um 20:34

    Danke für diesen erfrischend unideologischen Beitrag! Als Ökobilanz-Veteran gefällt der vorgeschlagene Ansatz gut. Nun stellt sich die Frage, wie dies umgesetzt werden kann. Dabei zu berücksichtigen ist ja nicht nur der Umstand, dass wir heute nicht wissen, womit ein Fahrzeug in 5 und 10 Jahren tatsächlich betankt wird, sondern auch 80% der Schweizer „grenznah“ wohnen. Wie könnte also eine Umsetzung aussehen? Wer kontrolliert? Kann man die Autoverkäufer noch stärker in die Pflicht nehmen? Oder wie VW-Gate zeigt besser nicht? Anregungen sind hochwillkommen.

  • Peter de Haan
    Peter de Haan
    20. Oktober 2015 um 16:12

    Den Ökobilanz-Veteranen gehört unser Dank! Bei der Frage der Umsetzung hilft ein Blick auf die Gebäude- und Haushaltgeräte-Sektoren. Für neue Gebäude oder Geräte wurden Energieeffizienz-Vorschriften eingeführt. Das ist reine Energiepolitik – im Moment der Neuzulassung eines langlebiges Geräts (z.B. eines Autos) kann der Staat nichts Besseres tun, als eine hohe Energieeffizienz sicherstellen. Auch die sogenannten Emissionsvorschriften, welche vorschreiben, dass die importieren Neuwagen im 2015 im Durchschnitt nur noch 130 g CO2/km ausstossen dürfen, stellten reine Effizienzvorschriften dar – bis Elektroautos kamen, deren Energieverbrauch man fälschlicherweise mit Null anrechnet.

    Die Klimapolitik kommt dann erst später ins Spiel, bei den Energieträgern. Das ist bei Gebäuden und Geräten so, und sollte auch für Autos gelten: Benzin, Diesel, Erdgas wie auch Strom sollten entsprechend ihrer CO2-Intensität besteuert werden. So erspart man sich unerwünschte Nebeneffekte – aktuell erlaubt jedes neue Elektroauto, einen weiteren Geländewagen zu importieren. Wenn etwas höhere Treibstoffpreise den aktuellen Benzin-Tanktourismus (Benzin ist in der Schweiz günstiger als in den Nachbarländern) reduzieren, entfallen auch die dazugehörenden Zusatzfahrten.

  • Christoph Schreyer
    25. Oktober 2015 um 21:17

    Ein interessanter Artikel mit einem kleinen Fehler: entgegen den Aussagen von Prof. Boulouchos basiert die Energieetikette für Personenwagen nicht auf einem Tank-to-Wheel-Ansatz sondern eben seit 2012 auf dem geforderten Well-to-Wheel Ansatz, berücksichtigt also auch die Energie für die Herstellung der Treibstoffe bzw. des Stroms mit ein (Grundlagen hier http://www.bfe.admin.ch/energieetikette/00886/index.html?lang=de&dossier_id=05113) bzw. auf der Website zur Energieetikette des BFE (Menü ‚Fragen und Antworten). Daher ist der Abschluss-Wunsch des Artikelautoren zumindest teilweise bereits erfüllt.

    • Peter de Haan
      Peter de Haan
      27. Oktober 2015 um 0:50

      Ja, und für diese Erweiterung der Systemgrenze seit 2012 dafür gebührt der schweizerischen Personenwagen-Energieetikette Lob! Auf Bundesebene ist die Energieetikette leider nur ein reines Informationsinstrument. Einige Kantone (BE, FR, GL, OW, NW, SG, TG, VS, ZH) verwenden die Effizienzkategorien wenigstens als Basis für meist zeitlich beschränkte Bonus-Rabatte.

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