Mobilität

Mehrspurig unterwegs in die Zukunft

Fossile Treibstoffe sollen dereinst der Vergangenheit angehören: Verschiedene Technologien tragen dazu bei, dass erneuerbare Energien immer stärker Einzug in die Mobilität halten. Schon heute ist es möglich, CO2-arm zu tanken – und das nicht nur mit Elektro- oder Wasserstoffautos, sondern auch mit Gas-, Benzin- und Dieselfahrzeugen.

Stephan KälinStephan Kälin4 min

«Damit die Schweiz ihre CO2-Ziele erreichen kann, muss auch in der Mobilität auf erneuerbare Energie gesetzt werden», sagt Brigitte Buchmann, Mitglied der Empa-Direktion und Leiterin des Departements Mobilität, Energie und Umwelt. Im Mobilitätsdemonstrator «move», der 2015 auf dem Empa-Campus in Dübendorf eröffnet wurde, untersucht und demonstriert die Empa mehrere Mobilitätspfade vor dem Hintergrund eines sich verändernden Energiesystems. Interessant dabei: Die zukünftigen Mobilitätstechnologien sollen nicht nur deutlich weniger CO2 ausstossen, sondern zusätzlich auch das neue Energiesystem unterstützen. So können etwa Batterien von Elektroautos während dem Parkieren als Stromspeicher genutzt werden. Oder es wird mit Power-to-Gas-Technologien Strom nutzbar gemacht, der sonst abgeregelt wird, weil er zum aktuellen Zeitpunkt am aktuellen Ort nicht verwendet werden kann.

Wird erneuerbare Energie für die Mobilität der Zukunft einfach dem Energiesystem entzogen, kann das bedeuten, dass die erneuerbare Energie in anderen Sektoren fehlt und dort durch fossile Energie ersetzt wird. Solche Situationen sind zu vermeiden, weil sich dadurch die CO2-Emissionen des Gesamtsystems nicht verringern lassen. Die Mobilität der Zukunft muss die Energie also intelligent und im Einklang mit anderen Sektoren nutzen. Das bedingt, dass Energiesysteme vernetzt, gekoppelt und systemdienlich betrieben werden. Erneuerbare Energie ist nicht immer verfügbar, deshalb spielen Energiespeicher und -wandler in einem regenerativen Energiesystem eine zentrale Rolle.

Verhaltensänderung ist gefordert

Die Energieversorgung der Fahrzeuge soll also einerseits auf erneuerbare Energie umgestellt werden, und andererseits der Bezug dieser Energie aus dem Energiesystem auf Zeiten mit Stromüberschüssen gelegt werden. Verschiedene Technologien stehen bereit, damit beide Anforderungen erfüllt werden können.

Verbrennungsmotorische Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge können mit synthetischen Treibstoffen, sogenannten E-Fuels betrieben werden. Dazu wird überschüssiger Strom mittels Elektrolyse zunächst in Wasserstoff und danach in einer Methanisierungs- oder Fischer-Tropsch-Anlage in chemische Energieträger umgewandelt. Für diese Umwandlung muss dem Verfahren CO2 zugeführt werden. An der Empa wird untersucht, wie CO2 mit möglichst geringem Energieaufwand der Aussenluft entnommen und für solche Prozesse zur Verfügung gestellt werden kann. Aber auch neue katalytische Verfahren für die Herstellung von Methan oder Methanol werden untersucht, die direkt fossile Energieträger ersetzen können.

Synthetischer Dieselersatz

Flüssige Kohlenwasserstoffe als Ersatz von Benzin und Diesel können mittels Fischer-Tropsch-Verfahren hergestellt werden. Das Verfahren wurde in den 1920er Jahren entwickelt und wird heute grossindustriell für die Umwandlung von Erdgas in Diesel eingesetzt. Die weltweit grösste Anlage steht in Katar und nennt sich «Pearl GTL». Sie verarbeitet das sonst abgefackelte Gas aus 22 Offshore-Bohrlochköpfen zu hochreinem Grund-Öl, aus dem Motorenöle und Treibstoff hergestellt werden. Die Anlage in Katar produziert pro Tag 4,8 Millionen Liter. 

Der Nachteil von synthetischen Energieträger sind die hohen energetischen Verluste von 30 bis 50%. Deshalb ist es wichtig, dass die Herstellung von synthetischen Treibstoffen mit Elektrizität erfolgt, die ansonsten im Energiesektor nicht nutzbar ist. Langfristig sind synthetische Treibstoffe als saisonale Stromspeicher oder als Treibstoff für den Flug- und Schiffsverkehr unverzichtbar

Elektrofahrzeuge für kurze und mittlere Strecken

Hinsichtlich der Nutzung von erneuerbarer Energie zum Antrieb von Fahrzeugen ist die Elektromobilität am effizientesten, weil der erneuerbare Strom ohne weitere Umwandlungsschritte genutzt wird. Allerdings sind wir insbesondere im Winterhalbjahr noch über Jahrzehnte auf fossile Stromimporte angewiesen. Zudem sind die Reichweiten von Elektrofahrzeugen deutlich geringer als bei herkömmlichen Autos und das Laden dauert einiges länger. Elektrofahrzeuge eignen sich deshalb am besten für Kurz- und Mittelstreckenanwendungen – zum Beispiel für den Weg zur Arbeit, für Stadt- oder Zweitfahrzeuge. Werden Elektrofahrzeuge hingegen mit grossen Batterien ausgerüstet und an Schnellladesäulen geladen, verlieren sie den ökologischen Vorteil mindestens teilweise. An der Empa werden neue Batteriematerialien und -technologien entwickelt, die eine höhere Sicherheit und geringere Umweltbelastung zur Folge haben

An Wasserstoff kommt man nicht vorbei

Eine weitere Antriebsart stellen wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge dar. Das Volltanken eines Personenwagens dauert mit ungefähr drei Minuten vergleichbar lange wie bei einem konventionellen Fahrzeug. Wasserstoff ist für grössere Personenwagen, LKWs, Stadtbusse, Kommunalfahrzeuge oder Paketlieferdienste gut geeignet. Brennstoffzellenfahrzeuge fahren lokal emissionsfrei wie Elektrofahrzeuge. Für den Langstreckenverkehr mit Wasserstoff ist jedoch das Tankstellennetz derzeit noch zu dünn. Das soll sich aber ändern: Der Förderverein H2-Mobilität Schweiz will bis 2023 ein flächendeckendes Netz von Wasserstofftankstellen im Land aufbauen. Die Umwandlung von Strom in Wasserstoff bringt natürlich eine Verminderung der Gesamteffizienz mit sich. Viele Experten sind sich aber einig: Mit dem Umstieg auf erneuerbare Stromproduktion kommt man an Wasserstoff nicht vorbei. Es macht deshalb viel Sinn, die direkte Nutzung von Wasserstoff als Energieträger mit zu berücksichtigen. An der Empa wird untersucht, wie die Wasserstoffbetankung effizienter gemacht werden kann, indem beispielsweise die heutige Vorkühlung auf -40°C anders gestaltet wird

Mehrere Wege führen zum Ziel

Eine Mobilität ohne fossile Treibstoffe ist eine grosse Herausforderung. Die Forschenden der Empa sind sich einig, dass nicht ein Weg zum Ziel führt, sondern mehrere parallele. «Um den Umstieg zu meistern, müssen wir verschiedene Technologien weiterentwickeln und dürfen nicht nur auf eine einzige setzen. Deshalb sind alle neuen Mobilitätsformen von grosser Wichtigkeit», sagt Brigitte Buchmann.

Was meinen Sie zum Thema?

Schreiben Sie hier Ihren Kommentar.
Ihre E-Mail Adresse wird nicht veröffentlicht.

Kommentare

Bisher gibt es noch keine Kommentare.