Alternative Antriebe – neue Wege in der Mobilität

obilität ist ein menschliches Grundbedürfnis. Fahrzeuge des motorisierten Individualverkehrs (MIV) sind derzeit zentrale Elemente um in Österreich Wege zu bewältigen. In der Regel kommen dabei konventionelle Kraftstoffe wie Benzin und Diesel zum Einsatz. Dies schafft Probleme wie z.B. den Ausstoß von Treibhausgasen. Damit der Mobilitätsbereich nachhaltig entwickelt werden kann, müssen dessen größte Herausforderungen (Dekarbonisierung des Verkehrs und Diversifizierung der Antriebstechnologien mit einer Reduktion von Verbrennungsmotoren im Pkw-Bereich) aktiv angegangen werden.

Konventionelle Kraftstoffe wie Benzin und Diesel schaffen Probleme wie z.B. den Ausstoß von Treibhausgasen.

Um die Abhängigkeit von fossilen Treibstoffen zu verringern und eine Reduktion von Treibhausemissionen zu erreichen, werden an den Einsatz alternativer Kraftstoffe und Antriebe im Verkehr hohe Erwartungen gesetzt. Vor dem Hintergrund allgemeiner energie- und klimapolitischer Ziele sind Stau- und Flächenproblematik, sowie grundsätzliche Anforderungen an den Ressourcenschutz genauso entscheidend, wie die Reduzierung des Primärenergieaufwandes für die Mobilität. Darüber hinaus entstehen durch den Verkehr externe Effekte und negative Wirkungen, die durch die Gesellschaft getragen werden müssen (Raumtrennung, Umweltbelastungen, Verbrauch natürlicher Ressourcen). Im Klimaabkommen von Paris (COP21) wurde eine CO2-neutrale Gesellschaft bis zum Jahr 2050 festgelegt. Dieser Artikel beschreibt gängige alternative Kraftstoffe nach Status Quo sowie Einsatzgebieten in Österreich und Wirkungen bei Treibhausgasen um diesem Ziel näher zu kommen.

Durch den Verkehr entstehen externe Effekte und negative Wirkungen, die durch die Gesellschaft getragen werden müssen.

Im Nationalen Strategierahmen „Saubere Energie im Verkehr“ wird der Pfad beschrieben, mit dem die EU Richtlinie 2014/94/EU über den Ausbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe umgesetzt werden soll. Die Richtlinie benennt Elektrizität, Erdgas CNG, Erdgas LNG und Wasserstoff als Kraftstoffe der Zukunft. Auf diese wird im Folgenden eingegangen.

Übersicht Kraftstoffe

Elektrizität. Im Bahnverkehr wird Strom bereits sehr intensiv eingesetzt. Die lokale Emissionsfreiheit und der hohe Wirkungsgrad von Elektromotoren lassen Elektrizität zu einem idealen Kraftstoff für Fahrzeuge werden. Mit Ende des Jahres 2018 waren 20.831 reine Elektrofahrzeuge und 5.710 Plug-In-Hybridfahrzeuge in Österreich in Betrieb. Mit den 24 Wasserstofffahrzeugen ergeben diese einen Anteil von 0,53% am Gesamtbestand. Der Anteil an Neuzulassungen von Elektrofahrzeugen 0,03% im Jahr 2010 auf 2,54% im Jahr 2018 an. Die Ladeinfrastruktur wächst kontinuierlich. Mit Ende 2018 standen 4.142 Normalladepunkte und 686 Schnellladepunkte zur Verfügung. Die Elektrifizierung des Straßenverkehrs ist heute bereits von hoher Bedeutung. Nicht nur im Bereich des MIV, auch Fahrräder und Scooter werden mit unterstützenden Elektromotoren ausgestattet. Bei Fahrzeugen werden höhere Reichweiten, sinkende Kosten für die Batteriesysteme und eine größere Auswahl an Fahrzeugen Elektrofahrzeuge attraktiver machen. Auf politischer Ebene werden heute schon zahlreiche Maßnahmen gesetzt die Elektromobilität zu fördern.

Erdgas. Erdgas ist ein Gemisch verschiedener Gase, dessen Hauptbestandteil von Methan (CH4) gebildet wird. Der gravimetrische Heizwert von Erdgas ist mit ca. 45 MJ/kg mit dem von Benzin vergleichbar. Aufgrund der geringen Dichte wird Erdgas in Fahrzeugen entweder in komprimiert gasförmiger oder in flüssiger Form eingesetzt. Das Erdgas wird aus unterirdischen Lagerstätten gewonnen. Hauptgasproduzenten sind Russland, Norwegen oder Algerien. Der Transport erfolgt in der Regel über Pipelines, bei Transportwegen über 6.000 km per Schiff. Für den Einsatz von Erdgas als Kraftstoff wird dieses komprimiert und als CNG (Compressed Natural Gas) mit ca. 250 bar zur Verfügung gestellt. Die Füllleistung beträgt in der Regel ca. 6–7 kg/min. Die Tankzeit entspricht einigen Minuten und ist somit mit der Betankung eines Benzin- bzw. Dieselfahrzeuges vergleichbar. Erdgasfahrzeuge sind am Markt und die Technik ist ausgereift. Mit 157 öffentlichen Tankstellen für CNG in Österreich ist ein gutes Netz vorhanden. Dennoch lässt sich beobachten, dass mit Gas betriebene Fahrzeuge nicht aus ihrem Nischendasein heraustreten (Bestand 2018: 5.542) und erste Gastankstellen aufgrund der geringen Auslastung rückgebaut werden. In verflüssigter Form kommt Erdgas als LNG (Liquified Natural Gas) im Schwerverkehr und als Kraftstoff bei Schiffen zum Einsatz.

Wasserstoff. Da Wasserstoff theoretisch aus allen fossilen und regenerativen Kohlenwasserstoffen sowie durch elektrolytische und thermochemische Verfahren aus Wasser gewonnen werden kann, eignet er sich als Energiequelle. Der Wasserstoff wird über eine Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt, die dann einen Elektromotor antreibt. Aufgrund seiner geringen volumetrischen Energiedichte erfolgt die Speicherung in komprimierter, gasförmiger Form bei bis zu 700 bar. Es gibt eine Vielzahl von Produktionsweisen, um Wasserstoff zu gewinnen. In Österreich sind mit Ende 2018 24 Wasserstoff betriebene Fahrzeuge in Betrieb. Tankstellen für Wasserstoff gibt es vier. Ein weiterer Ausbau in Ballungsräumen und entlang der TEN-V Netze ist geplant.

Weitere alternative Energieträger

Bioethanol ist ein Alkohol, der aus zucker-, stärke- und zellulosehaltigen Energiepflanzen sowie aus Reststoffen und Abfällen gewonnen werden kann. Im Verkehrsbereich kommt er über Beimischung zu konventionellen Kraftstoffen zum Einsatz. Getankt wird an normalen Zapfsäulen. In Österreich sind zwei Beimischformen am Markt: (1) Beimischung von max. 5 % zum Benzin, (2) Superethanol E85 als eigene Kraftstoffsorte aus 85 % Ethanol und 15 % Benzin. Der E85 Kraftstoff kann von sogenannten „FlexiFuel Cars“ verarbeitet werden.

Bei Biodiesel handelt es sich um Fettsäuremethylester, einen Kraftstoff, der durch Umesterung aus Pflanzenöl oder tierischen Fetten hergestellt werden kann. Er ähnelt in seinen Eigenschaften dem konventionellen Diesel. Um einen Liter Biodiesel herzustellen, sind etwa 1,03 Liter Pflanzenöl erforderlich. Der Energiegehalt liegt mit 10,25 kWh/kg etwas geringer als jener von fossilem Diesel (11,78 kWh/kg). In Österreich werden Raps und Sonnenblumen für die Gewinnung von Biodiesel verwendet. Seit Oktober 2005 erfolgt in Österreich die Biodieselbeimischung zu herkömmlichem Diesel. 2009 wurde die Beimischquote auf 7 % (B7) erhöht. Die Verteilung erfolgt über konventionelle Tankstellen.

Biogas wird als gasförmiger Energieträger durch anaerobe Fermentation aus organischen Materialen gewonnen. Die Hauptbestandteile sind Methan und CO2 sowie Spuren von Schwefelwasserstroff, Wasserstoff, Stickstoff und anderen. Bei entsprechender Aufbereitung und Reinigung kann Biogas wie CNG als Kraftstoff in Erdgasfahrzeugen verwendet werden.

Treibhausgasemissionen im Vergleich

Forschungen des Umweltbundesamtes zu alternativen Kraftstoffen zeigen, dass konventionelle fossil betriebene Fahrzeuge mit 225g/Fahrzeugkilometer (Benzin) und 177,9g/Fkm (Diesel) den größten Wert an Treibhausgas-Emissionen verursachen. Wenn BEV (Battery Electric Vehicle) mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen betrieben werden, verbessert sich die Umweltwirkung in Vergleich zum österreichischen Strommix von 100,9
g/Fkm auf 30,1g/Fkm.

Konventionelle fossil betriebene Fahrzeuge verursachen den größten Wert an Treibhausgas-Emissionen.

CNG Fahrzeuge befinden sich mit 159,8 g/Fkm im Mittelfeld. In der Fahrzeugherstellung sind die Unterschiede in den Treibhausgasen marginal. Auffällig ist, dass bei der Akkuherstellung eines BEV ähnlich viele Emissionen entstehen, wie bei der restlichen Fahrzeugherstellung.

Um eine Mobilitätswende herbeiführen zu können, bedarf es eines gesamtheitlichen Umbaus des Verkehrssystems das im Besonderen den Energiesektor und die Raumplanung einschließt.

Um eine Mobilitätswende herbeiführen zu können, wird es entscheidend sein, unabhängig von Antrieb motorisierte individuelle Mobilität im Modal Split zu Gunsten des Umweltverbundes zu reduzieren. Es bedarf eines gesamtheitlichen Umbaus des Verkehrssystems das im Besonderen den Energiesektor und die Raumplanung einschließt.