Die neue Vielfalt an der Zapfsäule

Neben der Effizienz des Motors bestimmt auch die Qualität des Kraftstoffs den Verbrauch und die Menge der Emissionen. Hier hat sich in den vergangenen Jahren bereits sehr viel getan: Diesel- und Ottokraftstoffe enthalten weniger Schwefel und Aromate als in der Vergangenheit – vor allem DeNOx- und NOx-Speicherkatalysatoren sind auf einen geringen Schwefelanteil angewiesen. Diese Verbesserungen wurden durch optimierte Prozesse in der Raffinerie erzielt, beispielsweise durch Entschwefelungsanlagen und den Einsatz von Aromaten­ersatz­stoffen mit hoher Oktanzahl.
Seit einigen Jahren spielen synthetische und Biokraftstoffe in der öffentlichen Diskussion eine immer größere Rolle. Die bekanntesten Beispiele für Biokraftstoffe sind Biodiesel (z.B. gewonnen aus Raps) und Bioethanol für Ottomotoren (z.B. aus Weizen oder Zuckerrohr). Sie setzen bei der Verbrennung im Motor nur diejenige Menge an Kohlendioxid frei, die sie zuvor beim Wachstum aus der Luft gebunden haben und werden darum in der Klimadebatte oft als viel versprechende Alternativen zu den fossilen Kraftstoffen genannt. Insbesondere Bioethanol ist allerdings umstritten, weil der Anbau der Pflanzen selbst Treibhausgase produziert. Zudem befürchten Experten eine Konkurrenz zwischen dem Anbau von Nahrungsmitteln und Energiepflanzen („Tank oder Teller“-Debatte).

Bei Biokraftstoffen der zweiten Generation wird die gesamte Pflanze genutzt, was den Ertrag pro Hektar deutlich erhöhen soll. Zudem sind sie absolut anspruchslos, was ihr Ausgangsmaterial betrifft – Landwirte können darum jede schnell wachsende Pflanze anbauen und so die Erträge steigern. Damit steigt die Ausbeute pro Hektar auf mehr als das Doppelte im Vergleich zu Biodiesel oder Bioethanol. Selbst Abfälle, etwa aus der Holzproduktion oder Stroh, können als Rohstoff verwendet werden. Die Biomasse wird in einem mehrstufigen Prozess in ein Synthesegas umgewandelt, das an einem Katalysator zu Kohlenwasserstoffen – dem Kraftstoff – reagiert. Diese „Fischer Tropsch-Synthese“ wurde Anfang des 20. Jahrhunderts in Deutschland entwickelt. Weil bei dem Verfahren aus Biomasse ein flüssiger Treibstoff hergestellt wird, spricht man auch von „Biomass-to-Liquid“ (BtL).

GtL (Gas-to-Liquid) bezeichnet Kraftstoffe, die mithilfe der Fischer-Tropsch-Synthese aus Erdgas hergestellt und auch unter dem Handelsnamen „Synfuel“ angeboten werden. GTL und BTL sind Dieselsorten, die schwefel- und aromatenfrei sind. Herkömmliche Kraftstoffe aus Erdöl enthalten Millionen unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe, synthetische Kraftstoffe sind dagegen wesentlich enger geschnitten – ihre Zusammensetzung lässt sich während der Synthese in bestimmten Grenzen steuern, so dass die Hersteller mehr Möglichkeiten zur Feinjustierung haben als in der Raffinerie. Dadurch können auch maßgeschneiderte Kraftstoffe für künftige Motorenkonzepte hergestellt werden. So brauchen Motoren mit homogener Verbrennung Kraftstoffe, die sich von den heute üblichen unterscheiden, beispielsweise bei der Cetanzahl und der Flüchtigkeit.

Die neuen HCCI-Brennverfahren (Homogeneous Charge Compression Ignition, deutsch: Homogene Kompressionszündung) erfordern zum Beispiel ein homogenes Brennstoff-Luft-Gemisch. Dieselkraftstoff hat aber ein breites Siedeband – mit der Konsequenz, dass Moleküle mit niedrigem Siedepunkt bereits zünden, wenn die hoch siedenden Bestandteile noch nicht verdampft sind. Der optimale HCCI-Kraftstoff sollte darum folgende Eigenschaften haben: begrenztes Siedeband bei niedrigen Temperaturen, weite Zündgrenzen, Selbst­zündungs­temperatur oberhalb der Siedetemperatur und eine hohe Energiedichte. Das können klassische Dieselkraftstoffe nicht leisten.

Noch weiter in der Zukunft könnte Wasserstoff als Kraftstoff eine wichtige Rolle spielen. Er kann sowohl in Verbrennungsmotoren als auch in Brennstoffzellen als Energieträger dienen, ohne dass dort CO2 entsteht – beide Ansätze werden bereits von Automobilherstellern getestet. Problematisch bleibt allerdings die effektive Speicherung von Wasserstoff. Zudem muss er CO2-frei produziert werden, wenn er einen Beitrag zum Klimaschutz leisten soll. Hier gibt es noch zahlreiche offene Fragen und damit verbunden einen großen Forschungsbedarf. Wichtige Erfahrungen haben Hersteller und Nutzer bereits im Rahmen der „Clean Energie Partnership“ (CEP) gesammelt: 2004 startete die CEP in Berlin das weltweit größte Demonstrationsprojekt mit zwei Wasserstofftankstellen und 17 Wasserstoff-Fahrzeugen. Seit Mai 2008 wird die Fahrzeug-Flotte ausgebaut, und neue Tankstellen in Berlin und Hamburg sind geplant. Ziel der CEP ist es, die europaweit führende „Wasserstoffregion Berlin-Hamburg“ zu schaffen.