Alternative Antriebstechniken für Erdöl

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Notwendigkeit der Entwicklung alternativer Kraftstoffe
2.1 Ökologische Auswirkungen
2.2 Ökonomische Bedeutungen

3. Potentielle Alternativen für Erdöl
3.1 Erdgas
3.2 Flüssiggas
3.3. Biokraftstoffe
3.3.1 Rapsmetylester (Biodiesel)
3.3.2 Ethanol
3.3.3 Biogas
3.4 Wasserstoff
3.5 Brennstoffzelle
3.6 Elektrostraßenfahrzeuge
3.7 Solarfahrzeug

4. Effizienzanalyse
4.1 Kosten-Nutzen-Betrachtung
4.2 Ökobilanz

5. Fazit

6. Quellenverzeichnis

1. Einleitung

Mobilität ist ein Schlagwort der heutigen Zeit. Getrieben durch die Forderung nach Flexibilität und der Sehnsucht nach Selbstverwirklichung und Unabhängigkeit hetzten die Menschen in unserer Gesellschaft von einem Standort zum Nächsten. Mobil sein ist Kult^[1], „wer Mobil sein will, sollte sich ein Auto mieten“^[2], das wird selbst vom Bedeutungswörterbuch der Duden vorsorglich hinzugefügt.

Eine der richtungweisenden Erfindungen des letzten Jahrhunderts war daher zweifelsohne der Verbrennungsmotor. Aus dem Streben nach Ortsunabhängigkeit, wurde eine Technik erfunden, die es ermöglicht sich ohne Einsatz eigener Körperkraft und unabhängig von anderen Lebewesen fortzubewegen. Pate für diese Entwicklung war die Dampfmaschine. Mit ihrer Erfindung begann die Industrialisierung. Die Dampfmaschine, auf Rädern gesetzt und auf Schienen gestellt, war die Eisenbahn, ein unerlässliches Hilfsmittel zur Erschließung der Märkte.

Um den Verkehr im größeren Maßstab zu individualisieren, bedurfte es der Erfindung des Otto-Motors. Das Prinzip dieses Motors basiert auf der Kompression eines Kraftstoff-Luft- Gemisches und dessen anschließende Entzündung. Der durch die folgende Expansion freigesetzte Druck wirkt dann auf den Antrieb des Kraftfahrzeugs.^[3]

Die Anforderungen unserer Gesellschaft sowie der Wettbewerb unter den Automobilherstellern führen zu stetigen technischen Verbesserungen der angebotenen Motoren. Das betrifft sowohl die allgemeine Ausstattung, den Komfort der Automobile, als auch die Motorenleistung.

Auch wirtschaftspolitisch ist es aufgrund der Globalisierung zu einer Zunahme der weltweiten Güterströme gekommen. Einer Volkswirtschaft ist es mittlerweile unmöglich, autark zu handeln. Die eigenen Ressourcen einerseits und die Nachfrage nach dem Neuen und Besonderen andererseits bedingen einen verstärkten internationalen Handel.

Das globale Transportvolumen und der persönliche Bedarf an Mobilität wachsen kontinuierlich an. Ein Ende dieses Wachstums scheint nicht in Sicht. Die Zahl der Kraftfahrzeuge erhöht sich und folglich steigt auch der Bedarf an Kraftstoffen.

2. Notwendigkeit der Entwicklung alternativer Kraftstoffe

Erdöl - das „schwarze Gold“, ein Rohstoff, der den Menschen Wärme, Licht und Energie bietet. Seit Jahrzehnten wird darauf hingewiesen, dass die knappe Ressource bald vollständig aufgebraucht sein wird. So erklärte schon 1914 das USBergbauamt, die Erdölvorräte würden nur noch für die nächsten zehn Jahre ausreichen, um die Weltbevölkerung mit Energie zu versorgen. 1939 wurde die Prognose vom USInnenministerium auf 13 Jahre aufgestockt.^[4]

In den Medien wird heute noch von dem Entdecken neuer Erdölfelder berichtet, die jetzigen Erdölvorräte reichen zunächst bis circa 2050. Zudem ermöglichen es neue Technologien, Abb1 I Quelle: SZ Wissen 01/2005 immer mehr Öl aus den bekannten Ölfeldern zu fördern und das gewonnene Öl effizienter zu nutzen.^[5]

Warum hat sich Eröl als Energiequelle durchgesetzt?

Das Erdöl weist Eigenschaften auf, die gerade im Verkehrswesen von entscheidendem Vorteil sind. Neben dem hohen Energiegehalt, ist es aufgrund seines flüssigen Aggregatzustandes leicht transportabel^[6]. Die Ölströme fließen und flossen mit Ausnahme einiger kurzer Unterbrechungen (z.B. die Ölkrise in den siebziger Jahren) reichlich. So scheint die dringende Notwendigkeit der Umstellung auf andere Energien nicht gegeben.

2.1 Ökologische Auswirkungen

Der Bedarf nach anderen Energieformen lässt sich also, obwohl der Energiebedarf steigt, nicht in erster Linie auf das Problem der knappen Ressource Erdöl zurückführen. Greenpeace beschreibt die aktuelle Problematik wie folgt: „Wir befinden uns in einer zweiten weltweiten Ölkrise. In den siebziger Jahren war das Problem allerdings die Knappheit. Jetzt haben wir das Problem, dass es zu viel Öl gibt.“^[7]

Vielmehr liegt die Notwendigkeit einer Umbesinnung darin, dass durch die Nutzung, Förderung und Verarbeitung fossiler Brennstoffe Schadstoffe freigesetzt werden, die erhebliche Folgen für Mensch und Umwelt bedeuten.^[8]

Die Hälfte des durch Erdöl erzeugten Kohlendioxid (CO2)- Ausstoßes ist in Deutschland dem Straßenverkehr zuzuschreiben. In Amerika liegt der Anteil mit 2/3 signifikant höher.^[9] Durch die Verbrennung von Erdöl werden jährlich rund 10 Mrd. Tonnen Kohlendioxid^[10] freigesetzt, die den Treibhauseffekt verstärken. Durch die Veränderung der sich in der Atmosphäre befindenden Gase wird ein Treibhauseffekt erzeugt. Das hat eine globale Erwärmung zur Folge, die sich bereits jetzt durch das Schmelzen der Pole und Gletscher, extreme Niederschlagsmengen und Hitzerekorde zeigt.

Neben der Emission von Kohlendioxid werden bei der Verbrennung von Erdöl zusätzlich andere Schadstoffe freigesetzt, die die Luftqualität mindern. Im Wesentlichen handelt es sich hier um Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Schwefeloxide und Rußpartikel.^[11] Vor allem von den durch die Luft übertragenen Schadstoffpartikeln geht eine Gesundheitsgefährdung aus, die bisher unterschätzt wurde.

Neben Husten und Atembeschwerden wurden in ntersuchungen zusätzlich langfristige Auswirkungen festgestellt. Heute geht man davon aus, dass Partikel über die Atemwege in die Lunge gelangen und sich dort festsetzen. Eine Veränderung der Lungenfunktion, die unter Umständen zum Tode führt, kann die Folge sein.^[12]

Mit dem immer weiter steigenden Verkehrsaufkommen sind neben der Emission von Luftschadstoffen auch andere Umweltbelastungen verbunden. Die Zerstörung ganzer Landstriche durch den Straßenbau, der mit der Verpestung der Luft einhergehende saure Regen und Lärmbelastungen sind nur einige Beispiele für Auswirkungen, die Mensch und Umwelt belasten.

Die Zeichen der Zeit wurden mittlerweile auch von der Politik erkannt. Im Kyoto-Protokoll legte man 1997 eine globale Reduktion der Treibhausgasemission fest. Demnach hat sich z.B. die Europäische Union verpflichtet, ihre Emission gemessen an den Werten von 1990 um 8 Prozent zu verringern.^[13]

Abschließend soll angemerkt werden, dass es sich bei der Luftverschmutzung nicht lediglich um ein gesundheitsgefährdendes Umweltproblem neben vielen anderen handelt. Vielmehr handelt es sich hier, obwohl die Luft in der westlichen Welt heute sauberer denn je ist, um das gesundheitlich relevanteste Umweltrisiko.^[14] Luft kennt weder Landes- noch Staatsgrenzen. Sie ist wahrscheinlich der größte Transporteur von Schadstoffen und dringt durch die kleinsten Nischen. Das sollte uns allen seit Tschernobyl bewusst sein.

2.2 Ökonomische Bedeutungen

Durch das Streben nach wirtschaftlichem Wachstum steigt auch die Nachfrage nach Energie. Dies gilt für Industrieländer, aber auch gerade für Entwicklungs- und Schwellenländer, die den

Anschluss an die reichen, wirtschaftlich starken Staaten suchen. Energie ist die Vorraussetzung für 2,4 Mrd. Menschen, um den wirtschaftlichen Entwicklungsstand und Wohlstand der reichen Industriestaaten zu erreichen.^[15] Durch die Globalisierung des Welthandels und die damit wachsenden Warenströme über die Ländergrenzen und Kontinente hinaus, bedarf es, um den Transport zu gewährleisten, einer riesigen Menge an energieliefernden Rohstoffen. Der steigende Wohlstand, besonders in den Schwellenländern wie China und Indien, löst einen Nachfrageboom nach „energiefressenden“ Konsumgütern aus. Abbildung 2 zeigt ein Szenario eines weltweit stark zunehmenden Erdölverbrauchs, wenn für die Schwellenländer ein zu Deutschland äquivalenter pro Kopfverbrauch zugrunde gelegt wird.

Abb 2 I Quelle: Sonnenenergie 11/2004

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In den Industriestaaten ist man sich der Abhängigkeit, die gegenüber den wichtigsten Energielieferanten besteht bewusst. Gerade Deutschland weist, was den Bedarf an Primärenergieträgern betrifft, einen großen Mangel an eigenen Ressourcen auf. Siebzig Prozent der in Deutschland verbrauchten Primärenergie wird durch Importe abgedeckt.^[16] Die Ressource Erdöl findet sich zum größten Teil im Nahen Osten. Rund vierfünftel der weltweit bekannten Reserven befinden sich dort. Elf der großen ölliefernden Staaten aus dieser Region haben sich zusammengeschlossen, um gegenüber den großen Mineralölkonzernen eine Verhandlungsmacht aufzubauen. Ein Anteil von vierzig Prozent am weltweiten Rohölmarkt wurde 1998 von der Organization of Petroleum Exporting Countries (OPEC) gefördert. So besteht die Auffassung, dass die steigenden Ölpreise nicht mit der allgemeinen Volkswirtschaftlichen Gesetzmäßigkeit in Zusammenhang stehen, wonach bei sinkenden Angebot und steigender Nachfrage der Preis steigt. Es handelt sich hierbei vielmehr um eine künstliche Verknappung, da ein Versiegen der Ressource nicht absehbar ist. Die ständig neue Endeckung von konventionellen Ressourcen deren bessere Ausbeutung und neuen Gewinnungsmöglichkeiten lassen keine endgültige Vorhersage zu.^[17] Außerdem kommt hinzu, dass die Effizienz der heutigen Märkte dazu führt, dass der Preis zu einem großen Anteil von politischen Entwicklungen und Spekulationen verursacht wird.^[18]

3. Potentielle Alternativen für Erdöl

Etwa sechshundert Millionen Autos werden derzeit weltweit genutzt, davon mehr als dreiviertel in den Industriestaaten. Geht man davon aus, dass neunzig Prozent der Weltbevölkerung heute gar kein Auto besitzt, ist hier noch ein großes Potential vorhanden, ungestillte Bedürfnisse zu befriedigen. Bis 2030 muss mit einem Anstieg auf eine Milliarde Fahrzeuge gerechnet werden.^[19] Es gilt nachhaltige Verkehrskonzepte zu entwickeln, die sowohl auf die sozialen und kulturellen Bedürfnisse aller Gesellschaftsgruppen Rücksicht nehmen, aber auch die Umwelt und Gesundheit jetziger und zukünftiger Generationen sichern.^[20] Dabei müssen aufgrund ökologischer und ökonomischer Nachteile des Erdöls^[21] verstärkt auch andere Energieträger genutzt werden.

Welche Energieträger kommen als Ersatz in Frage?

Grundsätzlich muss zwischen fossilen und erneuerbaren Energieträgern unterschieden werden. Heute werden neunzig Prozent des Primärenergieverbrauchs durch fossile Brennstoffe abgedeckt. Insbesondere handelt es sich hier um Erdöl (40%), Kohle (27%) und Erdgas (23%).^[22] Die Kohle ist als mobiler

Energieträger, die Eisenbahn ausgenommen, nicht zweckmäßig. Aus der Kategorie der fossilen Energieträger kommt als potentielles Substitut für Erdöl daher nur Erdgas in Frage, da es sowohl aufgrund der Energieeffizienz als auch wegen des Aggregatzustandes geeignet zu sein scheint.

Erneuerbare Energien sind nahezu unerschöpflich bzw. belasten nur solche Ressourcen, die sich beispielsweise durch Sonnenenergie schnell wieder regenerieren können. Zudem tragen sie nur unwesentlich negativ zum Treibhauseffekt bei, da sie lediglich im geringen Maße zusätzliche Treibhausgase freisetzen.^[23] Die bekanntesten sind Sonnenenergie,

Windenergie, geothermische Energie und Biomasse. Potenziale für alternative Antriebe werden insbesondere in der modernen Bioenergie gesehen, Sonnenenergie und Windenergie können nur indirekt genutzt werden.^[24]

Bei der Nutzung von alternativen Energiequellen muss zwischen Primärenergie- und Sekundärenergieträgern unterschieden werden. Das ist insbesondere im Hinblick auf die Nachhaltigkeit von Bedeutung, da sekundäre Energieträger zunächst gewonnen werden müssen, d.h. nicht in ihrer ursprünglichen Form als Treibstoff fungieren können.^[25]

3.1 Erdgas

Nahe liegend scheint es demnach, Primärenergieträger als alternative Antriebstechnik für Erdöl zu verwenden. So tituliert der Spiegel im Juni 2004: „Terrorangst und rapide steigende Benzinpreise nähern den Wunsch, das Auto vom Öltropf zu befreien. Beste Chancen hat das Erdgas: Es ist in riesigen Mengen vorhanden, an immer mehr Tankstellen verfügbar, weit weniger klimaschädigend und konkurrenzlos billig.“ ^[26]

Erdgas kann sowohl in flüssiger als Liquefied Natural Gas als auch in gasförmiger Form als Compressed Natural Gas bereitgestellt werden. Will man es in flüssiger Form verwenden, so muss Erdgas zunächst auf minus 165 Grad Celsius abgekühlt werden. Hierzu wird ein zusätzlicher Energieeinsatz benötigt, der die Energiebilanz verschlechtert.

Der Vorteil von Flüssiggas liegt in der vorhanden Infrastruktur der Tankstellen und Fahrzeugtechnik, denn es kann annähernd wie ein Dieselkraftstoff verwand und verteilt werden.^[27]

In Deutschland hat sich jedoch, aufgrund der unkomplizierteren Breitstellung, der gasförmige Aggregatzustand etabliert. Die Kompression von Erdgas ist deutlich kostengünstiger und erfordert zur Herstellung viel weniger Energie als bei der Gewinnung von flüssigem Erdgas notwendig wäre.^[28] Nur 50 Cent kostet eine Füllmenge Erdgas, die den Brennwert von einem Liter Benzin gleichkommt. Der Nutzer spart nach den derzeitigen Regelungen über 50 Prozent. Neben diesem rein ökonomischen Vorteil ergeben sich zusätzlich weitere Vorzüge gegenüber dem Erdöl.

Erdgas kann aus relativ krisensicheren Ländern, wie Russland, den ehemaligen Sowjetrepubliken in Asien und aus Skandinavien bezogen werden.

Zudem handelt es sich hier um den saubersten fossilen Brennstoff.^[29] Bei der Verbrennung von Erdgas werden im Vergleich zu Erdöl 25 Prozent weniger Kohlendioxid freigesetzt.^[30] Des Weiteren setzt Erdgas kaum Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und Ruß frei. Beachtet man zusätzlich, dass weltweit in Raffinerien und auf den Gas- und Erdölfeldern nutzlos Erdgas verbrannt wird, so entstehen durch die Verwendung von Erdgas als Treibstoff keine zusätzlichen Umweltbelastungen. Vielmehr wird das bei der Förderung und Verarbeitung von Rohöl abfallende Gas sinnvoll genutzt.

Ursprünglich wurde der Ottomotor mit Gas betrieben. Erst später entwickelte man Techniken, um Erdöl im Otto-Motor verbrennen zu können. Eine umständliche Umrüstung des Fahrzeugs ist daher, bis auf die Integration eines Gasbehälters und dem Einbau eines Einblasventils, nicht notwendig. Umweltminister Jürgen Trittin schreibt dem Erdgas unter den am Markt bisher verfügbaren Kraftstoffen das größte Potenzial zu. Jedoch sind bis zur vollständigen Markterschließung aufwendige Infrastrukturmaßnahmen notwendig.

Komprimiertes Erdgas kann nur in großen Druckbehältern gespeichert werden. Das Gas muss auf 200 bar komprimiert werden, um den Fahrzeugen eine ausreichende Reichweite gewährleisten zu können. Dadurch entstehen Kosten in Höhe von 200.000 Euro pro Tankanlage.^[31] Trotz dieser hohen Kosten existieren in Deutschland mittlerweile 500 Tankstellen, an denen Erdgas getankt werden kann.^[32] Diese Dichte mag für den Regionalverkehr z. B. in und um Berlin genügen. Der Fernverkehr verlangt jedoch eine wesentlich höhere Tankstellenzahl.

Im Vergleich zu den konventionellen Kraftstoffen Benzin und Diesel besitzt Erdgas eine geringere Laufleistung. Dies erfordert entweder große, platzraubende Druckbehälter oder man nimmt eine geringere Reichweite pro Tankfüllung in Kauf.^[33]

[...]

^[1] Vgl. Politische Ökologie 05/2003, S. 10

^[2] Duden 2002

^[3] Meyer 2001

^[4] Vgl. Simon 2002, S. 150

^[5] Vgl. SZ Wissen 01/2005

^[6] Vgl. Simon 2002, S. 149 ff

^[7] Vgl. Simon 2002, S. 301

^[8] Vgl. Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung 2003, S. 13

^[9] Vgl. Zeit 08/2003

^[10] entspricht 42 Prozent des Gesamten Ausstoßes an CO2

^[11] Vgl. Grobecker 2003, S.57

^[12] Vgl. Simon 2002, S. 199

^[13] Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung 2003, S. 39

^[14] Simon 2002, S. 195 ff

^[15] Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung 2003, S. 13

^[16] Vgl. Hartmann/Kaltschmitt 2002, S.5

^[17] Vgl. SZ Wissen 01/2005

^[18] Vgl. Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung 2003, S. 34

^[19] Vgl. greenpeace

^[20] Vgl. Politische Ökologie 05/2003, S. 3

^[21] Der Begriff Erdöl wird im Folgenden als Synonym für Diesel und Benzin verwandt.

^[22] Vgl. Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung 2003, S. 47

^[23] Vgl. lern-live

^[24] Vgl. Hartmann/Kaltschmitt 2002, S.37

^[25] Vgl. Hartmann/Kaltschmitt 2002, S.16f.

^[26] Spiegel 24/2004

^[27] Vgl. Instituts für Klima Umwelt Energie 2003, S.10

^[28] Vgl. Kolke 1999, S. 7

^[29] Vgl. Spiegel 24/2004

^[30] Vgl. Kolke 2001, S. 10

^[31] Spiegel 24/2004

^[32] Erdgas das magazin, S. 21

^[33] Kolke 1998, S.6