KüNFTIGE MOBILITäT: TANKEN IN DER ZUKUNFT

Der künftige Weg scheint klar: Das elektrische Auto wird den Verbrenner in den nächsten Dekaden verdrängen. Das hat gravierende Auswirkungen auf die Infrastruktur, beispielsweise bei den Tankstellen.

Das Auto bleibt – trotz aller Unkenrufe – auch in Zukunft unser zentrales Fortbewegungsmittel. Und zwar weltweit. Einer Aral-Studie nach bewegen sich im Jahr 2040 ungefähr 43 Millionen Pkw auf deutschen Straßen, Exxon rechnet mit 46 Millionen. Im letzten Jahr waren es etwa 48,5 Millionen. Weltweit gab es 2010 etwa eine Milliarde Kraftfahrzeuge, und bis 2030 könnte sich diese Zahl verdoppeln. Die überwiegende Anzahl dieser Kfz wird auch 2030 mit Verbrennungsmotoren unterwegs sein. Nach Berechnungen von Statista werden im Jahr 2035 global etwa gleich viele Pkw mit E-Antrieb und Verbrenner neu zugelassen. Das zeigt, wie lang die weltweite Umstellung auf E-Mobilität dauern wird.

Hierzulande soll den Prognosen zufolge der Pkw-Bestand zwar nicht weiter zunehmen, sehr wohl aber die Fahrleistung auf knapp 700 Milliarden Kilometer im Jahr 2040. Gegenüber dem Jahr 2010 bedeutet das einen Anstieg von elf Prozent. Ob das tatsächlich so kommen wird, ist allerdings von vielen Parametern abhängig, die für einen so langen Zeitraum nicht vorhersagbar sind. Es kann auch ganz anders kommen, wie die Entwicklungen im Kielwasser des Russland-Angriffskriegs seit 14 Monaten zeigen.

Speziell auf dem Land bleibt das Fahren mit dem eigenen Fahrzeug, bedingt durch den unzureichenden öffentlichen Nahverkehr, das wichtigste Mittel zur Mobilität. Dagegen wird der Pkw von Städtern öfter einmal stehen gelassen. Das Fahren und Parken von privaten Pkw in großen Städten wird künftig sicher nicht einfacher.

Tankstelle der Zukunft

Fällt durch die fortschreitende Entwicklung hin zur Elektromobilität der eigentliche Zweck der Tankstelle in den Industrieländern zunehmend weg, stellt sich die Frage nach der Tanke der Zukunft. Wie wird sie aussehen? Tatsache ist, dass auf den deutschen Straßen immer mehr Fahrzeuge mit alternativen Antrieben zu finden sind. Dazu gehören nicht nur E-Fahrzeuge, auch Fahrzeuge mit Wasserstoff- und Hybrid-Antrieb werden vermehrt zugelassen. Gehörten vor einigen Jahren noch die gasbetriebenen Fahrzeuge zu den Alternativen, werden inzwischen nur noch vereinzelt Fahrzeuge mit CNG- oder LPG-Antrieb zugelassen. Skoda und Fiat bauen keine gasbetriebenen Fahrzeuge mehr, nur Audi, Seat und VW bieten noch CNG-getriebene Modelle an. Noch ist das Erdgas steuerbevorteilt. Ab 2024 wird allerdings die Steuer Jahr für Jahr erhöht, was das Ende fabrikneuer Erdgas-Pkw bedeuten könnte.

Bei den LPG- Fahrzeugen haben sich einige Hersteller zum Ende des Jahres 2022 von der Produktion verabschiedet. Nur Dacia baut noch vereinzelt Modelle, die mit LPG betankt werden. Hierzulande gibt es fast 7000 Tankstellen für LPG (Januar 2021) und nur 793 für CNG (Stand Januar 2023), davon 90 Prozent mit BioCNG. Die höchste Anzahl an Erdgastankstellen gab es 2012, seitdem ist die Zahl kontinuierlich gesunken.

Der Tankstelleninteressenverband geht davon aus, dass die Zukunft der aktuellen Tanke noch für viele Jahre gesichert ist. Das Laden von E-Autos wird als eine weitere Option für die Tankstelle 2.0 genannt. Allerdings wird es nicht an jeder Tankstelle 2.0 eine Ladestation geben. Als Einnahmen neben dem Verkauf von Diesel und Benzin werden die Autowäsche und der Shop mit vielen Artikeln des täglichen Bedarfs genannt und natürlich die Ladestationen.

Elektro-Lkw

Allen Schwierigkeiten zum Trotz, an einem batterieelektrischen Fahrzeug und der entsprechenden Ladestation wird in Zukunft kein Weg vorbeiführen. Nach einer Studie der Unternehmensberatung PricewaterhouseCoopers (PwC) könnte selbst der Anteil an Neuzulassungen von Elektro-Lastwagen mit Akkus oder Brennstoffzelle in Europa, Nordamerika und China im Jahr 2035 bei 70 Prozent liegen. Studien über einen so langen Zeitraum sind allerdings reine Prognosen mit sehr vielen Variablen. Wie schnell sich Prognosen komplett ändern können, zeigt sich seit dem Beginn des russischen Angriffskriegs.

Aber schon heute ist die Fokussierung mancher Lkw-Hersteller auf alternative Antriebe zu beobachten. So trimmt nicht nur Volkswagen seine Lkw-Tochter MAN sehr massiv in Richtung Elektromobilität, bei Mercedes und Volvo beispielsweise sieht es nicht anders aus. Diese Entwicklung hin zum elektrischen Schwerlaster geschieht wider besseres Wissen, ist doch den Experten bekannt, dass es nicht nur bessere Methoden des Güterferntransports gibt (die Bahn!), sondern auch geeignete CO2-neutrale Kraftstoffe für schwere Lkw.

Die Bahn ist in absehbarer Zeit dank ihrer politisch gewollten Vernachlässigung in den letzten 20 Jahren allerdings nicht in der Lage, ihren Anteil am Güterverkehr von derzeit etwa 18 Prozent deutlich zu erhöhen. So wird auch der Anteil des Güterfernverkehrs auf der Straße vorerst bei über 70 Prozent bleiben.

In Hessen, Schleswig-Holstein und Baden-Württemberg laufen Versuche mit Oberleitungs-Lkw, die von der Lkw-Lobby unterstützt werden. Zum Einsatz kommen Hybridfahrzeuge, die neben dem Dieselmotor auch über einen Elektromotor mit einer kleinen Batterie verfügen. Die Idee ist, dass die meistbefahrenen Autobahnstrecken mit einem Oberleitungs-Basisnetz ausgestattet werden, um damit jährlich 9,2 Millionen Tonnen CO2 auf einer Streckenlänge von 3200 Kilometern einzusparen. Argumente dagegen sind: zu teuer, zu unpraktisch und in Europa nicht durchsetzbar.

Und so funktioniert die Idee: Sobald der dementsprechend ausgerüstete Lkw sich unter einer Oberleitung befindet, fährt der Stromabnehmer, gesteuert über Sensoren, aus. Selbst Überholvorgänge können problemlos erfolgen. Sobald die Sensoren die Oberleitung entdecken und den Stromabnehmer ausfahren, wird die Batterie geladen oder/und der Elektromotor angetrieben.

Der straßenbasierte Güterfernverkehr wird durch solche Experimente nicht weniger. Aber genau das sollte das Ziel sein neben der CO2- und Schadstoffreduzierung. Viel sinnvoller wäre es, mehr Fernverkehr auf die Bahn zu verlagern, die allerdings dazu im aktuellen Zustand nicht in der Lage ist. Ebenso eignen sich aber auch CO2-neutrale Kraftstoffe und Antriebe, beispielsweise die Brennstoffzelle für den 40-Tonner, die sich in einigen Prototypen durchaus bewährt.

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Immer mehr E-Fahrzeuge

Auch bei den Personenkraftwagen wird die Anzahl der rein elektrisch getriebenen Fahrzeuge zunehmen. In ländlichen und städtisch geprägten Kreisen werden die Fahrzeuge für die private Nutzung überwiegend auf dem eigenen Grundstück oder an der Arbeitsstätte geladen. Zwangsläufig müssen dafür entsprechende Ladekapazitäten vorhanden sein, sodass beispielsweise in einem Vierfamilienhaus auch vier E-Fahrzeuge zur gleichen Zeit geladen werden können. Das ist längst noch nicht überall möglich.

Grundlage für den weitgehend sauberen Betrieb von E-Autos ist aber bekanntlich die Herkunft des Stroms. Nach zwei Jahrzehnten der politisch gewollten Verhinderung von Wind- und Solarenergie hat die neue Bundesregierung nun alle Hände voll zu tun, um die Energiewende auf Kurs zu bringen. Nur mit weitgehend CO2-frei produziertem Strom ist das E-Auto umweltfreundlich zu betreiben. Die vorgelagerte Prozesskette von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur Produktion des Autos ist eine weitere große Baustelle hin zur CO2-freien Mobilität.

Auf längeren Fahrten, die ein Nachladen des Hochvolt-Akkus erforderlich machen, sind ausreichend Ladestationen mit Ladekapazitäten ab 250 kW aufwärts auf Autobahnen oder Autohöfen nötig, aber auch an Tankstellen und öffentlich zugänglichen Ladestationen. Erst durch das Schnellladen wird auch eine längere Reise mit dem E-Auto möglich und akzeptabel. Solche Ladestationen werden zunehmend installiert, weil auch die Nachfrage steigt. Beispielhaft sind die Supercharger von Tesla.

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Ein Tesla Model 3 mit einer Reichweite von 547 km nach WLTP lädt nach Auskunft von Tesla mit bis zu 250 kW.

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Vorangegangenes Bild zeigt eine Ladekurve eines Model 3, aufgenommen am im Bild davor gezeigten Supercharger. Die Außentemperaturen zum Zeitpunkt der Messung waren winterlich, die Batterie wurde bereits vorkonditioniert.

Der maximale Ladestrom nach dem Einschalten beträgt nach ungefähr einer Minute ca. 360 A (hellblau). Daraus errechnet sich eine Ladeleistung von P= U∙I mit U = 370 V von 133,6 kW. Der Strom wird nach sieben Minuten sukzessive – vermutlich aufgrund des Temperaturanstiegs im Batteriemodul – gesenkt und beträgt am Ladungsende nur noch 180 A, die Ladeleistung somit nur noch 395 V ∙ 180 A = 71 kW. Die Temperatur eines Batteriemoduls ist nach ungefähr neun Minuten auf 630 °C angestiegen, und die gespeicherte Kapazität der Batterie (dunkelblau) steigt nach einer Ladedauer von 23 Minuten von ursprünglich 15 kWh auf 52 kWh. Die Nettokapazität des Akkus beträgt 74,5 kWh. In der gleichen Zeit steigt die Batteriespannung (lila) von 335 Volt auf 396 Volt. Eine Konsequenz aus dieser Messung: Die Ladeleistung von 250 kW wurde zu keinem Zeitpunkt erreicht. Sie ist wohl auch nur bei vorkonditionierter Batterie kurzzeitig erreichbar.

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Das Bild zeigt die Ladekurve an einem Supercharger mit einem BMW iX3 mit 400-Volt-System sowie einem Genesis GV 70 mit 800-Volt-System. Die Vorteile des 800-Volt-Systems sind deutlich zu erkennen.

Wasserstoff

Wasserstoff wird je nach Herstellungsart und Rohstoff unterteilt in grünen, türkisen, blauen, grauen und roten Wasserstoff. Beim grünen Wasserstoff wird dieser durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien aus Wind, Sonne oder Wasserkraft gewonnen. Als Rohstoff kommt Wasser H2O zum Einsatz, das mithilfe des Stroms in Wasserstoff H2 und Sauerstoff O gespalten wird. Beim türkisem Wasserstoff wird das Methan im Erdgas gespalten in Wasserstoff und festen Kohlenstoff. Beim blauen und grauen Wasserstoff wird Erdgas als Grundstoff eingesetzt. Das angefallene CO2 wird beim blauen Wasserstoff gespeichert, beim grauen entweicht es. Beim roten Wasserstoff wird der Elektrolyseur mit Strom aus Atomkraft gespeist.

Interessant ist der Wasserstoff für Lkw mit einer Brennstoffzelle. Die Lkw-Sparte von Mercedes-Benz hat den GenH2 Truck mit einer Reichweite von mehr als 1000 Kilometern und einem Gesamtgewicht von 40 Tonnen bei einer Zuladung von 25 Tonnen entwickelt. Ausgestattet mit zwei Edelstahltanks können 80 kg Wasserstoff gespeichert werden. Mit einer Speicherkapazität von 70 kWh ist die Batterie zwar relativ klein, allerdings wird sie nur zur Beschleunigung benötigt. Während eines Beschleunigungsvorgangs ist die Brennstoffzelle nicht in der Lage, die benötigte Kapazität zu liefern.

Bedingt durch die enorme Reichweite werden deutlich weniger Wasserstoff-Tankstellen benötigt als Ladesäulen für die E-Fahrzeuge. Trotzdem ist die derzeitige Anzahl von knapp 100 H2-Tankstellen viel zu gering. Der Plan des Konsortiums H2-Mobilty, der 2013 aufgestellt wurde, sah zwar vor, bis Ende 2023 knapp 400 H2-Tankstellen aufzubauen, daraus wird aber wohl nichts werden. Zudem wird sich die Anzahl von Wasserstoff-Pkw nicht nennenswert vergrößern, weil das Angebot an Fahrzeugen viel zu gering ist und die Stückkosten viel zu hoch sind.

Der Hyundai Nexo kostet in der Grundausstattung mehr als 77 000 Euro, der Toyota Mirai über 63 000 Euro. Für den Nexo gibt Hyundai eine Reichweite von 756 km an, der ADAC hat für den Mirai eine Reichweite von 555 km gemessen. Bestechend gegenüber dem E-Laden ist die mit drei bis fünf Minuten kurze Zeit, den leeren Tank wieder zu befüllen.

Bedingt durch die hohen Anlagekosten – eine Zapfsäule kostet zwischen einer und 1,5 Millionen Euro – verläuft der Ausbau schleppend. Der Kunde muss für 1 kg fossilen Wasserstoff – hergestellt aus Erdgas, Methan oder Schweröl – 14 Euro bezahlen, beim grünen Wasserstoff durch Elektrolyse sind es 30 Euro. Dafür kommt der H2-Pkw mit 1 kg Brennstoff auch etwa 100 km weit.

E-Fuels

Unter E-Fuels sind synthetische Kraftstoffe zu verstehen, die mithilfe elektrischer Energie (möglichst CO2-frei) aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais, Raps, Weizen oder Palmöl hergestellt werden. Da Lebensmittel als Ausgangsstoff verwendet werden, führt der Einsatz zu erheblichen Diskussionen, zumal für die Verwendung von Palmöl in Asien und Südamerika Urwälder gerodet wurden und werden.

Inzwischen arbeitet man an synthetischen Kraftstoffen, die als Grundprodukt Wasserstoff verwenden. Dieser Wasserstoff wird mit regenerativem Strom aus Wasserkraft gewonnen, anschließend wird der Wasserstoff mit Kohlendioxid verbunden. Das Produkt ist synthetischer Diesel, synthetisches Benzin oder ebenfalls synthetisches Kerosin.

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Vorteilhaft können E-Fuels wie konventioneller Kraftstoff transportiert werden, Sie lassen sich über das bestehende Tankstellennetz vertreiben. Wenn E-Fuels den Normen entsprechen, sind sie in den heutigen Diesel- und Benzin-Pkw problemlos einsetzbar, zumal die Fahrzeugindustrie die Motoren der Neufahrzeuge für synthetischen Kraftstoff ausgelegt hat. Allerdings verteuert der aufwendige Herstellungsprozess das Produkt enorm. Bei einem "Well-to-Wheel"-Vergleich stehen nur 15 Prozent der ursprünglich eingesetzten Energie zur Verfügung, ein äußerst schlechter Gesamtwirkungsgrad.

Trotzdem sind E-Fuels ein Teil der Lösung, um den Verkehr künftig CO2-ärmer zu machen und auch um die bestehenden riesigen Fahrzeugflotten im Sinne der Nachhaltigkeit lange betreiben zu können. Moderne Autos halten heute durchaus 20 Jahre, auf anderen Kontinenten sogar deutlich länger. Und schließlich wissen wir ja, der konventionelle Verbrennungsmotor ist nicht das Problem, es ist der fossile Kraftstoff, den die Motoren verbrennen.

Erneuerbarer Kraftstoff

Biodiesel als erneuerbarer Kraftstoff wird schon seit über 20 Jahren hergestellt. Er wird mit fünf bis sieben Prozent dem Dieselkraftstoff beigemischt. Hergestellt aus Pflanzenölen oder tierischen Fetten ist dieser Biodiesel bezüglich seiner Umwelteigenschaften umstritten. Als reiner Biodiesel ist er nur noch an wenigen Tankstellen zu bekommen, zumal die Steuer in den letzten Jahren sukzessive erhöht wurde. Einige Fahrzeughersteller untersagen die Verwendung von reinem Biodiesel, da das Einspritzsystem versulzen kann.

Beim Benziner kann der Tankstellenkunde zwischen Normalkraftstoff E5 oder E10 wählen. Bei E10 handelt es sich um Benzin, dem 10 Prozent Bioethanol zugesetzt wurden. E10 wird bewusst um sechs Cent/Liter günstiger als E5 angeboten, um die Kunden dadurch zu überreden, E10 zu tanken. Was die meisten Kunden aber nach wie vor nicht machen, weniger aus Bedenken gegenüber dem "Öko-Anteil" im Benzin, wohl eher wegen dem etwas geringeren Brennwert und möglichem Mehrverbrauch. Erst mit den massiv gestiegenen Kosten bedingt durch Russlands Angriffskrieg stieg der Anteil von E10 am Gesamtbenzinverbrauch von 17 Prozent (im Jahr 2021) auf 23 Prozent im letzten Jahr.

Nachteilig beim E10 sind die nicht immer zweifelsfreie Herkunft des Bioethanols (Produkte aus Ölpalmen, die auf abgeholzten Urwaldflächen wachsen, sind nicht auszuschließen) und der etwas höhere Verbrauch infolge des geringeren Energieinhalts.

Tankstelle der Zukunft

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Eine Studie der Aral AG befasst sich mit den künftigen Aufgaben der Tankstelle ab dem Jahr 2040. Danach wird sich das Tankstellengeschäft in drei Säulen gliedern: Kraftstoffgeschäft, Shop und Autowäsche. Schon heute teilt sich die Wertschöpfung der Stationen je zur Hälfte in Kraftstoff und Shop/Wäsche auf.

Bis zum Jahr 2040 wird sich allerdings die Nachfrage nach konventionellen Kraftstoffen in Richtung elektrisches Laden verschieben. Das bedeutet, dass Tankstellen zusätzliche Ultra-Fast-Charging-Ladestationen aufbauen mit einer Lademöglichkeit bis zu 350 kW. Nicht nur Pkw und Nutzfahrzeuge werden dort geladen, auch besteht die Möglichkeit, E-Bikes und Roller mit elektrischer Energie zu versorgen. Zusätzlich werden auch noch alternative Kraftstoffe wie Gas oder Wasserstoff nachgefragt. LNG und CNG allerdings nur in sehr geringem Maße.

In Großstädten können die Menschen auf die unterschiedlichsten Verkehrsmittel zugreifen. Zur Verfügung stehen Pkw, Bahn, Bus, Taxi, Carsharing oder Fahrrad. Manche träumen auch noch vom Lufttaxi. Dann ist die Großtankstelle der zentrale Knotenpunkt für die Reisenden. Die Aral-Studie vermutet, dass das Shop- und Bistrogeschäft, ergänzt durch Gastronomieangebote, an den Tankstellen zunehmen wird. Die Tankstelle der Zukunft könnte dann nicht nur ein Servicepunkt sein, sondern auch ein Wartepunkt für diejenigen, die mit einem bestimmten Verkehrsmittel ihre Weiterfahrt fortsetzen möchten.

Fazit

Das EU-Parlament hat beschlossen, dass ab dem Jahr 2035 auf Europas Straßen nur noch neue Pkw und Kleintransporter zugelassen werden dürfen, die kein Kohlendioxid ausstoßen. Im Kern bedeutet diese Entscheidung, dass Diesel-, Benzin-, LNG- und CNG-Zapfsäulen zu den Auslaufmodellen gehören. Aber auch, dass die Preise auf dem Gebrauchtwagenmarkt sukzessive steigen werden, weil nicht jeder sich ein E-Mobil leisten kann oder will. Verbrenner wird es auch nach 2035 noch in großer Zahl geben, vorausgesetzt, die politischen Entscheider kommen nicht auf weitere weltfremde Ideen. In den allermeisten Ländern dieser Welt werden auch in zehn oder 20 Jahren weiterhin Autos mit Verbrennungsmotor den Verkehr dominieren.

Ob E-Fuels eine Zukunft haben, wird von vielen Politikern bestritten. Die Begründung: E-Fuels seien ineffizient, sie werden immer teurer sein (als was?), sie haben daher keine Zukunft. Gleichwohl werden die Verbrenner weltweit noch einige Jahrzehnte das Rückgrat des Verkehrs bilden. Da wäre es durchaus sinnvoll, primär die Produktion von Strom möglichst schnell und weltweit auf saubere Anlagen umzustellen, massiv auszubauen und das auch in ärmeren Ländern zu fördern. Nicht nur in China und Afrika werden nach wie vor neue Kohlekraftwerke gebaut mit einer prognostizierten Lebensdauer von mindestens 50 Jahren.

Bis die meisten Länder in Südamerika, Afrika und Asien über vorwiegend sauberen Strom verfügen, werden noch viele Jahrzehnte vergehen. Gleiches gilt dort für die heute noch komplett fehlende Infrastruktur zum Laden von E-Autos. Allerdings eignen sich große Teile dieser Regionen bestens für die Produktion von sauberem Strom aus Wind- und Sonnenenergie. Dort kann CO2-frei produzierter synthetischer Kraftstoff für die Bestandsflotte mit Otto- oder Dieselmotoren sehr wohl zu einer global nennenswerten CO2-Reduktion beitragen.

Und was ist mit schweren Nutzfahrzeugen? Die Lobby der Lkw-Hersteller arbeitet momentan erfolgreich daran, dass dieses Thema ganz kleingekocht wird. Am sinnvollsten wäre zweifellos die Frachtverlagerung auf die Schiene. Ob die Bahn allerdings in den nächsten zehn Jahren die baulichen Defizite und politisch bedingten Versäumnisse der letzten beiden Dekaden eliminiert haben wird, darf getrost bezweifelt werden. Zwar gibt es vage Ankündigungen, dass schwere Nfz bis zum Jahr 2040 etwa 90 Prozent weniger CO2 ausstoßen sollen, aber die möglichen Lösungen wie Elektroantrieb oder Oberleitungen sind im Sinne des Umweltschutzes und der Straßenbelastung wenig sinnvoll. Fakt ist jedenfalls, dass es für die klimaneutrale Verkehrswende sehr viel zu tun gibt, vor allem beim Ausbau der Ladestationen für E-Fahrzeuge. Und sicher ist auch, dass nicht nur der eine Weg über Elektroautos zum Ziel führen wird, dazu ist die Problematik und die schiere Menge des globalen Verkehrs einfach zu groß. Sicher ist aber auch, dass unsere gewohnten Tankstellen in 20 Jahren ganz anders aussehen als heute. Vielleicht so, wie unser Titelbild suggeriert.

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