VDI: Bei Mobilität setzen fast alle Ingenieure auf CO2-freie Technologien

Im Ranking um die wichtigsten Herausforderungen für Deutschland liegt für Ingenieur*innen der Umwelt- und Klimaschutz, gleich nach dem Zustand des Bildungswesens, auf Platz zwei. Das belegt eine Umfrage unter VDI-Mitgliedern im Oktober 2020 mit knapp 1.500 Teilnehmenden. Für 83 % hat auch die SARS-CoV-2-Pandemie nichts an der dringlichen Bedeutung des 1,5 °C-Ziels geändert. Im direkten Zusammenhang damit steht auch die künftige Antriebstechnologie für die Mobilität, insbesondere die Luftfahrt und das Automobil betreffend. Bei der Mobilität setzen nahezu alle VDI-Mitglieder auf CO2-freie Technologien.

Das im Pariser Übereinkommen formulierte Klimaziel, die durchschnittliche, globale Temperaturerhöhung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, erfordert zahlreiche Innovationen im Bereich der Energietechnik und des Klimaschutzes. Hierfür arbeiten Ingenieur*innen Tag für Tag an Lösungen. Ziel des Fokusthemas ist es, diese Lösungen zur Reduktion des CO2-Fußabdrucks aufzuzeigen, und zu vermitteln, wie unser Planet vor weiterer Erwärmung geschützt werden kann.

Kritik üben die befragten Ingenieur*innen vor allem an der Bundesregierung und den Bundesländern. Sie müssten nach Einschätzung der Befragten den Klimaschutz eindeutig schneller voranbringen. Auch Städte und Gemeinden schneiden nicht viel besser ab. „Die deutliche Mehrheit ist der Meinung, dass sowohl politisch als auch privat zu wenig getan wird. Das zeigt einmal mehr, dass es eine zügige gesamtgesellschaftliche Anstrengung braucht, um das 1,5 °C-Ziel noch zu verwirklichen“, kommentiert VDI-Präsident Dr.-Ing. Volker Kefer die Umfrageergebnisse.

Damit das 1,5 °C-Ziel nicht überschritten wird, muss in Deutschland die Energieerzeugung und -versorgung grundlegend transformiert werden. Die Energiewende gehe aber deutlich zu langsam voran, um die Klimaziele zu erreichen, sagen über drei Viertel der Ingenieur*innen in der Umfrage. Volker Kefer: „Beim Umbau unseres Energiesystems wurden die politisch gesteckten Ziele bisher nicht erreicht. Das geht auch aus dem jährlichen Monitoring der Energiewende der Bundesregierung hervor. Der Transformationsprozess muss also dringend beschleunigt werden.“

Wandel durch energieeffiziente Technologien notwendig. Sinnvollste Maßnahmen im Zuge der Energiewende sind laut Umfrage der schnelle Abbau von klimaschädlichen Subventionen, z.B. den Diesel, zu die Verknappung der CO2-Emissionsrechte, eine höhere Besteuerung von besonders klimaschädlichen Produkten (Kerrosin, Diesel) und der Ausbau der überregionalen Stromnetze. Knapp 90 % der Ingenieur*innen hält es dabei für absolut akzeptabel, wenn im Zuge der Energiewende einzelne Industriezweige umstrukturiert werden müssen.

Für einen solchen Wandel im Industriesektor spielen neue Technologien eine entscheidende Rolle. Das gilt vor allem für sehr CO2-intensive Bereiche, für die neue Verfahren entwickelt werden. Des Weiteren messen sie auch der Verringerung des Energieverbrauchs im Verkehr sowie dem Ausbau der erneuerbaren Energien eine große Bedeutung bei.

Ausbau der Erneuerbaren Energien muss ambitionierter werden. Gerade der Ausbau der Sonnen- und Windenergie ist in Deutschland jedoch zuletzt ins Stocken geraten. „Der derzeit im Abstimmungsverfahren befindliche Entwurf der Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) enthält nicht genügend Maßnahmen, um das Ziel der Treibhausgasneutralität bis 2050 zu erreichen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Harald Bradke, Vorsitzender der VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt. „Neben dem Ausstieg aus der Kernenergie- und Kohleverstromung müssen parallel auch die Mobilität und die Wärmeversorgung klimaneutral werden. Das erfordert einen beschleunigten Ausbau von Windkraft und Fotovoltaik.“

Er mahnt: „Wenn wir die Energiewende und den Klimaschutz jetzt nicht deutlich ambitionierter voranbringen, werden die späteren Maßnahmen noch viel gravierender ausfallen oder wir werden für viel Geld CO2-Zertifikate im Ausland einkaufen müssen.“ Sinnvoller sei es, dieses Geld in den Ausbau der Erneuerbaren Energien und in energieeffiziente Technologien zu investieren. „Das kurbelt auch die Konjunktur in Deutschland an und kann mehr Arbeitsplätze schaffen“, ist sich Bradke sicher.

Wasserstoff mit großem ökonomischen Potenzial. Einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende wird Wasserstoff jedoch erst ab einer deutlichen Reduktion des Einsatzes fossiler Energieträger spielen. In seiner Herstellung offenbart Wasserstoff Tücken: Damit das Gas keinen CO2-Rucksack trägt, braucht es „grünen“ Wasserstoff. Verfahrenstechnisch muss demzufolge die Wasserelektrolyse mit Ökostrom das heute in der chemischen Industrie gängige erdgasbasierte Verfahren der Dampfreformation ersetzen. Denn hierbei werden relativ große Mengen CO2 freigesetzt. Dann wird aus dem bisherigen „grauen“ Wasserstoff „grüner“.

Die Rolle des Wasserstoffs muss man im Zusammenhang mit der gesamten Energiewende betrachten: Die effiziente Bereitstellung und Nutzung von Energie sollten weiterhin an erster Stelle stehen. Denn als treibhausgasneutraler Energieträger zur Herstellung von Wasserstoff steht in Deutschland derzeit ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung, der nicht direkt zur Substitution fossiler Energieträger in konventionellen Kraftwerken genutzt werden kann (Überschussstrom).
Folglich ist die Stromerzeugung aus Windkraft- und Fotovoltaikanlagen als Voraussetzung für die Erzeugung von grünem Wasserstoff auszubauen. Da die Erzeugung von Wasserstoff mittels Strom aber auch seine Nutzung oder Umwandlung, etwa in synthetische Brenn- und Kraftstoffe, mit Verlusten behaftet ist, sollte zunächst geprüft werden, ob sich der Strom direkt nutzen lässt.

Wasserstoff und die damit verbundenen anwendungsspezifischen Technologiebereiche wie Elektrolyse-, Brennstoffzellen- und Power-to-X-Anlagen sowie Speichertechnologien bergen neben den ökologischen Vorteilen erhebliches ökonomisches Potenzial. Aber mit einem Wandel der Energiekette ist ein disruptiver Wandel der Wertschöpfungsketten verbunden.

Wasserstoff, koste es, was es wolle? Was macht Wasserstoff vor dem Hintergrund der Energiewende letztlich so interessant? Nun, das Besondere an Wasserstoff ist seine Fähigkeit, als Speicher für die Sektorkopplung von Strom, Mobilität und Wärme sowie als  Rohstoff in der Chemieindustrie und als Reduktionsmittel in industriellen Prozessen eingesetzt werden zu können. Expert*nnen wie Monika Derflinger, Managerin R&A Powertrain Integration im Ford Research & Innovation Center Aachen und Mitglied im Fachausschuss Wasserstoff und Brennstoffzellen des VDI-Fachbereichs Energietechnik, lenken bei allem Engagement für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft den Blick auf einen rationalen Umgang mit den Gegebenheiten. Sie sagt, an allererster Stelle sei Wasserstoff dort einzusetzen, wo es technisch sinnvoll sei. Man dürfe nicht nach dem Motto „Wasserstoff, koste es, was es wolle“ verfahren.

Auto-Antriebe - komplementäres Miteinander der Technologien. In der aktuellen öffentlichen Diskussion um Pkw-Antriebskonzepte steht die Reduzierung von NO2- und insbesondere CO2-Ausstößen klar im Vordergrund. Damit dies gelingt, setzen Politik und Teile der Industrie voll auf den batterieelektrischen Antrieb. Die neue VDI-Studie „Ökobilanz von Pkws mit verschiedenen Antriebssystemen“ zeigt jedoch, dass eine solche einseitige Fokussierung eher kontraproduktiv für die Umwelt ist. „Ein komplementäres Miteinander der Technologien ist unsere einzige Chance, die CO2-Ziele für 2030 zu erreichen“, fasst VDI-Präsident Dr.-Ing. Volker Kefer das Ergebnis der Studie zusammen.

Ob Batterie, Brennstoffzelle oder Verbrennungsmotor – alle Antriebskonzepte haben noch große Potenziale, signifikant zur CO2-Reduktion in der Mobilität beizutragen. „Wir unterstützen als VDI ausdrücklich die Förderung von alternativen Technologien“, betont Kefer. „Wichtig ist uns aber, nicht allein auf Batteriefahrzeuge zu setzen, sondern auch die Brennstoffzelle und moderne Verbrennungsmotoren mit umweltfreundlicheren Treibstoffen wie Gas oder synthetischen Kraftstoffen weiter zu stärken.“
Energieträger bei Produktion entscheidend. Einen wesentlichen Anteil an den emittierten CO2-Emissionen hat die jeweilige Energieversorgung der Fahrzeuge in der Produktion und im Betrieb. „Wenn die Energieträger nicht von ihrem CO2-Rucksack befreit werden, kann keine der Technologien helfen“, sagt Dr.-Ing. Ralf Marquard, Vorsitzender des VDI-Fachbeirats Antrieb und Energiemanagement der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik und einer der Mitinitiatoren der Studie. „Nur wenn die Energieträger auf erneuerbarer Basis gewonnen werden, können alle Technologien helfen, die Umweltbilanz zu verbessern.“

Verlagerung der Batteriezellenfertigung nach Europa. Batterieelektrische Antriebe leiden vorerst noch unter dem aktuell hohen Energie- und Materialaufwand in der Produktion. „Ein erfolgreiches und energiesparendes Batterierecycling ist hier der Schlüssel zum Erfolg, den es zwingend gilt zu fördern, da dies aktuell nicht in industriellem Maßstab praktiziert wird“, so Marquard. Dies ist ein wesentlicher Baustein, um die Umweltbilanz der Fahrzeuge deutlich zu verbessern. Eine weitere Empfehlung der Studie ist, die Batteriezellenfertigung schnell von China nach Europa zu verlagern. Dies hätte einen deutlich positiven Einfluss auf die CO2-Emissionen zur Folge. Grund dafür sind kürzere Transportwege und der kohlelastige Strommix in China. Info: www.vdi.de/energie-und-umwelt. Quelle: VDI / DMM