Alternative Kraftstoffe

2.4.1 Limitierte Emissionen

Bei den limitierten Emissionen handelt es sich um die gesetzlich reglementierten Schadstoffe. Dass andere Substanzen ebenfalls die Umwelt belasten können, ist selbstverständlich.

· Kohlenwasserstoffe (C_nH_m): Allgemeine Bezeichnung für organische Verbindungen, die aus verschiedenen Anteilen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Treten Kohlenwasserstoffe im Abgas auf, ist dies ein Zeichen für eine unvollständige Verbrennung mit entsprechend geringerem Wirkungsgrad. Aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen werden krebserregende Eigenschaften zugeschrieben.

· Kohlenmonoxid (CO): Reiz-, farb- und geruchsloses Gas, das bei der unvollständigen Verbrennung von organischen Verbindungen entsteht. Es wirkt gesundheitsgefährdend, da es die Sauerstoffaufnahme des Blutes behindert.

· Stickoxide (NO_x): NO_x umfasst Stickoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂). Sie entstehen insbesondere bei hohen Verbrennungstemperaturen. NO greift die Schleimhäute der Atmungsorgane an und begünstigt Atemwegserkrankungen. In Luft reagieren die Oxide in Verbindung mit Wasser zu Salpetersäure (HNO₃) und sind für den sauren Regen mitverantwortlich. Stickoxide tragen außerdem zur Smogbildung bei.

· Ruß (C): Reiner, unverbrannter Kohlenstoff. Er wird vornehmlich in Dieselaggregaten erzeugt. An den Kohlenstoffpartikeln können polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe angelagert sein, denen eine karzinogene (krebserzeugende) Wirkung nachgesagt wird.

2.4.2 Nichtlimitierte Emissionen

· Schwefeldioxid (SO₂): Farbloses, stechend riechendes Gas. Es entsteht überwiegend als unerwünschtes Nebenprodukt bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Energieträger wie beispielsweise Kohle oder Öl. Reaktionsprodukte von Schwefeldioxid führen vermischt mit Wasser und Salpetersäure zur Bildung sauren Regens, der für das Waldsterben mitverantwortlich ist.

· Kohlendioxid (CO₂): Farbloses, nicht brennbares, geruchloses und ungiftiges Gas, das mit ca. 0,03 % natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre ist (s. auch Kap. 2.4.3 CO₂-Problematik).

· Polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH): Einige besitzen karzinogene und auch mutagene Eigenschaften (Krebs und Mutationen auslösend).

· Benzol, Toluol, Xylol (BTX): Leicht flüchtige, aromatische Einzel-Kohlenwasserstoffe in ringförmiger chemischer Anordnung; Benzinbestandteile. Benzol gilt als krebserzeugend. Toluol kann in erhöhter Konzentration Schleimhautreizungen, Störungen des Nervensystems sowie Schädigungen an Leber, Niere und Gehirnzellen verursachen.

· Formaldehyd (HCHO oder CH₂O): Wasserlösliches, sehr reaktionsfreudiges, säuerlich-stechend riechendes, farbloses Gas, karzinogen. Es gehört zur Gruppe der Aldehyde und kommt meist in 35%iger wässriger Lösung als Formalin in den Handel. Es entsteht als Nebenprodukt bei fast allen Verbrennungsprozessen.

2.4.3 CO₂-Problematik

Beim Thema Kohlendioxid scheiden sich die Geister, wie diese Substanz am treffendsten tituliert werden kann:

· als Schadstoff

· als Treibhausgas

· als natürliches Umweltgas

Kohlendioxid, chemisch korrekt Kohlenstoff-Dioxid genannt, ist ungiftig und ein natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre. Bei der Photosynthese wird es von Pflanzen mit Hilfe der Sonnenenergie und Wasser in energiereichere Kohlenhydrate überführt, wobei Sauerstoff freigesetzt wird, den wiederum Menschen und Tiere zum Leben und Überleben benötigen. Auch die Kohlenhydrate werden von Mensch und Tier für deren Stoffwechsel aufgenommen, zu CO₂ und Wasser abgebaut und durch Atmung an die Außenluft abgegeben beziehungsweise in Biomasse umgewandelt.

Vor Jahren waren sich die Wissenschaftler noch uneins darüber, ob Kohlendioxid tatsächlich einen Einfluss auf das Klima hat. Mittlerweile stimmen weit über 90 % der Wissenschaftler darin überein, dass die vom Menschen verursachte Emission von Treibhausgasen (inklusive Kohlendioxid) einen globalen Klimawandel bewirkt. Bei der Interpretation dieser Aussage, welche Folgen dies also haben könnte, sind sich die Forscher jedoch noch uneins.

Aber worum genau geht es eigentlich bei der CO₂-Problematik?

Die Erdatmosphäre ist weitestgehend durchlässig für einfallendes, sichtbares Sonnenlicht. Die Rückstrahlung von langwelliger Infrarotstrahlung ins Weltall wird hingegen erschwert, weil bestimmte Substanzen in der Atmosphäre dies teilweise verhindern. Damit verhält sich die Atmosphäre ähnlich wie das Glasdach eines Treibhauses, wovon dieses Phänomen seinen Namen bekommen hat: Treibhauseffekt.

Nach der aktuellen wissenschaftlichen Definition trägt der in hohen Luftschichten befindliche Wasserdampf zu zwei Dritteln die Schuld an dieser verminderten Rückstrahlung. Zu einem Viertel ist daran Kohlendioxid, zu etwa 2 % sind Methan und zu rund einem Zehntel andere klimawirksame Substanzen beteiligt. Diese im eigentlichen Sinne natürliche Eigenschaft der Atmosphäre hebt die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche um etwa 30 °C an. Ohne dieses Phänomen wäre es also um einiges kälter auf unserem Planeten.

Wird heutzutage vom Treibhauseffekt gesprochen, ist damit eine über das natürliche Maß hinausgehende Erwärmung der Erde gemeint. Einige Klimamodelle sagen in den nächsten 50 Jahren eine globale Temperaturerhöhung um 1,5 bis 4,5 °C voraus. Diese deutliche Erwärmung wird der Konzentrationszunahme von Kohlendioxid, Methan, FCKW, Distickstoff-Oxid sowie anderer Spurengase zugeschrieben, die auf die Industrialisierung der Menschheit zurückgeführt wird.

Seit dem ersten Klimagipfel in Rio de Janeiro im Jahr 1992 diskutieren die Teilnehmerstaaten über eine geeignete gemeinsame Vorgehensweise, um diese von den Menschen verursachte Temperaturerhöhung einzudämmen. Zunächst einigte man sich auf die Agenda 21, die keine konkreten Vereinbarungen beinhaltete. Erst im Jahr 1997 verständigten sich insgesamt 160 Staaten in der japanischen Stadt Kyoto auf die Verringerung ihres Schadstoffausstoßes. Die Industrieländer verpflichteten sich, ihre Emissionen an Kohlendioxid und Treibhausgasen bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 um durchschnittlich 5,2 % gegenüber dem Vergleichsjahr 1990 zu senken. Offiziell in Kraft getreten ist das Kyoto-Protokoll erst 2005. Die Vereinigten Staaten von Amerika, damals der weltweit größte CO₂-Emittent, distanzierten sich jedoch zunächst ebenso wie einige weitere Nationen von dieser Vereinbarung.

Die im Protokoll vereinbarten Maßnahmen sollen Anreize schaffen, Emissionen zu reduzieren. Der Beschluss nennt verschiedene Instrumente, mit denen die Emissionsziele erreicht werden können, wie zum Beispiel den internationalen Emissionshandel.

Die Europäische Union (EU) hat im Zuge dieser Vereinbarung zugesichert, ihre CO₂-Emissionen um 8 % bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 zu reduzieren. Wegen der unterschiedlichen Lastverteilung innerhalb der EU hat die Bundesrepublik Deutschland 21 % zugesichert, während anderen europäischen Ländern ein Anstieg ihrer Zahlen zugestanden wurde (z. B. Griechenland: +25 %). Bis zum Jahr 2020 war ursprünglich eine Emissionsreduktion von 30 % und bis 2040 von 70 % angepeilt worden. Diese Zielsetzung wurde jedoch in zahllosen Verhandlungen aufgegeben. Ende 2008 stimmte das EU-Parlament stattdessen dafür, 20 % Treibhausgasemissionsverminderung bis 2020 anzupeilen.

Momentan emittieren fast alle Länder eher mehr als weniger Kohlendioxid gegenüber 1990. Dass Russland gemäß Abbildung 11 zumindest von 1990 zu 2003 eine löbliche Ausnahme bildete, lag vorrangig am Zusammenbruch der Industrie nach dem Zerfall der Sowjetunion, von dem sich die dortige Wirtschaft nur allmählich erholte. Speziell die Vereinigten Staaten von Amerika, die für einen Großteil des weltweiten CO₂-Ausstoßes verantwortlich sind, steigerten ihren Anteil in der Vergangenheit deutlich. Mittlerweile gibt es allerdings auch von Seiten der US-Regierung deutliche Signale der Einsicht. Selbst dort wird der Klimawandel inzwischen als ernst zu nehmendes Problem angesehen. 2008 löste China offiziell die USA als Haupt-CO₂-Emittent ab.

ABB. 11: ENTWICKLUNG DER KOHLENDIOXIDEMISSIONEN WELTWEIT [Mio. t CO₂]

Deutschland bildet bei der CO₂-Reduzierung fast schon eine Ausnahme und verfügt im Bereich der erneuerbaren Energien sowie bei der Klimadebatte über eine gewisse Vorreiterrolle. Die Bundesregierung erklärte 2007 in einer Regierungserklärung, der Ausstoß von Kohlendioxid solle in Deutschland bis zum Jahr 2020 gegenüber dem Vergleichsjahr 1990 um 40 % reduziert werden. Diese Vorgabe wird nach einhelliger Meinung als sehr ambitioniert bewertet. 2009 lag die Absenkung bei 28,7 %.

Gemeinsame Schritte zur Eindämmung der Kohlendioxidemissionen speziell im Fahrzeugsektor kommen nur langsam voran. Lange Zeit konnte europaweit keine Einigung bei der Beschränkung des CO₂-Ausstoßes von Neuwagen erzielt werden. Eine Festlegung des Kohlendioxidausstoßes auf 120 g/km scheiterte an der Lobbyarbeit insbesondere deutscher Automobilkonzerne, so dass sich der EU-Umweltministerrat 2008 auf einen Grenzwert von 130 Gramm CO₂ pro Kilometer verständigte. Ein Grenzwert von 120 g CO₂ pro Kilometer soll erst ab 2015 gelten.

2.4.4 Schadstofffreisetzung

Je nach Energiewandlung und Einsatzgebiet werden verschiedene Energieträger verwendet. Dementsprechend unterschiedlich sind die Mengen sowie die Zusammensetzungen der jeweiligen Emissionen (Abb. 12). Für den Straßenverkehr werden vorrangig Otto- und Diesel-Motoren eingesetzt, die Benzin beziehungsweise Dieselöl verbrennen. In Kraftwerken können je nach Bauart Braun- oder Steinkohle, Erdgas und auch Erdöl verfeuert werden.

Im gesamten Verkehrssektor (Straßen-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr) werden über 60 % der insgesamt anfallenden NO_x-Emissionen abgegeben. Der Verkehr ist darüber hinaus für über 55 % der CO-Emissionen verantwortlich, wobei der maßgebliche Anteil im Straßenverkehr von Pkw freigesetzt wird. Außerdem kommt mehr als ein Sechstel aller Kohlendioxidemissionen aus dem Fahrzeugsektor.

Staubemissionen sind nicht erst seit der Feinstaubdebatte von 2005 ein Problem. Im Kfz-Sektor wird mittlerweile zwar gegen den weiteren Partikelausstoß vorgegangen, indem beispielsweise einige Städte Umweltzonen eingerichtet haben. Der Hauptemittent von Feinstaub ist jedoch die Industrie mit ihrer Vielzahl an chemischen und thermodynamischen Prozessen. Staub kann daher die unterschiedlichsten chemischen Zusammensetzungen aufweisen. Er sollte jedoch nicht mit Ruß verwechselt werden, der beispielsweise in Dieselaggregaten freigesetzt wird und an dem karzinogene polyzyklische Kohlenwasserstoffe haften können.

Die im Verkehrssektor seit Jahren gültigen EURO-Abgasnormen (s. Tab. 3) spiegeln recht gut wieder, wie neue Techniken zu einer schrittweisen Eindämmung der Emissionen beigetragen haben. Die Regulierung der Schadstoffgrenzwerte, die es seit 1970 gibt, hat entscheidend daran mitgewirkt, dass die meisten Neufahrzeuge heute verglichen mit der Zeit vor der Abgasregulierung deutlich sauberer sind.

ABB. 12: VERGLEICH VERSCHIEDENER SCHADSTOFFQUELLEN Emissionen unterteilt nach Sektoren in Deutschland [Anteil in %; 100%=1,0]

TAB. 3: EURO-GRENZWERTE IN MG/KM BEI BENZIN/DIESEL

2.5 Förderung & Besteuerung

Einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Entwicklung im Energiesektor haben die politischen Rahmenbedingungen. Ein wichtiges Instrument zur Unterstützung alternativer Energietechniken ist dabei die Förderpolitik.

Das bekannteste Förderinstrument im stationären Energiesektor dürfte das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG, Einführung 1. April 2000) sein, das erheblich zur Etablierung der regenerativen Energien beigetragen hat. Im EEG ist geregelt, dass Stromerzeuger das Recht haben, Strom aus erneuerbaren Energien in das Netz einzuspeisen. Demgegenüber sind die Netzbetreiber verpflichtet, eine festgelegte Mindestvergütung an den jeweiligen Erzeuger zu zahlen. Die Kosten dafür werden nach dem Verursacherprinzip auf alle Stromkunden verteilt: Wer wenig Elektrizität verbraucht, zahlt auch wenig. Per Definition handelt es sich somit um keine staatliche Beihilfe oder Subvention. Ähnlich dem EEG zur Förderung nachhaltig erzeugten Stroms ist mittlerweile auch ein Wärme-EEG eingeführt worden.

Zur Förderung alternativer Kraftstoffe gab es im Jahr 2001 von Seiten der Europäischen Kommission einen Aktionsplan und zwei Richtlinienvorschläge. Die Kommission war der Ansicht, dass Kraftstoffe aus landwirtschaftlichen Rohstoffen (d. h. Biokraftstoffe) kurz- bis mittelfristig gute Aussichten böten, sukzessive die fossilen Energieträger zu ersetzen. In dem Aktionsplan wurde eine Strategie skizziert, durch die im Straßenverkehrssektor eine allmähliche Substitution herkömmlicher Otto- und Diesel-Kraftstoffe durch Alternativsprit erreicht werden sollte. Als aussichtsreiche Kandidaten mit realistischen Chancen auf dem Kraftstoffmarkt wurden genannt:

1. kurzfristig: Biokraftstoffe der 1. Generation (Biodiesel, Rapsöl, Ethanol)

2. mittelfristig: Erdgas

3. langfristig: Wasserstoff

Als geeignete Maßnahme zum Erreichen dieser Ziele wurde die Festlegung eines Mindestanteils von Biokraftstoffen an allen verkauften Kraftstoffen vorgeschlagen. Dieser Vorschlag ist inzwischen in der EU-Richtlinie 2003/30/EG umgesetzt worden.

Vom 1. Januar 2004 an gab es zudem eine Steuerbefreiung für Biokraftstoffe, die nach damaliger Vorgabe eigentlich bis zum 31.12.2009 erhalten bleiben sollte. Auf diese Weise sollte in allen EU-Mitgliedsstaaten erreicht werden, dass bis zum Jahr 2010 rund 5,75 % aller mineralölischen Kraftstoffe durch biogene substituiert werden. Nach damaliger Planung sollte der Anteil im Jahr 2020 bei 10 % liegen. Das erklärte Ziel lautete, die Abhängigkeit von Rohölimporten zu senken.

TAB. 4: MINERALÖLSTEUER AUF REINE BIOKRAFTSTOFFE

Die Bundesrepublik änderte jedoch im Sommer 2006 diese EU-Vorgaben. Trotz erheblicher Proteste aus der Biobranche beschloss die Regierungskoalition, Biokraftstoffe ab dem 1.8.2006 stufenweise zu besteuern (s. Tab. 4). Für reinen Biodiesel fielen bei der Einführung des novellierten Energiesteuergesetzes zunächst Abgaben in Höhe von neun Cent pro Liter an. Am 1.1.2008 erhöhte sich der Steuersatz auf 15 Cent pro Liter reinen Biodiesels und auf 10 Cent pro Liter reinen Pflanzenöls.

Diese Steuersätze basierten auf der Berechnung der Bundesregierung, gemäß der Biokraftstoffe zuvor besser gestellt waren als fossiler Sprit. Reiner Biodiesel und auch Beimischungen waren vorher steuerfrei, was nach Meinung der Regierung eine Überkompensation gegenüber fossilem Diesel darstellte. Biokraftstoffe sind zwar in der Herstellung kostenintensiver als fossiler Kraftstoff (s. Tab. 5), aber das dürfte – nach Politikermeinung – nicht dazu führen, dass man gänzlich auf eine Besteuerung verzichtet.

In der Konsequenz nahm der Absatz von Biokraftstoffen der ersten Generation in den Folgemonaten spürbar ab. Insbesondere Anfang 2008 gingen zahlreiche Biodiesel-Hersteller und -Tankstellenbetreiber Pleite. Der Markt für reinen Biodiesel wurde für tot erklärt. Wegen zahlreicher Proteste wurde allerdings die für 2009 geplante Steuererhöhung um sechs Cent pro Liter auf drei Cent pro Liter beschränkt.

Zum 1. Januar 2007 folgte zudem die Einführung des Biokraftstoffquotengesetzes (BioKraftQuG). Dieses sieht vor, dass der geforderte Anteil biogenen Sprits zu Dieselkraftstoff zunächst 4,4 Vol.-% beträgt. Der entsprechende Kraftstoff wird dann als B5 bezeichnet: Diesel mit bis zu 5 Vol.-% Biodieselbeimischung. Ursprünglich sollte dieser Anteil ab 2009 6,25 % betragen. Die im Jahr 2008 sehr vehement geführte Debatte um Vor- und Nachteile von Biokraftstoffen führte jedoch dazu, dass die Beimischungsquote des Agrarsprits bei Diesel zwischenzeitlich auf 5,25 % beschränkt wurde. Für den Zeitraum von 2010 bis 2014 sind 6,25 % vorgesehen. Der so genannte B7-Diesel ist damit der Regelkraftstoff für Dieselfahrzeuge, bevor dann ab 2015 die Biokraftstoffe der zweiten Generation eingeführt werden.

TAB. 5: BERECHNUNGSGRUNDLAGE DER ÜBERKOMPENSATION BEI BIODIESEL

Bei Ottokraftstoff betrug die Mindestquote 2007 zunächst 1,2 %. 2008 stieg sie auf 2 %. Ursprünglich war vorgesehen, die Mindestquote von Bioethanol an Benzin auf 10 % festzulegen (E10). Das damalige Ziel der Bundesregierung lautete, bis zum Jahr 2020 einen Anteil von 17 % Bioenergie im Kraftstoffbereich zu erzielen. Im Frühjahr 2008 kam es jedoch zu einem Stopp dieser Pläne, jedenfalls was die biogenen Anteile in Ottokraftstoffen betraf. Es hatte sich herausgestellt, dass zahlreiche Altfahrzeuge in Deutschland einen Anteil von 10 % Ethanol im Kraftstoff nicht vertragen. Die betroffenen Autohalter hätten bei Einführung von E10 (Super-Kraftstoff mit Ethanolbeimischung) den deutlich teureren Super-Plus-Kraftstoff tanken müssen, was insbesondere sozial Schwächere unangemessen belastet hätte. Aus diesem Grund nahm die damalige Regierung Abstand von ihren ursprünglichen Plänen und beließ es bei einer Beimischungsquote von 5 % bei Benzin. E85, ein Kraftstoff-Mix aus 85 % Ethanol und 15 % Benzinbeimischung, wurde hingegen als besonders förderungswürdig eingestuft und ist bis 2015 von der Mineralölsteuer befreit.

Das Ziel der EU lautet weiterhin, bis zum Jahr 2020 einen Biokraftstoffanteil von 10 % am Kraftstoffmarkt zu erreichen.

Währenddessen entwickeln sich die konventionellen Fahrzeugkraftstoffe Benzin und Diesel ebenfalls weiter und passen ihre Eigenschaften an die veränderten politischen Rahmenbedingungen an. So wie vor Jahren das bleifreie Benzin Einzug in die Speicherbehälter der Tankstellen hielt, findet derzeit eine zunehmende Verdrängung des umweltschädlichen Schwefels statt. Seit dem 1. Januar 2003 sind an deutschen Tankstellen flächendeckend schwefelfreie Kraftstoffe (Diesel und Benzin) erhältlich, obwohl dies in der EU erst seit 2009 verbindlich vorgeschrieben war. Als schwefelfrei gelten Kraftstoffe mit einem Gehalt von weniger als 10 ppm (parts per million) Schwefel. Diese Spritsorten können mit allen Autotypen problemlos getankt und gefahren werden.

ABB. 13: ENTWICKLUNGEN IM STRASSENVERKEHR

[Links: NO_x-Emissionen [kt/a]]; [Rechts: Fahrleistung [Mrd. km/a]]

Für die Umwelt sind mit schwefelfreien Brennstoffen deutliche Vorteile verbunden: Gegenüber schwefelhaltigen Kraftstoffen wird bei Katalysatorfahrzeugen eine Verringerung des Abgasausstoßes von Stickoxiden und flüchtigen Kohlenwasserstoffen um rund 40 % erzielt. Diese Emissionen sind mitverantwortlich für den Sommersmog, das Waldsterben, die Versauerung von Böden sowie die Verwitterung von Gebäuden und Denkmälern. Die Treibstoffe sind darüber hinaus eine Voraussetzung für den Einsatz sparsamer Motortechniken (z. B. für direkt einspritzende Benzinmotoren, Magerkonzept) sowie für Dieselrußfilter. Es gibt somit zahlreiche Ansätze, mit Hilfe neuer Techniken die Kraftstoffe zu modifizieren und dadurch deren Schadstoffausstoß zu reduzieren. Ebenfalls von Vorteil aus Sicht der Umwelt ist, dass trotz des Anstiegs der Fahrleistung zukünftig mit einem verminderten Kraftstoffbedarf gerechnet wird, weil der Verbrauch neuer Fahrzeuge in der Regel niedriger als bei Altfahrzeugen ist. Von Seiten der Mineralölindustrie wird erwartet, dass ein deutlicher Rückgang beim Benzinverbrauch innerhalb Deutschlands auftreten wird. Im Jahr 2020 wird der Verbrauch unter anderem wegen sparsamerer Motoren voraussichtlich um 40 % unter dem Verbrauch des Jahres 2000 liegen und nur noch 17 Mio. t betragen. Beim Dieselverbrauch wird ein Rückgang von 28,9 Mio. t auf 28 Mio. t erwartet. Insgesamt könnte der Mineralölverbrauch bis 2020 um 16 % sinken.