E-Kraftstoffe: Die Zukunft synthetischer Energie mit Paddy Lowe

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts verbrachte der amerikanische Astronom Percival Lowell 15 Jahre damit, die Welt davon zu überzeugen, auf dem Mars Kanäle entdeckt zu haben.

Lowell war fest von intelligentem außerirdischem Leben überzeugt und veröffentlichte mehrere Bücher. Darin begründete er, weshalb das schwache Linienmuster, das er mit seinen Teleskopen aus viktorianischer Zeit auf der Marsoberfläche erkannt hatte, zweifelsfrei belege, dass der rote Planet einst von einem Volk begeisterter Kanalbauer besiedelt worden sei.

Lowell war kein Dummkopf. Er war ein angesehener Mathematiker und Wissenschaftler, und seine astronomischen Arbeiten sollten später zur Entdeckung des Pluto beitragen. Doch sein verzweifelter Wunsch, die dürftigen Belege in seine Hypothese von den „cleveren Außerirdischen“ einzupassen – also etwas zu beweisen, das er unbedingt für wahr halten wollte –, ließ ihn seine kritischen Fähigkeiten über Bord werfen. So wurde er nun ja: Herr Marskanäle.

Fotografie: Tom Barnes

E-Kraftstoffe und der Wunsch nach der perfekten Lösung

Bei E-Kraftstoffen – künstlich erzeugten, CO₂-neutralen Flüssigkraftstoffen, die jedes bestehende Benzin- oder Dieselauto ohne Umbau antreiben können – frage ich mich allerdings, ob wir nicht ein wenig wie Percival Lowell geworden sind. Mit „wir“ meine ich Menschen, die Verbrennungsmotoren mögen: ihren Klang, ihre Spannung, ihre Alltagstauglichkeit und die Tatsache, dass sie nicht alle anderthalb Stunden mühsam geladen werden müssen.

Das Versprechen einer Technologie, mit der wir unsere herrlich lauten und aufregenden Motoren ohne Schuldgefühle und ohne Kompromisse weiter nutzen dürfen, klingt doch beinahe zu perfekt. Besteht nicht die Gefahr, dass wir unser objektives Urteil aussetzen und nur die passenden Belege auswählen, weil wir E-Kraftstoffe unbedingt für die Wunderwaffe halten wollen?

Um Antworten zu finden, sprach ich mit Paddy Lowe, dem ehemaligen Formel-1-Ingenieur, der heute an der Spitze der E-Kraftstoff-Bewegung steht. Nach drei Jahrzehnten, in denen er bei Williams, Mercedes und McLaren Formel-1-Autos entwickelte, die ein Dutzend Weltmeisterschaften und mehr als 150 Rennsiege einfuhren, gründete Lowe 2020 Zero Petroleum. Das Start-up für synthetische Kraftstoffe sitzt in Bicester in Oxfordshire.

Und über Paddy Lowe sollte man eines wissen: Es geht ihm nicht wirklich darum, Ihren etwas angestaubten Honda S2000 noch ein paar Jahre länger am Leben zu erhalten.

„Schau, ich liebe Motoren“, räumt er ein. „Wir alle lieben das Verbrennen. Das ist etwas sehr Menschliches. Verbrennungsmotoren sind aufregend. Aber ich mache das nicht aus emotionalen Gründen, um das Auto oder so etwas zu retten. Wir produzieren keine E-Kraftstoffe, um Motoren zu bewahren.“

Das finde ich beruhigend. Wenn es also nicht um die Rettung unserer V8 geht: Warum arbeitet Lowe dann so intensiv daran, E-Kraftstoffe Wirklichkeit werden zu lassen?

„Weil man nicht alles elektrifizieren kann“, erklärt er. „Alles, was sich elektrifizieren lässt, ist großartig. Ich mag Elektroautos. Aber auf der Welt gibt es viele Dinge, die sich buchstäblich nicht elektrifizieren lassen. Oder bei denen es wirtschaftlich nicht funktioniert.“

Ein Beispiel? „Das einfachste wäre ein Flugzeug. Man kann ein kleines Fluggerät elektrifizieren, das eine Person 16 Kilometer weit fliegt. Aber ein relevantes Passagierflugzeug kann buchstäblich nicht elektrifiziert werden. Es würde nicht abheben, weil es 50-mal schwerer wäre [als ein mit Kerosin betriebenes Flugzeug].“

Doch die Batterietechnik wird Jahr für Jahr besser. Die Energiedichte von Elektroautobatterien hat sich in den vergangenen zehn Jahren ungefähr verdoppelt. Wenn dieses Tempo anhält, müsste ein batterieelektrischer Boeing-Jet doch bald realistisch sein? Nein, sagt Lowe.

„Ja, die Batterietechnik verbessert sich, aber sie wird diesen Punkt niemals erreichen. Das ist grundlegende Physik. In einer elektrischen Batterie speichert man Elektronen. Und diese Elektronen sind an schwere Moleküle gebunden. Das ist totes Gewicht, das nur vorhanden ist, um diese Elektronen herumzutragen.

„Bei der Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs ist die Energiedichte dagegen dramatisch anders. Vielleicht gibt es Dinge, die wir noch nicht wissen, aber Chemiker und Physiker sind sich einig: Batterien werden niemals die Energiedichte molekularer Energie erreichen.“

Und Wasserstoff? „Wenn du einen wasserstoffbetriebenen A320 bauen würdest, würdest du durch die Business Class gehen, den Vorhang zur Economy öffnen, und dort wäre ein Wasserstofftank. Wasserstoff ist kein dichter Energiespeicher.“

Genau darum gehe es bei E-Kraftstoffen, sagt Lowe. Nicht um den Erhalt einer alten, geliebten Technologie, sondern weil Physik und Chemie vorgeben, dass flüssige Kohlenwasserstoffe hinsichtlich Gewicht und Platz die einzige Möglichkeit sind, unsere energiehungrigsten Fahrzeuge – Lkw, Schiffe, Landwirtschaftsmaschinen und industrielle Bergbaugeräte – mit der nötigen Energie zu versorgen. (Abgesehen von Kernenergie, doch das wäre ein ganz anderer Artikel.)

So entstehen synthetische E-Kraftstoffe

Wie braut man also eine dampfende Charge E-Kraftstoff? Zunächst stellt man die Ausgangsstoffe zusammen, die beide kostenlos und praktisch unbegrenzt verfügbar sind: Luft und Wasser.

Außerdem braucht man – zumindest für einen CO₂-neutralen synthetischen Kraftstoff – eine erneuerbare Energiequelle: Windkraft, Wasserkraft oder Solarenergie. Am Anfang des Prozesses wird das Wasser mithilfe dieser Energie elektrolysiert und in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Den Wasserstoff behält man, den Sauerstoff verwirft man.

„Jetzt habe ich also meinen Wasserstoff“, erklärt Lowe. „Das andere Molekül, das ich brauche, ist Kohlenstoff. Deshalb holt man CO₂ mittels eines Verfahrens namens direkte Luftabscheidung aus der Luft.“

Anschließend werden Wasserstoff und Kohlenstoff chemisch zu flüssigen Kohlenwasserstoffen verbunden – durch eine komplexe Reihe von Reaktionen, die Fischer-Tropsch-Verfahren genannt wird. Das ist keine neue Technologie: Fischer-Tropsch wurde vor einem Jahrhundert in Deutschland entwickelt, um Kohle in Flüssigkraftstoff umzuwandeln. Zero und andere Unternehmen an der Spitze der E-Kraftstoff-Entwicklung haben das Verfahren in den vergangenen Jahren jedoch weiter optimiert. „Wir haben unser eigenes proprietäres Verfahren, das wir Direct FT nennen und das eine wesentlich höhere Leistung als klassisches Fischer-Tropsch bietet“, erläutert Lowe. „Damit können wir diese beiden Moleküle zu einem Kraftstoff in Raffineriequalität zusammenfügen.“

Und wenn der frisch erzeugte E-Kraftstoff dann im Flugzeug, Supertanker oder Vauxhall Corsa verbrannt wird, entspricht das Kohlendioxid aus dem Auspuff genau dem Kohlendioxid, das zuvor zur Herstellung des Kraftstoffs aus der Luft entnommen wurde. Echte CO₂-Neutralität.

Heute produziert Zero Petroleum seinen synthetischen Kraftstoff in kleinen Mengen in der Forschungsanlage Zero.1, die mit Strom aus Solarmodulen auf dem Fabrikdach versorgt wird. Lowe bezeichnet die aktuelle Produktion als „einstellige Literzahlen pro Tag“, doch 2025 soll die Anlage täglich mehrere zehn Liter erzeugen – „mit Rückenwind möglicherweise Hunderte“.

Das wird die Erderwärmung nicht über Nacht lösen. Entscheidend ist jedoch: Synthetischer Kraftstoff ist keine Science-Fiction-Spinnerei wie eine Maschine mit ewigem Antrieb oder kalte Kernfusion. Er wird bereits heute hergestellt und treibt schon heute Motoren an – wenn auch nicht viele und nicht lange. Wissenschaftlich funktionieren synthetische Kraftstoffe. Die Frage lautet: Funktionieren sie auch wirtschaftlich?

Ja, E-Kraftstoffe sind deutlich weniger energieeffizient als Batterien. Doch das ist nur dann ein Problem, wenn Energie eine begrenzte Ressource ist.

Die Herstellung von E-Kraftstoffen verschlingt enorme Energiemengen. Eine Kilowattstunde Strom im Elektroauto bringt Sie ungefähr drei Meilen weit. Wird diese Energie dagegen genutzt, um synthetischen Kraftstoff für ein Benzinauto herzustellen, reicht sie am Ende für deutlich weniger Strecke. Energie ist nötig, um Wasserstoff aus Wasser abzuspalten, zusätzlich Energie, um Kohlenstoff aus der Luft zu gewinnen, und noch mehr Energie, um Wasserstoff und Kohlenstoff in Kohlenwasserstoffe umzuwandeln.

„Ungefähr 45 Prozent der Energie des Solarmoduls landen als chemische Energie in unserem Kraftstoff“, gibt Lowe zu. „Man verliert also etwa 55 Prozent. Aber mit der Weiterentwicklung und Verbesserung der Technologie werden wir diese Ineffizienz senken. Wir glauben, dass wir ungefähr 65 Prozent erreichen können.“

Trotzdem ist es definitionsgemäß verschwenderischer, aus Strom synthetischen Kraftstoff herzustellen, als ihn direkt in eine Batterie zu leiten. Hinzu kommt die zusätzliche Ineffizienz des Verbrennungsmotors. Moderne Benzinautos verwandeln im Durchschnitt nur rund 25 Prozent der Energie ihres Kraftstoffs in Vortrieb, oft sogar weniger. Der größte Teil geht als Wärme verloren.

Selbst wenn Zero Petroleum eines Tages das Effizienzziel von 65 Prozent erreichen sollte, würde nur knapp ein Sechstel der grünen Energie, die in die magische E-Kraftstoff-Maschine fließt, tatsächlich die Räder Ihres Ford Fiesta erreichen. Dieselbe Kilowattstunde, die Ihr Elektroauto drei Meilen weit bringt, könnte Ihr Benzinauto vielleicht etwa 650 Meter bewegen.

Wenn das Gaskraftwerk am Rand Ihrer Stadt Strom erzeugt, ist es daher besser, diesen Strom direkt in Ihren Tesla zu laden, statt damit die gerade im Garten errichtete E-Kraftstoff-Anlage zu betreiben. Doch mit der fortschreitenden Dekarbonisierung der Stromnetze weltweit wird Strom zunehmend nicht mehr auf diese Art und an diesen Orten erzeugt.

„Wo werden wir die riesige Menge Energie erzeugen, die wir heute auf dem Planeten verbrauchen und derzeit aus dem Boden holen?“, fragt Lowe. „Man muss sie an wirklich abgelegenen Orten erzeugen, an denen niemand lebt. In den Wüsten Nordkanadas, wo es viel Wasser für Wasserkraft gibt. Im australischen Outback für Solarenergie ...“

Oder näher an der Heimat: auf dem Meer. Die rund 3.000 Offshore-Turbinen in den britischen Küstengewässern erzeugen bereits gewaltige Strommengen, wenn der Wind weht. Eine Herausforderung – jedenfalls eine von mehreren – besteht darin, diese Energie dorthin zu bringen, wo sie benötigt wird, und dann, wenn sie gebraucht wird.

„Flüssiger Kraftstoff ist um Größenordnungen günstiger zu transportieren als Strom und Wasserstoff über große Entfernungen“, sagt Lowe. „So bekommen wir heute Öl. Es stammt aus extrem abgelegenen Orten, die Ölfelder heißen, und lässt sich per Lkw, Schiff, Pipeline oder wie auch immer sehr günstig transportieren. E-Kraftstoffe sind tatsächlich ein Produkt für Energielogistik. Ein Energiespeicher.“

Errichtet man eine E-Kraftstoff-Anlage neben einem Solarfeld in der Wüste oder unter einem Windpark, kann sie außerdem ein weiteres Problem erneuerbarer Energien lösen: ihre unvorhersehbare, schwankende Erzeugung und die Tatsache, dass sie nicht immer Strom liefern, wenn Menschen ihn brauchen. Mitten in der Nacht ist es genauso windig wie am Tag, doch dann föhnt niemand seine Haare. Mit einer strategisch platzierten E-Kraftstoff-Anlage lässt sich dieser Überschuss auffangen und als Flüssigkraftstoff speichern. Der Strom wird nicht verschwendet, sondern bewahrt.

Ja, E-Kraftstoffe sind erheblich weniger energieeffizient als Batterien. Das ist aber nur relevant, solange Energie knapp ist. Sinkt der Preis für Solar- und Windstrom weiterhin stark, könnte die Welt in wenigen Jahren – könnte – nahezu unbegrenzt über günstige, grüne Energie verfügen. Dann wäre die Herstellung von E-Kraftstoff kein Energieproblem mehr, sondern eine Energielösung.

Kosten, Skalierung und die Zukunft von Zero Petroleum

Wer möchte, kann heute über die Website von Zero 20 Liter E-Benzin bestellen. Geliefert wird es Ende 2025, und es kostet 50.000 £ – womit es pro Meile immer noch geringfügig günstiger wäre, als ein Elektroauto an einer britischen Autobahnraststätte zu laden.

Zeros Kraftstoff kostet nicht ganz 2.500 £ pro Liter in der Herstellung; die Charge für 50.000 £ ist ein spezielles Benzin der „Launch Edition“, das in einem von Paddy persönlich signierten Kanister geliefert wird. Dennoch sind E-Kraftstoffe gegenwärtig in der Produktion erheblich teurer als fossile Kraftstoffe. Laut Lowe dürfte dieser Betrag jedoch bald stark fallen.

„Unsere Berechnungen zeigen, dass wir E-Kraftstoffe innerhalb von 10 Jahren auf die Kosten fossiler Kraftstoffe senken können“, prognostiziert er selbstbewusst. „Das klingt vielleicht außergewöhnlich, aber die Industriegeschichte wird mir recht geben. Schau dir die Kosten und die Leistungsfähigkeit eines Mobiltelefons im Vergleich zu den Preisen früherer Computer an.

„Für die Herstellung eines E-Kraftstoffs sind die Ausgangsstoffe kostenlos: Sonne, Luft, Wasser. Der Teil dazwischen ist eine Maschine, und alle Maschinen der Geschichte werden besser, günstiger und effizienter. Warum sollte man also in 20 Jahren noch irgendwo Öl fördern wollen, wenn man es einfach herstellen kann? Statt in der Nordsee nach Öl zu suchen und dann 10 Jahre zu warten, bis es an Land kommt, baut man einfach eine Anlage für synthetische Kraftstoffe ...“

Doch wie viele Anlagen für synthetischen Kraftstoff und wie viel Kapazität an erneuerbarer Energie wären nötig, um den weltweiten Bedarf an E-Kraftstoff zu decken? Lowes Team hat berechnet: Würde man 25 Prozent Saudi-Arabiens mit Solarmodulen bedecken – was kein Problem sei, da es größtenteils Wüste ist –, ließe sich genügend synthetischer Kraftstoff erzeugen, um den heutigen weltweiten Bedarf an fossilen Energieträgern zu stillen.

Und das bei der aktuellen Effizienz von Solarmodulen. Würden Solarmodule Energie doppelt so effektiv ernten – angesichts ihrer Entwicklung in den vergangenen Jahrzehnten keine abwegige Erwartung –, wäre nur halb so viel Fläche erforderlich. Sicher: 100.000 Quadratmeilen des Nahen Ostens mit Solarmodulen zu bedecken, mag verrückt wirken. Aber doch nicht so verrückt, oder?

E-Kraftstoffe könnten das goldene Ticket sein. Vielleicht sind sie es auch nicht. Falls sie scheitern, wird das jedoch an Makroökonomie, Geopolitik und Infrastruktur liegen – nicht an der Wissenschaft.

Natürlich geht es zudem nicht darum, dass E-Kraftstoffe den gesamten weltweiten Verbrauch fossiler Energien ersetzen müssen. Sie wären ein Bestandteil eines Energiemixes.

„Damit der Übergang zu grüner Energie gelingt, braucht man drei Ebenen“, sagt Lowe. „Man braucht erneuerbare Elektronen. Man braucht grünen Wasserstoff, beispielsweise zur Stahlherstellung. Stahl kann man nicht mit Elektronen herstellen. Und dann braucht man E-Kraftstoffe.“

Synthetische Kraftstoffe allein werden keine magische Komplettlösung für den grünen Energiebedarf unseres Planeten sein. Sie sind nicht die Wunderwaffe. Aber sie könnten durchaus Teil eines ganzen Arsenals an Lösungen werden.

Paddy Lowe entwickelt E-Kraftstoffe nicht, um Autos mit Verbrennungsmotor oder lauten Motorsport zu bewahren. Er räumt jedoch ein, dass dies ein erfreulicher Nebeneffekt sein könnte. Auf die Frage, welchen Automotor sein E-Kraftstoff am liebsten retten solle, nennt er die Formel-1-Aggregate der V10-Ära.

„Eines meiner größten Bedauern in der Formel 1 ist, dass wir die V8-, V10- und V12-Motoren verloren haben“, gibt er zu. „Wir hatten Motoren auf dem Prüfstand, die 21.000 U/min erreichten. Der Klang und die Leistung waren einfach umwerfend. Es war enttäuschend, als sie zurückgestutzt wurden. Aber synthetische Kraftstoffe eröffnen einen Weg, das zurückzubringen. Du kannst den Kuchen haben, ihn essen und dich dabei gut fühlen.“

Als Geschäftspräsentation ist das nicht schlecht, oder? Kommen Sie wegen des schuldfreien Flugverkehrs, bleiben Sie wegen des schuldfreien lauten Motorsports ...

In der Welt, wie sie heute ist, verlässt man ein Gespräch über die Zukunft nicht oft mit etwas anderem als tiefer Verzweiflung. Doch nach einer Stunde mit Paddy Lowe bleibt bei mir ein äußerst seltsames Gefühl zurück. Ich glaube, man nennt es ... Optimismus?

Zumindest gehe ich recht sicher davon aus, nicht völlig zu Percival Lowell geworden zu sein. E-Kraftstoffe könnten das goldene Ticket sein, oder auch nicht. Falls sie jedoch scheitern, dann wegen Makroökonomie, Geopolitik und Infrastruktur – und nicht, weil die Wissenschaft dagegen spräche.

Und wenn synthetische Kraftstoffe am Ende unsere Motoren retten, wäre das lediglich ein glücklicher Nebeneffekt davon, die Zivilisation vor einem Hitzetod durch die Erderwärmung zu bewahren. Das scheint doch ein triftiger Grund zu sein, auf ihren Erfolg zu hoffen, oder?

„Wir sollten alle optimistisch sein, was möglich ist und was wir tun müssen“, sagt Lowe. „Wir müssen einfach loslegen und aufhören herumzutrödeln.“