Nachverfolgbarkeit der Nutzung CO2-neutraler Fuels im Straßenverkehr
Ein branchenübergreifender Expertenkreis hat für die EU-Kommission, das EU-Parlament und den Technischen Ausschuss für Kraftfahrzeuge der EU-Mitgliedsstaaten (TCMV) verschiedene Technologieoptionen analysiert, mit denen die Verwendung von alternativen Kraftstoffen in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor nachgewiesen werden kann.
Als Teil des „Fit for 55“-Pakets hat der Rat der EU am 28. März 2023 eine Änderung der Verordnung 2019/631 über CO2-Emissionen für neue Pkw und Kleintransporter angenommen, nach der diese Fahrzeuge im Flottendurchschnitt ab 2035 keine CO2-Emissionen mehr verursachen dürfen. Durch die Einbeziehung von CO2-neutralen Kraftstoffen (CNF) sollen auch neue Verbrennerfahrzeuge die ab 2035 geltenden Flottenregulierungsziele erfüllen können. Die EU-Kommission ist gefordert, einen Vorschlag für die Zulassung von Fahrzeugen zu unterbreiten, die nach 2035 ausschließlich mit CO2-neutralen Kraftstoffen betrieben werden und die mit dem EU-Recht und den Nachhaltigkeitskriterien der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED-Renewable Energy Directive) übereinstimmen.
Die technologische Lösung zu finden und umzusetzen, ist aus Sicht des TCMV Sache der Automobilindustrie und der Produzenten und Anbieter von Kraftstoffen. Vor diesem Hintergrund hat die Working Group on Monitoring Methodologies of CO2-neutral Fuels (WGMM) im September 2023 in Stuttgart ihre Arbeit aufgenommen. In der WGMM arbeiten mehr als 50 Expertinnen und Experten der Automobilindustrie, der Automobilzulieferer, von Herstellern fossiler und erneuerbarer Kraftstoffe inklusive deren Vertriebsorganisationen sowie Tankstellenausrüster und Vertreter der Wissenschaft zusammen.
Vorschlag für Definition CO2-neutrale Kraftstoffe
Die Arbeit der WGMM startete mit einer Bewertung der von der EU-Kommission vorgeschlagenen Definition von CO2-neutralen Kraftstoffen sowie den Vorschlägen zur Nachverfolgbarkeit der Nutzung solcher Kraftstoffe. Ein Kommissionsvorschlag vom September 2023 bezog nur eFuels, die auch als RFNBOs (Erneuerbare Kraftstoffe nicht-biologischen Ursprungs) bezeichnet werden, in die Definition von CO2-neutralen Kraftstoffen ein und verlangte, dass diese Kraftstoffe auf der Grundlage der „Lebenszyklusanalyse“ des Kraftstoffs eine 100-prozentige THG-Emissionseinsparung aufweisen. Diesen Ansatz bewertet die WGMM als technisch sehr schwierig erreichbar. Zudem sei er unvereinbar mit den allgemeinen EU-Zielen des Green Deals, die als „Netto-Null“ definiert sind. Mit diesem extrem restriktiven Ansatz würde es beim „Verbrennerverbot“ bleiben, die angestrebte Technologieoffenheit würde nicht erreicht.
In ihrem Bericht schlagen die WGMM-Expertinnen und Experten deshalb eine neue einheitliche Definition für CO2-neutrale Kraftstoffe vor, die für alle EU-Rechtsakte gelten soll. Sie umfasst alle erneuerbaren Kraftstoffe gemäß den Nachhaltigkeitskriterien der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED). Nach Ansicht der WGMM sind alle nachhaltigen erneuerbaren Kraftstoffe, die den RED-Kriterien entsprechen, am Auspuffrohr CO2-neutral und sollten daher in die Definition der CO2-neutralen Kraftstoffe aufgenommen werden. Dazu zählen Biokraftstoffe wie auch eFuels. Die Definition im Wortlaut:
„CO2-neutraler Kraftstoff“ bezeichnet alle in der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (EU) 2018/2001 definierten Kraftstoffe, sofern sie die Nachhaltigkeitskriterien dieser Richtlinie und der zugehörigen delegierten Rechtsakte erfüllen und bei der Kraftstoffherstellung die gleiche Menge an CO2 aus Biomasse, Umgebungsluft oder rezyklierten Kohlenstoffquellen gebunden wird, die bei der Verbrennung in der Nutzungsphase freigesetzt wird. Zu diesen Kraftstoffen gehören erneuerbare und/oder synthetische Kraftstoffe wie Biokraftstoff, Biogas, Biomassekraftstoff, erneuerbarer flüssiger und gasförmiger Verkehrskraftstoff nicht-biologischen Ursprungs (RFNBO) oder rezyklierter Kohlenstoffkraftstoff (RCF).
Diese Definition könnte nach Ansicht der WGMM angepasst werden, um die Verfügbarkeit neuer Optionen wie „kohlenstoffarme Kraftstoffe“ zu berücksichtigen, wie sie in dem im August 2024 angenommenen überarbeiteten Wasserstoff- und Gaspaket der EU definiert sind.
Pragmatische und umfassende Empfehlungen zur Nachverfolgung von CNF
Mit Blick auf die zentrale Frage, wie sich die Verwendung von CO2-neutralen Kraftstoffen in neuen Fahrzeugen nachweisen lässt und sichergestellt werden kann, dass bestimmte Fahrzeuge nur mit solchen Kraftstoffen betrieben werden können, hat die WGMM verschiedene Überwachungsmethoden ermittelt und bewertet. Das primäre Ziel der Arbeitsgruppe war es, pragmatische und umfassende Empfehlungen zu geben, die die technischen und wirtschaftlichen Gegebenheiten der Wertschöpfungskette für Kraftstoffe berücksichtigen und die mit den europäischen Klimazielen im Einklang stehen.
Zwei Ansätze mit insgesamt elf Technologieoptionen zur Überwachung CO2-neutraler Kraftstoffe
Aus Sicht der WGMM kommen beim derzeitigen Stand der Technologieentwicklung zwei Hauptansätze für die Verwendung und Überwachung CO2-neutraler Kraftstoffe in einer neuen Fahrzeugklasse in Betracht:
- Direkte und ausschließliche Versorgung des Fahrzeugs mit CO2-neutralem Kraftstoff über eine spezielle und isolierte Infrastruktur von Anfang bis Ende und ausschließlich über Zapfsäulen, die ausschließlich 100% CO2-neutralen Kraftstoff liefern.
- Massenbilanzierte CO2-neutrale Kraftstoffversorgung für ein spezifisches Fahrzeug über das gesamte Kraftstoffversorgungssystem, wobei der CO2-neutrale Kraftstoff über die derzeitige Kraftstoffinfrastruktur eingebracht wird. Die eingespeiste und über ein digitales Tracking-System zuverlässig erfasst Menge an CNF entspricht exakt dem Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs.
Die WGMM-Arbeitsgruppe hat elf potenzielle technologische Optionen zum Nachweis von CO2-neutralen Kraftstoffen umfassend bewertet und den beiden Hauptansätzen zugeordnet. Dazu zählen zum Beispiel digitale Rückverfolgungssysteme, chemische Markierung mit physischer Identifizierung von CNFs in der Versorgungskette, Erkennung an Bord von Fahrzeugen und physische Sicherheit von Kraftstoffanschlüssen sowie massenbilanzierte Lieferung an jedes CNF-Fahrzeug. Damit steht eine fachlich fundierte Grundlage zur Verfügung, um eine sichere und überprüfbare Einführung von CO2-neutralen Kraftstoffen in der EU ermöglichen.
Die folgende Tabelle gibt für die beiden Hauptansätze einen Überblick über die Art der Methodik und die infrage kommende Nachweismethode. Sie sind in keiner bestimmten Reihenfolge aufgeführt und können in Kombination verwendet werden, was aus Sicht der WGMM verschiedene Vorteile haben kann.
Analyse der Anforderungen an die Regulierung
Die WGMM-Arbeitsgruppe hat für den Abschlussbericht zudem eine detaillierte Analyse relevanter Verordnungen erstellt. Sie verdeutlicht, welche Anpassungen erforderlich sein könnten, um die einzelnen CNF-Überwachungsmethoden anzuerkennen. Der Bericht beschreibt die Vor- und Nachteile sowie die Auswirkungen aus ordnungspolitischer Sicht, einschließlich einer Bewertung der Aussichten und der Zeitdauer für eine mögliche Umsetzung und formuliert kurze Änderungsvorschläge. Der Expertenkreis der WGMM wird auch im Jahr 2025 seine Zusammenarbeit fortsetzen, um die weitere Umsetzung durch die EU-Kommission unter anderem bei der Revision der CO2-Flottenregulierung zu begleiten.
Fazit
Die praktikable und zuverlässige Nachverfolgbarkeit von CO2-neutralen Kraftstoffen beim Einsatz im Straßenverkehr ist eine wesentliche Voraussetzung für die Schaffung von Technologieoffenheit in der Regulierung des Straßenverkehrs. Mit dem WGMM-Bericht steht den EU-Institutionen eine fundierte technische Bewertung infrage kommender Optionen zur Verfügung. Auf dieser Grundlage kann eine neue Kategorie von Fahrzeugen etabliert werden, die ausschließlich mit CO2-neutralen Kraftstoffen betrieben werden und in der CO2-Regulierung von Fahrzeugflotten den Batterie-elektrischen Fahrzeugen gleichgestellt sind. Die Nachweissysteme bieten darüber hinaus auch die Möglichkeit, den Einsatz dieser Kraftstoffe beispielsweise bei der CO2-Komponente der Maut entsprechend zu berücksichtigen.
Kurzbeschreibung der Technologieoptionen zu Nachverfolgung CO2-neutraler Kraftstoffe
Option 1
Mechanische Anpassung von Tankeinfüllstutzen und Zapfpistole: Eine mechanische Anpassung des Einfüllstutzens und der Zapfpistole würde physisch verhindern, dass der falsche Kraftstoff eingefüllt wird, ist aber in der Praxis anfällig für Manipulationen und könnte bei alleiniger Verwendung als nicht robust genug angesehen werden. Darüber hinaus ist ein hoher Aufwand für die Entwicklung neuer Geräte und Hardware sowohl an der Tankstelle als auch am Fahrzeug erforderlich, einschließlich zusätzlicher Integrationsmaßnahmen.
Option 2
Kraftstoffmarker entlang der Produktions- und Absatzkette.
Ein Kraftstoffmarker und -sensor im Fahrzeug verfolgt den CNF physisch. Diese Methode wird bereits für Heizöl verwendet, aber es gibt derzeit keinen handelsüblichen Sensor für Kraftfahrzeuge. Neue Entwicklungen für die Anforderungen im Automobilbereich (z. B. Robustheit, Selektivität, Empfindlichkeit) sind zu erwarten. In Bezug auf die Manipulationssicherheit könnte die Markierung des fossilen Brennstoffs eine robustere Lösung sein.
Option 3
100 % digitale Verfolgung von der vorgelagerten bis zur nachgelagerten Stufe (DFTS mit Digital Handshake): Das DFTS (Digital Fuel Tracking System) ist eine 100 % digitale Lösung entlang gesamten Lieferkette, die vollständig auf den vorhandenen Daten und der Infrastruktur der verschiedenen Beteiligten basiert. Über einen digitalen Handshake wird die zuverlässige Paarung von Fahrzeug und Zapfpistole ermöglicht und erlaubt eine flexible Auslösereaktion. Die Robustheit der Manipulation wird durch Zuverlässigkeitsprüfungen innerhalb eines Multi-Trust-Center-Ansatzes (Stakeholder – Cloud – Fahrzeug) sichergestellt. Die Lösung erfordert technische Anpassungen im Fahrzeug, in der Logistik und an den Tankstellen.
Option 4
Hybrider Ansatz: Upstream-Kraftstoffmarker & Sensor bis zur EU-Grenze / Downstream – DFTS mit Digital Handshake: Ein mögliches Mittel zur Verbesserung des Ansatzes mit Sensoren und Markern könnte ein hybrider Ansatz in Kombination mit dem DFTS (Digital Fuel Tracking System) sein. Bei dieser Lösung könnte der Mangel an fahrzeugtauglichen Sensoren umgangen werden, indem ein digitaler Handshake mit der Tankstelle durchgeführt wird, der auf einem Sensorsignal basiert, das den Kraftstoffmarker in der Tankstelle selbst misst. Daher könnten weniger strenge Anforderungen an einen solchen Sensor gestellt werden, was zu einem geringeren Integrationsaufwand auf Seiten der OEM und einer schnelleren Markteinführung führt.
Option 5
Fahrzeuginterne Kraftstofferkennungsfunktion: Die bordeigene Kraftstofferkennung durch Verarbeitung der vorhandenen Signale des Motorsteuergeräts (ECU) ist eine pragmatische Softwarelösung, die auf bereits im Fahrzeug vorhandenen Daten beruht. Die Lösung kann für CNFs mit anderen Eigenschaften als herkömmliche wie HVO und Diesel funktionieren. Allerdings ist derzeit noch keine Lösung für gasförmige Kraftstoffe bekannt. Es könnte eine Kalibrierung erforderlich sein, um mögliche zukünftige Brennstoffe einzubeziehen, da sich der tatsächliche Messwert (der mit der Eigenschaft korreliert) von einer Brennstoffquelle zur anderen ändern kann, was zu einem zusätzlichen Einsatzaufwand vor Ort führt.
Option 6
Molekularer Kraftstoffsensor an Bord des Fahrzeugs: Ein Molekularstruktursensor ist eine weitere Option, mit der die Kraftstoffart im Fahrzeug direkt verfolgt werden kann. Es handelt sich nicht um einen Marker wie in Option 2 vorgeschlagen. Der On-Board-Sensor ist serienmäßig verfügbar und erfüllt die in EN590 und EN228 genannten Normen. Es ist in der Lage, die von der EU geforderte Endkontrolle in Echtzeit an Bord durchzuführen, wie dies bereits bei Bus- und LKW-Anwendungen zur Erkennung fossiler Kraftstoffe der Fall ist. Die CNF- Erkennung wurde erfolgreich für Normen wie EN14214 und EN15940 implementiert, und derzeit werden neue Datenbanken für eFuel-Moleküle wie MtG und FT entwickelt.
Option 7
Bidirektionale Kommunikation zwischen Fahrzeug und Tankstelle: Die bidirektionale Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Tankstelle bietet einen manipulationssicheren Ansatz, der als 1-zu-1-Paarungslösung zwischen Zapfpistole und Fahrzeug verwendet werden könnte. Neben dem sicheren Authentifizierungsverfahren bietet die Lösung eine Einfüllüberwachung und eine Blockiervorrichtung im Einfüllstutzen, die das Betanken mit herkömmlichem Kraftstoff verhindern kann. Um die Anforderungen an die Manipulation zu erfüllen, muss die Lösung jedoch technisch angepasst werden.
Option 8
CNF ausschließlich auf dem EU-Markt verfügbar: Dieses Szenario ist zwar für das Jahr 2035 unrealistisch, aber längerfristig durchaus möglich und daher als Teil der allgemeinen Übergangsstrategie für den Verkehr in der EU erwägenswert. Dieses Szenario geht davon aus, dass CNF ausschließlich verfügbar sind, was wahrscheinlich erst in einigen Jahren der Fall sein wird. Es wäre das Ergebnis einer erheblichen Ausweitung von CNF für den Straßenverkehr neben dem Bedarf anderer Sektoren sowie der Verringerung der Gesamtnachfrage nach flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen, die durch Effizienzfortschritte und Elektrifizierung erreicht wird.
Option 9
Massenbilanzierte CNF-Lieferung an jedes CNF-Fahrzeug: Der Massenausgleich ist eine indirekte Lösung, die sich auf einen Input-Output-Ansatz konzentriert, der durch das Buchen und Einfordern von Zertifikaten gesteuert wird. Handelsmärkte wie Strom und gasförmige Brennstoffe in Pipelines werden durch einen solchen Ansatz effizient gesteuert. Für eine potenzielle CNF-Anwendung bedeutet dies, dass der Kraftstoff im antragstellenden CNF-Fahrzeug möglicherweise nicht physisch verbraucht wird. Das Kraftstoffversorgungssystem stellt jedoch zuverlässig sicher, dass die CNF-Menge im Durchschnitt an anderer Stelle in den Markt eingeführt wird. Eine solche Lösung würde von einer hohen Systemeffizienz, einem schnellen Hochfahren der Kraftstoffproduktion und der Kraftstoffversorgungskette profitieren und gleichzeitig ermöglichen, dass Tankstellen in der Einführungsphase nicht über eine spezielle CNF-Zapfsäule verfügen müssen.
Option 10
Kraftstoffverbrauchsbilanzierung: Die Fuel Usage Balancing-Lösung verwendet einen Massenbilanzierungsansatz, der auf der Verfolgung der Brennstoffenergie im Fahrzeugtank basiert, ohne dass ein Handshake zwischen Tankstelle und Fahrzeug erforderlich ist. Anstelle der Tankstelle wird die Verantwortung für die Handhabung der Zertifikate auf den Autofahrer übertragen, der direkt mit einem Zertifikatsmarktplatz verbunden ist, was eine effiziente Lösung für Flottenkunden im Nutzfahrzeugsegment sein kann. Für den durchschnittlichen Endkunden im Pkw-Segment könnte die Lösung jedoch eine Belastung darstellen, da sie dem Autofahrer zu viel Verantwortung für die Handhabung der Zertifikate überträgt.
Option 11
Digitale Rückverfolgung mit Massenausgleich: Da der Massenausgleich (Option 9) auf einem Mechanismus zur Handhabung von Zertifikaten beruht, der die durchschnittliche Meldung der Akteure an eine Behörde umfasst, wird eine Hybridlösung in Kombination mit einem DFTS (Digital Fuel Tracking System, siehe Option 3) vorgeschlagen. Dieses System profitiert von einer schnellen Akkumulation von Zertifikaten auf der Ebene des einzelnen Fahrzeugs, da es das DFTS als Überwachungsplattform und Ausführer des digitalen Handshakes zwischen dem Fahrzeug und der Tankstelle einbeziehen kann. So kann eine genaue und rechtzeitige Bearbeitung der Zertifikate für jedes einzelne Fahrzeug gewährleistet werden. Darüber hinaus verfügt das Fahrzeug über einen Systemmechanismus zur Überwachung der Verwendung von CO2-neutralen Kraftstoffen.
Alle Optionen werden in Kapitel 6 (Customers & Retail) des WGMM-Berichts detailliert beschrieben.
AKTUELLE BEITRÄGE
CO2-neutrale Fuels im Tank?
