Die Energiewende wird oft nur als Stromwende verstanden – doch Strom deckt nur 20 Prozent unseres Energiebedarfs. Flüssige und gasförmige Energieträger bleiben unverzichtbar, ob im Verkehr oder in der Industrie  ebenso wie Grundstoffe für die chemische Produktion. Um fossile Rohstoffe zu ersetzen, müssen diese Moleküle klimaneutral hergestellt werden. Die Zeit drängt. Ohne Molekülwende kann es keine umfassende und erfolgreiche Energiewende geben, denn auch künftig werden wir flüssige und gasförmige Energieträger und Rohstoffe brauchen. Wir zeigen, warum die Molekülwende unverzichtbar ist, welche Lösungen es gibt– und wo die Herausforderungen liegen.

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Warum CO₂-neutrale Moleküle für die Energiewende entscheidend sind

In den vergangenen Jahren kam die Stromwende vergleichsweise gut voran: Mit einem Anteil von 56 Prozent stammte der im Jahr 2023 erzeugte und ins Netz eingespeiste Strom nach Angaben des Statistischen Bundesamtes mehrheitlich aus erneuerbaren Energieträgern. Diese Erfolgsgeschichte ist erfreulich, hat jedoch einen Schwachpunkt: Strom deckt derzeit lediglich gut 20 Prozent des Endenergiebedarfs in Deutschland ab. Den großen Rest tragen Moleküle zur Kraft- und Brennstoffversorgung bei, also feste, flüssige und gasförmige Energieträger. Ein Großteil davon wird noch aus fossilen Rohstoffen gewonnen. Dabei spielt hierzulande Mineralöl die wichtigste Rolle. In den anderen EU-Ländern sieht es zum Teil sehr ähnlich aus. EU-weit dominieren Moleküle den Energieverbrauch mit durchschnittlich mehr als 75 Prozent.

Zwar liegt es auf der Hand, dass eine verstärkte Elektrifizierung und der Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung künftig einen wesentlichen Beitrag zum Erreichen der Klimaziele leisten kann und wird. Das betrifft zum Beispiel den zunehmenden Einsatz von Wärmepumpen in Gebäuden und elektrischer Antriebe in der Mobilität oder die Umstellung auf strombasierte Prozesse im verarbeitenden Gewerbe. Doch wir sehen auch in Ländern, die Deutschland diesbezüglich in der Entwicklung schon deutlich voraus sind, wie etwa Schweden, dass dort noch immer weit über 60 Prozent des Energiebedarfs durch Moleküle gedeckt werden. Das zeigt, dass neben der Stromwende hin zu „grünen Elektronen“ auch die Moleküle CO₂-neutral werden müssen, also Produkte, die heute noch aus Erdgas oder Mineralöl gewonnen werden. Auch diese Kraft- udn Brennstoffe müssen künftig CO₂-neutral hergestellt und nutzbar sein, um die Klimaziele zu erreichen. Darüber hinaus brauchen wir auch CO₂-neutrale Kohlenwasserstoffe für die stoffliche Nutzung wie insbesondere in der Chemieindustrie.

Die Stromwende allein reicht also nicht aus, um die Klimaziele zu erreichen. Zusätzlich ist eine Molekülwende erforderlich und das bedeutet: Kohlenstoffarm und CO₂-neutral hergestellter Wasserstoff sowie synthetische und nachhaltige biogene und Energieträger und Produkte müssen verstärkt in den Fokus der Politik rücken. Solche alternativen Moleküle stehen dabei nicht in Konkurrenz zum Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung und einer sinnvollen Elektrifizierung. Es geht vielmehr darum, ergänzend fossile Energieträger und Rohstoffe dort zu ersetzen, wo rein elektrische Antriebe oder Prozesse technisch an ihre Grenzen stoßen oder wirtschaftlich nicht sinnvoll sind. Darüber hinaus werden gerade flüssige Energieträger wegen ihrer Flexibilität auch zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit auch im Krisenfall benötigt.

Nicht nur Flugzeuge und Schiffe brachen klimaschonende Treibstoffe

Luftfahrt und Schifffahrt sind Verkehrsbereiche, die größtenteils auch künftig für flüssige oder gasförmige Energieträger prädestiniert sind. Hier zeigt sich auch die globale Dimension der Herausforderungen. Es ist nicht absehbar, dass Flugzeuge für die Mittel­ und Langstrecke oder große Container­ und Passagierschiffe batterieelektrisch betrieben werden. Das gilt auch für Landwirtschaft, Feuerwehr, Katastrophenschutz und Militär: Landmaschinen, Lösch­ und Bergungsfahrzeuge oder auch Notstromaggregate werden weiterhin flexible und speicherbare Energieträger benötigen. Energiereiche Moleküle werden darüber hinaus für den großen Bestand an Fahrzeugen und Heizungen gebraucht. Trotz fortschreitender Elektrifizierung wird es 2030 bundesweit voraussichtlich noch mehr als 40 Millionen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor und auch weiterhin mehrere Millionen Heizungen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe geben. Auch dort sind Klimaschutzoptionen notwendig.

Zudem sind einfach transport- und speicherfähige flüssige Energieträger für eine resiliente und möglichst flexible Energieversorgung zur Vermeidung von Engpässen und Abhängigkeiten in Krisensituationen enorm wichtig. Mit Elektronen ist zum Beispiel eine nationale Energiereserve im Umfang von 90 Verbrauchstagen, wie sie heute das deutsche Erdölbevorratungsgesetz für Rohöl und Benzin, Diesel, Heizöl und Kerosin verpflichtend vorsieht, nicht realisierbar. Darüber hinaus bleibt die stoffliche Nutzung von Molekülen – insbesondere Kohlenwasserstoffen für die chemische Industrie und weitere Industriezweige langfristig unverzichtbar. Sie werden als Einsatzstoffe für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten bzw. Vorprodukten benötigt. Wichtige chemische Einsatzstoffe sind beispielsweise Naphtha, Ethylen oder Flüssiggas, die u. a. für die Erzeugung von Kunst­, Schaum­ und Dämmstoffen benötigt werden. Aber auch hochwertiger Schmierstoffe z. B. für Windkraftanlagen oder Elektromotoren bis hin zu Bitumen für den Straßenbau oder für die Abdichtung von Gebäuden werden bislang vor allem aus Erdöl hergestellt und müssen mittel- bis langfristig CO₂-neutral zur Verfügung stehen.

Es ist absehbar, dass, trotz zunehmender Elektrifizierung – gerade im Straßenverkehr und Gebäudesektor – auch über 2045, dem Zieljahr der Klimaneutralität für Deutschland, hinaus noch mehr als 40 Prozent des heutigen Absatzes von Raffinerieprodukten in Form von Molekülen benötigt werden. Es könnten auch mehr als 50 Prozent sein, wenn der Umstieg auf E-Antriebe und Wärmepumpen nicht im politisch angestrebten Umfang erfolgt. Das bedeutet in jedem Fall, dass auch langfristig CO₂-neutrale Moleküle in sehr großen Mengen benötigt werden.

CO₂-neutrale Moleküle: Importe sind von großer Bedeutung

Doch wie und wo können diese Mengen in Zukunft produziert werden? Klar ist: Die Molekülwende darf nicht allein auf Wasserstoff reduziert werden. Um alle Sektoren zu defossilisieren, muss jedoch auch Kohlenstoff als notwendiges chemisches Element für die zukünftig noch benötigten Kohlenwasserstoffe zunehmend aus nachhaltigen Quellen gewonnen werden.

Die Frage, wie wir diesen Kohlenstoffbedarf unserer Wirtschaft künftig decken können, ist ebenfalls zu klären. Allein die chemische Industrie in Deutschland verarbeitet etwa 21 Millionen Tonnen Kohlenstoff jährlich. Nötig ist darum, zusätzlich zur bestehenden Wasserstoffstrategie der Bundesregierung, eine umfassende Kohlenstoffstrategie aufzustellen, welche die drei wesentlichen alternativen Kohlenstoffquellen – Biomasse, direkte CO₂-Nutzung und Recyclingströme – einschließt und nachhaltige Kohlenstoffkreisläufe ermöglicht.

Welche Anteile der benötigten Moleküle in Deutschland hergestellt und welche Anteile importiert werden, lässt sich derzeit nicht genau vorhersagen. Zu beachten ist jedoch: Deutschland importiert derzeit rund 70 Prozent der genutzten Energie. Dieser Anteil lässt sich durch erneuerbaren Strom aus heimischen Wind- und Solaranlagen und inländischen biogenen Quellen bei weitem nicht ersetzen. Wir werden also weiterhin ein Energieimportland bleiben – und auch das spricht für grüne Moleküle: Denn der Leitungstransport von Strom über große Entfernungen ist technisch begrenzt.

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Globaler Markt für grüne Moleküle als Win-win-Situation

Darum erfordert der Transport erneuerbarer Energie aus dem Sonnen- und Windgürtel der Erde die Umwandlung und Speicherung in Wasserstoff bzw. dessen Weiterverarbeitung zu Ammoniak, Methanol oder synthetischem Rohöl. Wichtig für das Gelingen der Molekülwende ist daher der weltweite Auf- und Umbau von Produktionskapazitäten und Importstrukturen.

Derzeit importiert Deutschland rund 70 Prozent der hierzulande genutzten Energie, auch künftig werden wir Energieimportland bleiben. Umso wichtiger ist der Aufbau eines globalen Marktes für alternative Moleküle. Der hätte positive Wertschöpfungs- und Beschäftigungseffekte in Deutschland und in den Erzeugerländern. So können Wind- und Solarstrom wie auch Bioenergie aus weit entfernten Ländern für uns nutzbar gemacht werden.

- Prof. Christian Küchen, en2x-Hauptgeschäftsführer

Studien zeigen, dass ein globaler Markt für grüne Moleküle eine Win-win-Situation herstellen könnte, von dem unsere heimische Wirtschaft, z. B. durch Bau und Export dafür notwendiger Produktionstechnologien, genauso profitieren würde, wie die Länder, die CO₂-neutrale Moleküle erzeugen, für die nachhaltige wirtschaftliche Entwicklungs- und Einnahmechancen entstehen, wenn zugleich angemessene ökologische Standards und Arbeitsbedingungen beachtet werden.

Neben dem Transport von Wasserstoff über Pipelines aus Südeuropa und Nordafrika oder Skandinavien ist für große Distanzen der Schiffstransport von flüssigen Wasserstoffderivaten wie Methanol und synthetischem Rohöl eine naheliegende Option. Denn ein wesentlicher Erfolgsfaktor für die deutsche Wirtschaft sind ein globaler Handel von Energie und Rohstoffen, die wie heute Rohöl zu Weltmarktpreisen beschafft werden und in Deutschland in einer großen Bandweite zu Kraft- und Einsatzstoffen weiterverarbeitet werden können und häufig eng vernetzt mit lokalen Industrieclustern am Anfang bedeutender Wertschöpfungsketten stehen

Die Lieferregionen und Versorgungsstrukturen werden dabei voraussichtlich vielfältiger sein, als sie es heute bei fossilen Rohstoffen und Produkten sind. So können im Sinne einer höheren Resilienz einseitige Abhängigkeiten vermieden werden. Auch für Staaten, deren Volkswirtschaften bislang stark vom Export fossiler Energie abhängig sind, würde ein solcher Markt Perspektiven für eine alternative Wertschöpfung eröffnen. Dieser Aspekt ist nicht zu unterschätzen, wenn der Klimaschutz global gelingen soll.

Die Molekülwende kann und muss einen entscheidenden Beitrag zum Klimaschutz und einer entsprechenden Transformation wichtiger Wirtschaftszweige leisten. Die Voraussetzung dafür ist, dass noch in dieser Dekade die industriellen Projekte, die zur Produktion CO₂-neutraler Moleküle notwendig sind, auch realisiert werden und das Angebot danach stetig und auf nachhaltige Art und Weise ausgeweitet werden kann. Hier besteht aktuell noch Handlungsbedarf, denn  es hapert noch an den Voraussetzungen für die dafür erforderlichen, milliardenschweren Investitionen. Diese können nur getätigt werden, wenn die Verfügbarkeit und Einsatzmöglichkeiten der notwendigen Rohstoffe wie insbesondere Wasserstoff und Kohlenstoff praktikabel und langfristig verlässlich geregelt sind.

Zugleich gilt es, die Produktion von CO₂-neutralen Molekülen möglichst kostengünstige zu ermöglichen und nicht zwingend erforderliche Auflage zu vermeiden. Denn die Bezahlbarkeit „grüner“ Kraft- und Einsatzstoffe ist von fundamentaler Bedeutung für die Akzeptanz der Molekülwende. Dabei ist es die Aufgabe der Politik, mit regulatorischen und finanzpolitischen Instrumenten dafür zu sorgen, dass alternative Energieträger trotz ihrer höheren Herstellungskosten im Vergleich zu fossilen Raffinerieprodukten wettbewerbsfähig werden und langfristig eine verlässliche Nachfrage gegeben ist.

So könnten sich möglichst bald erfolgreiche Geschäftsmodelle etablieren, die die Molekülwende zügig vorantreiben. Denn die Zeit drängt.

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Die wichtigsten Fragen und Antworten

Was ist mit Molekülwende gemeint? Warum ist sie eine notwendige Ergänzung zur Stromwende und wie gelingt eine erfolgreiche Umsetzung? Wir haben die wichtigsten Antworten für Sie zusammengefasst. 

Was sind denn überhaupt CO₂-neutrale bzw. grüne Moleküle?

Grüne Moleküle sind flüssige oder gasförmige Energieträger und Rohstoffe, die nicht wie bisher aus fossilen Quellen wie Erdgas oder Erdöl stammen, sondern die CO₂-neutral hergestellt und eingesetzt werden. Dabei handelt es sich nicht nur um Wasserstoff, sondern insbesondere auch um chemische Verbindungen von Wasserstoff (H₂) mit Kohlenstoff (C), so genannte Kohlenwasserstoffen. Ebenso gemeint ist die Verbindung von Wasserstoff mit Stickstoff, Ammoniak.

Bausteine der Molekülwende sind daher zukünftig grüner Wasserstoff auf Basis von erneuerbaren Energien wie Wind¬ und Solarstrom sowie nachhaltige Kohlenstoffquellen wie Biomasse oder recycelte Rohstoffe, z. B. Kunststoffe. Ebenso werden technologische Lösungen zur Abscheidung und Nutzung von CO₂ aus der Atmosphäre oder Abgasen (CCU) notwendig sein, aber auch die CO₂-Speicherung (CCS), wo sich diese Emissionen zumindest übergangsweise nicht vermeiden lassen.

Die entsprechenden Produkte in Form grüner Moleküle sind CO₂-neutraler Wasserstoff und dessen Derivate wie Ammoniak, Methanol oder E-Fuels bzw. synthetisches Rohöl ebenso wie biobasierte Kraft- und Einsatzstoffe.

Warum sollte zwischen den Begriffen „defossilisieren“ und „dekarbonisieren“ unterschieden werden?

Wir halten es für irreführend, von Dekarbonisierung zu sprechen. Denn auch in Zukunft werden wir Kohlenstoff („Carbon“) benötigen. Denn Kohlenwasserstoffe sind nicht nur wichtige Energieträger, sondern auch unverzichtbare chemische Bausteine für eine Vielzahl von Konsum- und Gebrauchsgütern.

Damit bei ihrer Produktion und Verwendung bis zur Entsorgung kein zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre emittiert wird, sind jedoch geschlossene Kohlenstoffkreisläufe notwendig. Bei der Nutzung von Biomasse ermöglichen dies Pflanzen, die zuvor das CO₂ aus der Atmosphäre genommen haben. Das Recyceln von Kunststoffen ist eine weitere Option. Eine andere Möglichkeit bietet das Herausfiltern von CO₂ aus Abgasen oder aus der Luft.

Für welche Sektoren ist die Molekülwende besonders wichtig?

Die Molekülwende betrifft nicht nur die Energieversorgung. Darüber hinaus ist die stoffliche Nutzung von Molekülen – insbesondere von Kohlenwasserstoffen – für die chemische Industrie und weitere Grundstoffindustrien unverzichtbar. Sie werden als Einsatzstoffe für die Herstellung einer Vielzahl von (Vor-)Produkten benötigt. 
Die Molekülwende ist in dem Sinne auch eine Rohstoffwende, die die Grundlage für nachhaltige Wirtschaftskreisläufe und eine zukunftsfähige Industrie schafft.

Die Luftfahrt und die Schifffahrt sind Verkehrsbereiche, die größtenteils auf flüssige Energieträger angewiesen bleiben. Es ist nicht absehbar, dass Flugzeuge für die Mittel und Langstrecke oder große Container- und Passagierschiffe batterieelektrisch betrieben werden.

Das gilt auch für die Bereiche Landwirtschaft, Feuerwehr, Katastrophenschutz oder das Militär. Landmaschinen, Lösch- und Bergungsfahrzeuge oder auch Notstromaggregate werden weiterhin und speicherbare Energieträger mit hoher Energiedichte benötigen.

Bis zu 100 % beimischungsfähige Moleküle werden darüber hinaus für den großen Bestand an Fahrzeugen und Heizungen gebraucht. Trotz fortschreitender Elektrifizierung wird es 2030 bundesweit voraussichtlich noch mehr als 40 Millionen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor und auch weiterhin mehrere Millionen Heizungen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe geben. Auch dort sind Klimaschutzoptionen notwendig.

Was steht der Molekülwende derzeit noch im Wege?

Um die Molekülwende zum Erfolg zu führen, sind noch enorme Investitionen erforderlich. Hier stehen wir noch am Anfang. Es fehlen zum jetzigen Zeitpunkt schlichtweg die Rahmenbedingungen, um Investitionen in grüne Moleküle attraktiv zu machen.

Erfahrungsgemäß sind bei der Skalierung neuer Technologien die ersten Anlagen teurer als später getätigte Investitionen, die auf den Erfahrungen und auch den Fehlern der ersten Projekte aufbauen können. Dadurch ist eine Kostendegression zu erwarten.

Das führt dazu, dass sich die hohen Investitionen in die ersten Anlagen nicht rentieren, da sich die im Vergleich zu Folgeprojekten höheren Kosten bzw. Abschreibungen nicht durch ein langfristig nach und nach sinkendes Preisniveau für die erzeugten Produkte verdienen lassen. Diesem First-Mover-Disadvantage muss entgegengewirkt werden. Ein langfristiger Abnahmevertrag für die Produkte, der sowohl Abnahmemenge als auch Preis garantiert, ist daher in der Regel Voraussetzung für eine Realisierung solcher Projekte.

Welche Bausteine und Rahmenbedingungen sind für eine erfolgreiche Molekülwende notwendig?

Die drei Schlüsselbegriffe hier sind: Investitionssicherheit, Technologievielfalt und Verfügbarkeit von CO₂-neutralen Molekülen.

Damit für Unternehmen Milliardeninvestitionen in die Produktion grüner Moleküle „bankable“ werden, braucht es langfristig verlässliche Rahmenbedingungen. Dazu gehören u.a. Klarheit über den Umgang mit Zertifikaten (ETS I und ETS II), die CO₂-Bepreisung und die Stromkostenentwicklung.

Nur mit einer langfristig hohen CO₂-Bepreisung und einer Berücksichtigung von grünen Molekülen bei Regulierungen (z. B. der Maut) entstehen Business Cases die sich rechnen.
Wichtig ist auch, dass die Politik keine Anwendungsbereiche für grüne Moleküle vorschreibt, sondern eine breite Nachfragebasis in allen Sektoren für erneuerbare Produkte​ ermöglicht.
Last but not least: Deutschland braucht schnellstmöglich eine Wasserstoff- aber auch einer Kohlenstoffstrategie, die Biomasse, Co-Processing und CCU/CCS einschließt. Nur so können wir die Weichen stellen, damit grüne Moleküle in Zukunft am Wirtschaftsstandort Deutschland zu wettbewerbsfähigen Preisen zur Verfügung stehen.

Hier ist der Aufbau eines Weltmarktes für Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe und entscheidender Bedeutung. Auch brauchen wir Energiepartnerschaften mit Ländern, die deutlich mehr Wind- und Sonnenstrom erzeugen können, um aus überschüssigem Strom Wasserstoff und dessen Derivate herzustellen, die in Deutschland weiterverarbeitet werden können.
Technisch ist der Anschluss der Raffinerien in Deutschland an die Netze für Hochspannungsstrom, Wasserstoff und CO₂​ wichtig.