Die Molekülwende beschreibt den verstärkten Einsatz flüssiger und gasförmiger Energieträger, Einsatzstoffe und chemischer Rohstoffe auf Basis von Wasserstoff, Biomasse, Recyclingprozessen sowie weiteren Kohlenstoffquellen mit reduzierten Treibhausgasemissionen. Ziel ist es, zusätzliche Optionen für die Weiterentwicklung des Energie- und Rohstoffsystems bereitzustellen und industrielle Wertschöpfung in Deutschland zu unterstützen.

Gemeint sind flüssige oder gasförmige Energieträger und Rohstoffe, die nicht wie bisher aus fossilen Quellen wie Erdgas oder Erdöl hergestellt werden, sondern beispielweise auf Wasserstoff beruhen, der unter Nutzung von Strom aus Wind-und Solaranlagen erzeugt wird oder auf Biomasse und recycelten Rohstoffen, z.B. Kunststoffen.

Darüber hinaus können technologische Lösungen zur Abscheidung und Nutzung von CO₂ aus der Atmosphäre oder aus Abgasströmen (CCU) sowie zur CO₂-Speicherung (CCS) eine Rolle spielen, insbesondere dort, wo sich Emissionen derzeit vermeidbar sind. 

Aus Sicht von en2x beschreibt der Begriff „Defossilisierung“ die Herausforderung präziser als der Begriff „Dekarbonisierung“. Denn auch in Zukunft werden Kohlenstoffverbindungen („Carbon“) für zahlreiche industrielle Anwendungen benötigt. Kohlenwasserstoffe sind nicht nur wichtige Energieträger, sondern auch wichtige chemische Bausteine für eine Vielzahl von Konsum- und Gebrauchsgütern.

Ziel ist es, Kohlenstoff zunehmend aus alternativen Quellen bereitzustellen und vorhandene Kohlenstoffströme möglichst in geschlossenen Kohlenstoffkreisläufen zu führen. Dazu zählen beispielsweise Biomasse, Recyclingprozesse oder die Nutzung abgeschiedenen CO₂. 

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.

Es wird zwar, gerade auch in der politischen Diskussion, immer von einer Energiewende gesprochen. Gemeint wurde damit bislang jedoch fast immer nur die Stromwende. Strom macht derzeit jedoch nur einen Teil von weniger als 20 Prozent des Endenergiebedarfs in Deutschland aus, während flüssige und gasförmige Energieträger den maßgeblichen restlichen Teil des Energiebedarfs abdecken. Fossile Energieträger wie Erdgas und Mineralöl machen heute noch den überwiegenden Anteil aus.

Darüber hinaus werden Kohlenwasserstoffe auch als Rohstoffe für die Chemieindustrie benötigt. Eine Stromwende allein reicht darum nicht. Zusätzlich ist eine Molekülwende erforderlich und das bedeutet: zunehmend treibhausgasreduzierte biogene und synthetische Krafts- und Brenn-sowie Roh- und Einsatzstoffe.

Durch höhere Effizienz sowie die zunehmende Elektrifizierung der Fahrzeugflotte und Wärmeversorgung wird der Bedarf an gasförmigen und flüssigen Energieträgern künftig sicherlich sinken, er bleibt jedoch voraussichtlich auch künftig signifikant. Aus heutiger Sicht werden mehr als 40 Prozent des heutigen Absatzes auch 2045 noch dort benötigt, wo die Elektrifizierung allein technisch an ihre Grenzen stößt – dann allerdings CO₂-neutral.

Die Luftfahrt und die Schifffahrt sind Verkehrsbereiche, die größtenteils auf flüssige Energieträger angewiesen bleiben. Es ist aktuell 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.

Erneuerbare Kraft- und Brennstoffe im Sinne des §37b BImSchG werden darüber hinaus für den aktuellen Fahrzeug- und Heizungsbestand benötigt. 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 zusätzliche Optionen zur Verringerung von Treibhausgasemissionen Klimaschutzoptionen notwendig

Für die Industrie, besonders die Chemie bleibt die stoffliche Nutzung von Molekülen – insbesondere Kohlenwasserstoffen – auch künftig 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 aus alternativen Energiequellen – ohne Treibhausgasemissionen – hergestellt werden.

Auch in zunehmend auf Treibhausgasneutralität ausgerichteten Energiesystemen sind Moleküle elementar für die Versorgungssicherheit und Resilienz Deutschlands. Gerade in Krisensituationen werden Energieträger benötigt, die einfach gespeichert und transportiert werden können – hier sind flüssige Energieträger klar im Vorteil.

Mit Elektronen ist eine nationale Energiereserve im Umfang von 90 Verbrauchstagen, wie sie heute das Erdölbevorratungsgesetz (ErdölBevG) für Rohöl und Benzin, Diesel, Heizöl und Kerosin verpflichtend vorsieht, nicht realisierbar. Auch deshalb ist zusätzlich zur Stromwende eine Molekülwende erforderlich.

Aktuell nein. Aus diesem Grund müssen nun schnellstmöglich die politischen Weichen für Investitionen in innovative Technologien zur Herstellung solcher Moleküle gestellt werden.

Nehmen wir den Luftverkehr als Beispiel. Hier hat die Politik zwar die Notwenigkeit erkannt und die EU schreibt künftig den Einsatz von Sustainable Aviation Fuels, kurz: SAF, aus biogenen Rohstoffen sowie Power-to-Liquid (PtL)-Treibstoffen verpflichtend in schnell ansteigenden Anteilen vor. Jedoch reichen solche verpflichtenden Beimischquoten offensichtlich allein nicht, um die jetzt notwendigen Investitionen in die Produktion auszulösen.

Das gilt insbesondere für den Aufbau hochkomplexer, innovativer Produktionstechnologien mit hohen Anfangsinvestitionen, die üblicherweise über mindestens 20 Jahre abgeschrieben werden. Dazu gehören insbesondere PtL-Anlagen zur Herstellung von strombasiertem Kerosin, kurz E-SAF. Obwohl die E-SAF-Quote der EU 2035 bereits auf fünf Prozent angestiegen sein wird, ist derzeit nicht zu erkennen, dass die dafür erforderlichen Anlagen zeitgerecht zur Verfügung stehen werden.

Der Aufbau eines globalen Marktes für Moleküle, speziell für Kohlenwasserstoffe, kann dazu beitragen, eine wettbewerbsfähige Rohstoffversorgung für Wirtschaft und Verbraucher zu gewährleisten. Welche Anteile der benötigten Moleküle letztendlich in Deutschland z. B. aus Biomasse oder Strom aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt und welche Anteile importiert werden, lässt sich derzeit nicht genau vorhersagen.

Klar ist jedoch: Deutschland importiert derzeit rund 70 Prozent der genutzten Energie. Das lässt sich durch Strom aus heimischen Wind- und Solaranlagen bei weitem nicht ersetzen. Wir werden also weiterhin ein Energieimportland bleiben.

Auch das spricht für nicht-fossile Moleküle, denn der Leitungstransport von elektrischer Energie über große Entfernungen ist technisch und infrastrukturell begrenzt. Energie aus wind- und sonnenreichen Regionen des Erde kann deshalb in Wasserstoff und dessen Derivate wie Ammoniak, Methanol oder synthetische Kohlenwasserstoffe umgewandelt, gespeichert und transporteiert werden.   

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 nicht-fossile  und neue Technologien 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.

Die drei Schlüsselbegriffe hier sind: Investitionssicherheit, Technologievielfalt und Verfügbarkeit.

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

Nur mit einer langfristig verlässlichen CO₂-Bepreisung und einer Berücksichtigung nicht-fossiler Moleküle in regulatorischen Rahmenbedingungen (z. B. bei der Maut) können wichtige Voraussetzungen für Business Cases geschaffen werden.
Wichtig ist auch, dass die Politik keine Anwendungsbereiche vorschreibt, sondern eine breite Nachfragebasis in allen Sektoren  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 nicht-fossile Moleküle in Zukunft am Wirtschaftsstandort Deutschland zu wettbewerbsfähigen Preisen zur Verfügung stehen.

Hier ist der Aufbau eines Weltmarktes für Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe von großer 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.