Strombasierte Treibstoffe zur CO 2 -Reduktion von Fahrzeugen. Christian Bach Abteilungsleiter Verbrennungsmotoren

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1 Strombasierte Treibstoffe zur CO 2 -Reduktion von Fahrzeugen Christian Bach Abteilungsleiter Verbrennungsmotoren

2 Inhalt Entwicklungstrend Fahrzeugantriebe Einheimische erneuerbare Energie (Future Mobility Demonstrator an der Empa) Zusammenfassung

3 Treibhausgasanteil der Mobilität Verkehr als grösster Einzelemittent, PWs sind bes. relevant 12 Mio-t CO 2 Quelle: BAFU, Treibhausgasinventar 2011

4 CO 2 -Reduktion bei Personenwagen CO 2 -Gesetz

5 Erdgas-Elektrohybridantrieb (CLEVER) Grosse CO 2 -Reduktionspotentiale für Mittelklassefahrzeuge Untersuchung der Potentiale neuer Brennverfahren für Gasmotoren Optimierung des thermodynamischen Kreisprozesses für Erdgas (z.b. Miller-Zyklus) Realisierung Erdgas/ Biogas-Hybridantrieb (Auslegung auf Rekuperation, Anfahrdrehmoment, Turbolochkompensation ) BFE BAFU Touran 1.4 TSI Benzin: 173 g CO 2 /km -40 CO 2 (ohne Biogas) Touran 1.4 TSI CNG/Hybrid: 105 g CO 2 /km

6 Erdgas/Biogas-Elektrohybridantrieb Einsatzprofil: gemischter Betrieb Zuhause Langstrecke Arbeitsort Autobahn (4 000 km/a) Moderner Benzin-PW: 3.49 MJ/km 260 g CO 2 /km Erdgas-Hybrid-PW: 2.4 MJ/km (-31%) 140 g CO 2 /km (-46%) Moderner Benzin-PW: 1.9 MJ/km 138 g CO 2 /km Erdgas-Hybrid-PW: 1.5 MJ/km (-20%) 87 g CO 2 /km (-37%) Moderner Benzin-PW: 2.3 MJ/km 171 g CO 2 /km Erdgas-Hybrid-PW: 2.3 MJ/km (-2%) 132g CO 2 /km (-23%) Benzin-Preis: 1.90 CHF/l (1.58 EUR/l) Erdgas-Preis: 1.90 CHF/kg (1.58 EUR/kg) 1.15 CHF/l-Äq. (0.95 EUR/l-Äq.) 1.55 CHF/l-Äq. (1.29 EUR/l-Äq.)

7 Erdgas/Biogasantrieb 36% CO 2 -Reduktion ohne Mehrkosten Fahrzeug-Amortisation Treibstoff-Kosten Betriebs-Hauptkosten CO 2 -Emissionen

8 Erdgas/Biogas-Elektrohybridantrieb Niedrige Kosten, grosse CO 2 -Einsparung Viel Autobahn Viel Überland Viel Stadt Fazit: Ein Erdgas-Hybridfahrzeug kompensiert die Mehrkosten bei der Anschaffung in vielen Fällen vollständig durch Minderkosten beim Treibstoff

9 Inhalt Entwicklungstrend Fahrzeugantriebe Einheimische erneuerbare Energie (Future Mobility Demonstrator an der Empa) Zusammenfassung

10 Umstieg auf erneuerbare Energie Energiestrategie 2050 Ziele: Zubau erneuerb. Energie um 22.6 TWh PV: 10.4 TWh, Wind: 4 TWh, GeoTh: 4.4 kwh, Biom.: 1.1 TWh, Biogas 1.4 TWh, ARA/KVA: 1.3 TWh Beibehaltung CO 2 -Ziel Bis 2012: -10% ggü 1990 (CO 2 -Gesetz) Bis 2020: -20% ggü 1990 (Anhörung) Überschüssige Leistung Bedeutung für Umsetzung: Produktion erneuerbare Energie Integration von dezentral produzierter Elektrizität (Anpassung Stromnetz) Nutzbarmachung von Überschussenergie (Stromspeicherung)... Quelle: BFE 2012

11 Entkopplung Stromproduktion / -nutzung Stark fluktuierende Energieströme (Sonne + Wind) Photovoltaik Starker Überhang im Sommerhalbjahr Windenergie Stochastische Produktion Simulation der Elektrizitätsversorgung 2050 (Prognos) 35 TWh (d.h. 50%); wobei ca. 15 TWh stark fluktuierend 9 TWh Überschuss-El. (Sommer), wenn WKK/GuD nicht regelbar 4.5 TWh Überschüss-El. (Sommer), wenn WKK/GuD regelbar

12 Mega-Trend im Energiebereich Alternative zur Speicherung: Abregeln Abgeregelte Strommengen 2012 in Deutschland: 2.9 TWh Pro TWh können: t H 2 (bzw l Benzin-Substitut) produziert werden. Die Frage ist: wie nutzen?

13 Biomassepotential Schweiz Grosse ungenutzte Potentiale Bioabfall; 5.6 PJ/a Klärschlamm; 5.2 PJ/a Lebensmittelabfälle; 2.6 PJ/a Hofdünger; 21.4 PJ/a Bioabfall; 3.2 PJ/a Klärschlamm; 5.2 PJ/a Hofdünger; 0.2 PJ/a Waldenergieholz; 15.7 PJ/a Altpapier und Karton; 4.7 PJ/a Altholz; 7.4 PJ/a Nachhaltiges Potenzial: 82 PJ/a Lebensmittelabfälle; 2.3 PJ/a Altpapier und Karton; 4.7 PJ/a Genutztes Potenzial: 43 PJ/a Landschaftsholz; 6.6 PJ/a Industrieholz; 4.6 PJ/a Waldenergieholz; 23.7 PJ/a Lebensmittelabfälle; 0.3 PJ/a Altpapier und Karton; 0.0 PJ/a Altholz; 3.6 PJ/a Bioabfall; 2.4 PJ/a Klärschlamm; 0.0 PJ/a Altholz; 3.8 PJ/a Landschaftsholz; 3.0 PJ/a Industrieholz; 4.6 PJ/a Landschaftsholz; 3.6 PJ/a Industrieholz; 0.0 PJ/a Ungenutztes Potenzial: 39 PJ/a Hofdünger; 21.3 PJ/a Quelle: Empa 2010 Waldenergieholz; 8.0 PJ/a

14 Power-to-Gas (Strom-/Gasnetzkopplung) H 2, HCNG, synth. Methan Wenn kein Stromverbraucher am Netz: Methanisierung Gasnetz Wasserstoff Potentiale Schweiz: 39 PJ Biomasse => 19 PJ Methan + 1 Mio-t biogenes CO 2 Methanisierung mit H 2 => 35 PJ Methan (total) (>1.5 Mio Fahrzeuge!) 50% Methan 50% CO 2

15 Future Mobility Demonstrator Dezentraler PtG-Ansatz Kernpunkte Dezentraler Ansatz auf Netz- Verteilebene (PV-/WKK- Anbindung auf dieser Ebene) Integration von Netzdienstleistungen mit Wirtschaftlichkeitsabklärungen Ausrichtung auf elektrochemische Speicherung für EVs und chemischer Speicherung (H 2 ) für BZ-NFz und HCNG (<25 vol% bzw. 10 E-% H 2 ) Ausbau geplant mit Methanisierungsstufen, photokatalytischer H 2 -Produktion, )

16 Erdgas/Biogas-Wasserstoff als Treibstoff Laborversuche Praxiserprobung Effizienzsteigerung sogar bei konventionellen Gasfahrzeugen Überproportionale CO 2 -Reduktion (9 E% H 2 => 9-12% CO 2 -Red.) NOx- und HC-Emissionen werden massiv reduziert (kürz. Brenndauer) Potential für neue Brennverfahren

17 Inhalt Entwicklungstrend Fahrzeugantriebe Einheimische erneuerbare Energie (Future Mobility Demonstrator an der Empa) Zusammenfassung

18 Zusammenfassung Nicht der Antrieb entscheidet, ob ein Fahrzeug sauber und nachhaltig ist, sondern der Treibstoff => auf erneuerbare Fahrenergie fokussieren (nicht nur auf Antriebe)! Die CO 2 -Gesetzgebung für Personen-/Lieferwagen wird die Antriebstechnologien stark beeinflussen und verändern (Verbrauchs- und CO 2 - arme Antriebe werden zunehmend interessant). Gasförmige Treibstoffe weisen ein grosses CO 2 -Reduktionspotential auf (einheimisches Biogas, Wasserstoff aus Überschuss-Elektrizität, Methanisierung von CO 2 ) Die Kopplung von Strom-/Gasnetz bietet grosse energetische und - aufgrund der hohen Wertschöpfungspotentiale insbesondere im Mobilitätsbereich grosse Umsetzungspotentiale.

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dank an die KollegInnen: Dr. Brigitte Buchmann Dr. Patrik Soltic Dr. Michael Bielmann Kontakt:

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