Technologien für eine solare Post-Carbon Society

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1 Technologien für eine solare Post-Carbon Society Fokus: Gebäude und Mobilität Reinhold W. Lang Institut für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe Montanuniversität Leoben Polymer Competence Center Leoben GmbH A-8700 Leoben Impulsreferat im Rahmen des 1. Stakeholder Workshop Energy Transition Wien, 28. Jan

2 Das derzeitige Energiesystem Nutzenergiebedarf Österreich Nutzenergie nach Sektoren (Österreich, 2007) Nutzenergie nach Kategorien (Österreich, 2007) Produktion 27.7% Landwirtschaft 2.4% Gebäude 33.6% Elektrizität 19.2% Sonstige 12.3% Brennstoffe 33.9% ~ 70% Verkehr 36.3% Treibstoffe 34.6% Gesamt 2007: 1,08 Mill. TJ 2

3 Technologien für eine solare Post-Carbon Society Leitprinzipien und technologische Umsetzungsstrategien (1) Effizienz: Reduzierung der Energieintensität pro Funktionseinheit (Faktor 2 bis 10) (2) Erneuerbare: Restenergieversorgung durch optimierten Mix erneuerbarer Ressourcen konsequente Umsetzung Szenario McKinsey-Vattenfall (2007) für 2030 im Vergleich zu business-as-usual (BAS): ~ 7 Gt CO 2e kosteneinsparend bzw. kostenneutral (- 12% vs. BAS) ~ 27 Gt CO 2e zu Kosten unter 40 EURO/t (- 46% vs. BAS) 3

4 Die Transformation des Energiesystems Solarer vs. fossiler Energiezyklus Photosynthese H 2 O, hν hν Nutzenergie CO 2 Biomasse Wohnen Mobilität CO 2 Kraftwerk Primärenergie Fossilierung Zykluszeit: Bis ca. 100 Jahre vs. Mill. Jahre Raffinerie Öl Gas Kohle Verbesserte Energiedienstleistungen (mehr Qualität) durch: g g g mehr Effizienz, mehr Intelligenz weniger Energie, weniger Werkstoff Nutzung erneuerbarer Ressourcen 4

5 Die Transformation des Energiesystems Potentiale und Optionen Solar energy is abundantly available Source: C. Rubbia (CERN 2004) 5

6 Die Transformation des Energiesystems Potentiale und Optionen für den Süden Solar thermal-electric conversion by spatially packed parabolic mirrors combined with steam generators Dish Stirling System (DLR) The amount of land committed to collection and required to produce the equivalent of a standard nuclear power station (LWR) is about ~ 9 km 2 for 1 GWatt- electric Solar tower plant (DLR) Operating temp.: up to 1100 C Source: C. Rubbia (CERN 2004) 6

7 Die Transformation des Energiesystems Potentiale und Optionen für den Süden Worldwide potential of electricity production by concentrated solar power (CSP) CSP: A simple and robust technology with vast applicability potential over the whole sun belt Source: C. Rubbia (CERN 2004) 7

8 Technologien für eine solare Post-Carbon Society Beispiel Solares Bauen und Wohnen Leitprinzipien und technologische Umsetzungsstrategien (1) Effizienz: Reduzierung der Energieintensität pro Funktionseinheit (Faktor 5 bis 10) (2) Erneuerbare: Restenergieversorgung durch optimierten Mix erneuerbarer Ressourcen konsequente Umsetzung (Nachhaltiges Bauen) Bessere Qualität und erhöhte Multifunktionalität in der Bereitstellung komfortrelevanter Dienstleistungen Wärme, Licht, Luft, Akustik usw. Baubiologie und -physiologie (Geruch, Farben, Elektrosmog usw.) 8

9 Die Transformation des Energiesystems Potentiale und Optionen für Österreich Vergleich verschiedener Baustandards - Beheizung Effizienz: Reduzierung der Energieintensität pro Funktions- bzw. Dienstleistungseinheit kwh/(m 2 a) Liter Heizöl/(m 2 a) < 12 Ziele 2020: Passivhausstandard bei Neubauten Hochwertige energetische Sanierung des Bestandes < 5 < 2 0 Österr. Bestand Bauordnung Niedrigenergiehaus Passivhaus 9

10 Die Transformation des Energiesystems Potentiale und Optionen für Österreich Vergleich verschiedener Baustandards Solares Beheizungspotential Erneuerbare: kwh d 800 Energieversorgung durch hohen Anteil und optimierten Mix erneuerbarer Ressourcen 600 Globalstrahlung auf Einfamilienhaus (Gebäudehülle) 400 Ziele 2020: - Das Solar-Aktiv-Haus - Technologien bekannt - Entwicklung: multi-funktionale, hochwertige Fassadenintegration Baubestand NE-Haus Passivhaus Okt. Nov. Dez. Jän. Heizbedarf Feb. Mär. 10

11 Die Transformation des Energiesystems Potentiale und Optionen für Österreich Verschiedene Erneuerbarer Energietechnologien im Vergleich Leistungsvermögen und Potentialabschätzung Erneuerbare: Energieversorgung durch hohen Anteil und optimierten Mix erneuerbarer Ressourcen Ziele 2020: - Das Solar-Aktiv-Haus - Technologien bekannt - Entwicklung: multi-funktionale, hochwertige Fassadenintegration Jährliche Flächenausbeute von Erneuerbaren Energietechnologien (in W/m 2, Österreich) Solarthermie ~ 100 W th /m 2 Photovoltaik ~ W el /m 2 Windkraft < 10 W el /m 2 Biomasse 0,1-1 W/m 2 Durchschnittliche Leistungsdichte für den Standort Österreich gemittelt über ein Jahr 11

12 Vollsolare Bauweisen Bauen und Wohnen Energieautarkes Solarhaus (Freiburg, 1992) Plusenergie Bürohaus (Gutau 2002) Vollsolares Landhaus (Graz, 1999) 12

13 Nullemissions-Fabriken AKS DOMA Solartechnik (Satteins, A) Solvis GmbH & Co KG (Braunschweig, D) Solar-Fabrik AG (Freiburg, D) Quelle:

14 Von der Vision zur Realität Das Solare Regierungsviertel in Berlin 14

15 Von der Vision zur Realität Energieautarke Stadt Güssing Quelle:

16 Die Transformation des Energiesystems Potentiale und Optionen für Österreich - Solarthermie Marktentwicklung Solarthermie (Europa) (Szenarien des European Solar Thermal Industrial Forum, ESTIF) Österreich (2006): 0,5 m²/ew EU (2006): 0,04 m²/ew 16

17 Applications and Potential for Plastics in Solar Technologies Solar Energy for Housing and Living Kunststoffe bieten einen hohes Potential für innovative Weiterentwicklungen in Energieeffizenz- und Solartechnologien. Ziele und Voraussetzungen für breite Marktdurchdringung: - verbesserte Funktionalität Energy autonomous solar building Freiburg (Freiburg, D; 1992) - attraktives Design - verbessertes Preis/Leistungs-Verhältnis - garantierte Qualität und Leistungsvermögen Ultra-low energy solar country house (Graz, A; 1998) 17

18 Technologien für eine solare Post-Carbon Society Beispiel Individuelle Mobilität Relative Bedeutung von Werkstoffen in Automobilanwendungen Materialanteil, Vol.-% Stahl Kunststoffe Aluminium HY-LIGHT, 2004 Ultra-light weight electrical vehicles Jahr Quelle: Automobilproduktion 2003, IVW Kaiserslautern (D) 18

19 Individuelle Mobilität Von der Vision zur künftigen Realität? Jetzige Realität Individuelle Mobilität Langstrecken- Zeitfahrrad An Vision für Individual-Mobilität: Beispielen Re-Design von Fahrzeugen zu höchst-effizienten Elektro- Leichtfahrzeugen mit hoher lernen Sicherheit und hohem Komfort. 1-2 Personen (ca kg) Fahrzeugmasse (1-2 t) Leistung >50 kw Person mit kg Fahrzeugmasse (inkl. Ausstattung) ca. 10 kg Leistung <1 kw 19

20 Individuelle Mobilität Innovative Hybrid/Elektro-Leichtfahrzeuge Aptera typ-1 (ab ~2009) 2(+1) Personen 386 kg (90% Composite) > 190 km < 0,9 l/100 km ca $ Crash Sicherheit 20

21 Individuelle Mobilität Neuartige Antriebssysteme Nano-Titanat Batteriesystem Polymer-Membran Brennstoffzelle (PEM) Lebensdauer 20+ Jahre Ladezyklen mit nur 15% Leistungsverlust Voll-Ladung in <10 Minuten 85% Ladung in 1 Minute Reichweite 400+ km Polybenzimidazole membrane 21