Effiziente und umweltfreundliche Mobilität Zukunftsoptionen im Kontext des gesamten Energiesystems

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1 Effiziente und umweltfreundliche Mobilität Zukunftsoptionen im Kontext des gesamten Energiesystems Vortragstagung SSM, 26. September Campus Sursee Konstantinos Boulouchos, LAV, ETH Zürich

2 Inhalt Strategische Leitplanken für die Energiezukunft Langfristige Energie- und Klimaziele Die Herausforderungen für den Verkehrssektor Technologiepfade: für jeden Verkehrssektor unterschiedlich Wie viel Elektrifizierung ist sinnvoll/möglich? Zu welchen Kosten, über welchen Zeitraum? 2

3 Klimaziele für die Welt und die Schweiz Rahmenbedingungen: T = 2 K bis 2100 (50% Wahrscheinlichkeit), CO2-Stabilisierung auf 450 ppm Bevölkerung 2050: 9 Mia Welt bzw. 9 Mio Schweiz Globaler Ausstoss von CO2 (2010 -> 2050): ~1 000 Gt Quelle: ESC/ETHZ 2011 Energiegespräch 2 September 2011 Prof. Dr. K. Boulouchos3

4 Endenergiebedarf kompatibel mit Erreichung der Klimaziele, Stromnachfrage «Mittel» ( ) Verkehr (Fossil): ohne internationalen Flugverkehr (noch nicht Kyoto relevant, jedoch in Schweizer-Endenergie-Statistik mit zusätzlichen 15 TWh enthalten) Wärme Erneuerbar: Solar- und Umweltwärme eingeschlossen Quelle: ESC/ETHZ 2011 Energiegespräch 2 September 2011 Prof. Dr. K. Boulouchos4

5 Reduktion der Emissionen im Hinblick auf die 1 Tonne CO 2 pro Person und Jahr Quelle: ESC, ETHZ 5

6 Weiterhin gültige Aussage: Effizienzerhöhung und Entkarbonisierung durch CO 2 -arme Energieträger Elektrizität als Rückgrat des zukünftigen Energiesystems Solar-thermisch, Umweltwärme Jahr 2100 Wärmebereitstellung mit CO 2 - Abtren nung Photovoltaik Wind Nuklear Kohle Gas Wasser Biomasse Geothermie Effiziente Speicherung und elektrisches Netz Zusatzelektrizität für WP Konventionelle elektrische Anwendungen Zusatzelektrizität für Kurzstrecken-Verkehr (Personen, Güter) Flüssige Kraftstoffe Mittel-/ Langstreckenverkehr Energiegespräch 2 September 2011 Prof. Dr. K. Boulouchos6

7 Die Herausforderung für den Verkehr Pro Kopf CO 2 -Emissionen des Verkehrs heute ca. 2.7 t davon, internationaler Flugverkehr heute ca. 0.5 t Begrenzte technische Optionen für den schweren Güterverkehr (und er wächst am schnellsten!) Zunahme der Verkehrsleistungen absehbar eine grosse Herausforderung... Strategische sektorübergreifende Roadmap notwendig! 7

8 Verkehrsleistungen und CO2 nach Sektoren Quellen: BAFU (2011) und strassenschweiz FRS (2011) 8

9 Technologiepfade für den zukünftigen Automobilantrieb Evolution des Ottomotors Evolution des Dieselmotors Downsizing, Direkteinspritzung mit hohen Variabilitäten, flexible Hochaufladung, variable Ventile, flexible Geometrien, kombinierte Abgasnachbehandlung Evolution des Verbrennungsmotors (Diesel, Otto) PLUS Neue Kraftstoffe (biogene, gasförmig/flüssig, synthetische/h 2 -angereicherte Reformate) Zunehmende Hybridisierung und schliesslich weitgehend Elektrobetrieb Umstellung auf Wasserstoff und Brennstoffzellenantrieb

10 Zusatzelektrizitätsbedarf und THG-Emissionen für einen vollständig elektrifizierten Individualverkehr Batterie- Fahrzeuge Brennstoffzellen- Fahrzeuge 2 x Gösgen 5 x Gösgen! Prof. Dr. K. Boulouchos Pro Clim Bern 1 März 2011 Source: Energy Navigator, ETH-LAV,

11 Wieviel Elektrifizierung macht Sinn? Treibhausgas-Emissionen für die gesamte PKW-Lebensdauer ( km) in Abhängigkeit der elektrischen Reichweite für Plug-in -Hybridantriebe Antrieb - Benzin Antrieb Elektrizität (CH oder EU) Batterieherstellung PKW-Entsorgung PKW-Wartung PKW-Herstellung CH-Verbrauchermix EU-Elektrizitätsmix THG-Emissionen [t CO2-eq.] THG-Emissionen [t CO2-eq.] Reichweite [km] Reichweite [km] Prof. Dr. K. Boulouchos Pro Clim Bern 1 März 2011 Quelle: S. Heinen, LAV / ETH Zürich 11

12 Kleine Reichweite mit grosser Substitutionswirkung Verteilung der Anzahl Fahrten Verteilung der gesamten Fahrtleistung Quelle: Mikrozensus, ARE and BFS, 2000; Plot: Noembrini, ETHZ-LAV, 2009 Prof. Dr. K. Boulouchos Pro Clim Bern 1 März

13 Steckdosen -Hybrid: ein langfristig sinnvolles Konzept Schwankender Bedarf/Produktion an Elektrizität (Tagesgang) Quelle: BFE, Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2004 Voraussetzungen für sinnvollen Einsatz: Stromerzeugung ist CO 2 -arm (am besten CO 2 -frei) Fortschritte Kosten, Speicherdichte bei Batterien erforderlich

14 Elektrifizierung der individuellen Mobilität (2050) Speicherbedarf /Poten al pro Tag 4 Mio. PKW x 40km/Tag x 0.2 kwn/km=32gwh Stromnetz Speicherbedarf über 24h (2050) (4 7)GW x (3 5) Std = (12 35) GWh Wie sieht es mit dem Güterverkehr aus? Lieferwagen können teilweise elektrifiziert werden. Schwere Nfz: Elektrifizierung wenig sinnvoll Langstrecken, maritimer und Luftverkehr: Elektrifizierung für Jahrzehnte keine realistische Option 14

15 Prioritäten bei der Entkarbonisierung von Energiesektoren 1 KWh CO 2 - freier Strom 1 KWh Kohlekraftwerksstrom 4 KWh Erdgas / Heizöl für Gebäudewärme KWh Diesel / Benzin / Erdgas gegenüber Hybrid- PKW deswegen: ersetzt spart kg CO kg CO kg CO 2 Relative Vermeidungsaufwand pro t CO Wo würden Sie Ihr Geld investieren?? Prof. Dr. K. Boulouchos Pro Clim Bern 1 März

16 Kosten der Entkarbonisierungsoptionen cost-effective methods in electricity sector 16

17 Schlussfolgerungen und Ausblick Herausforderungen für den Verkehr betreffen in erster Linie den Beitrag zum CO2-Austoss und die Abhängigkeit von begrenzten fossilen Resourcen. Ja nach Verkehrssektor (Personen- /Güter bzw. Kurz- /Langstrecken) gibt es grosse Unterschiede beim Potential und bei der Sinnhaftigkeit der Elektrifizierung Flexible, kombinierte Lösungen (elektrisch, verbrennungsmotorisch) werden über Jahrzehnte einen stabilen Technologiepfad darstellen. Die Kosten selbst für eine Teilelektrifizierung allein des Individualverkehrs sind jedoch (noch) nicht wettbewerbsfähig verglichen zu fast allen anderen CO2-Vermeidungstechnologien. 17

18 Mein Dank gilt der SSM für die Einladung Ihnen für das Interesse meinen KollegInnen und Studierenden an der ETH Zürich: Fabrizio Noembrini, Gil Georges, Yashael Mazdanie, Stefen Heinen etc. 18

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