Wasserstoffanwendungen in Verkehr und Industrie

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1 Wasserstoffanwendungen in Verkehr und Industrie Dr.-Ing. Ulrich Bünger Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, Ottobrunn 13. Jahrestreffen des Netzwerkes Brennstoffzelle und Wasserstoff NRW Düsseldorf, 14. Nobember 2013, 10:

2 Übersicht Ludwig-Bölkow-Systemtechnik Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehrssektor in der Chemieindustrie als CO 2 -reduzierter/freier Rohstoff Power-to-Gas Wasserstoff als Bindeglied zwischen Energiesektoren Ausblick Bild: MS Office 2

3 Übersicht Ludwig-Bölkow-Systemtechnik Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehrssektor in der Chemieindustrie als CO 2 -reduzierter/freier Rohstoff Power-to-Gas Wasserstoff als Bindeglied zwischen Energiesektoren Ausblick Bild: MS Office 3

4 Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (LBST) Dr. Ludwig Bölkow Unabhängige Experten für nachhaltige Energieversorgung und Mobilität seit 30 Jahren Erneuerbare Energien, Kraftstoffe, Infrastruktur Machbarkeitsstudien, Nachhaltigkeitsanalysen, technologiebasierte Strategieberatung, Energiekonzepte Konsequenter Systemansatz: Denken über Bereichsgrenzen hinweg 4

5 Übersicht Ludwig-Bölkow-Systemtechnik Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehrssektor in der Chemieindustrie als CO 2 -reduzierter/freier Rohstoff Power-to-Gas Wasserstoff als Bindeglied zwischen Energiesektoren Ausblick Bild: MS Office 5

6 Source: Daimler AG Source: H2 Logic A/S Source: Hydrogen Sweden Source: Hyundai Motor Europe Demo-Projekt H2moves Scandinavia ( ) Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs) Projektzentrum: Oslo 19 Brennstoffzellenfahrzeuge für 14 Monate in Kundenhand insgesamt km 2,5 Tonnen Wasserstoff betankt 17 FCEVs in Oslo, 2 in Kopenhagen Wasserstoff Tankstellen (HRS) Eine stationäre Tankstelle in Oslo Eine mobile für Road Tour und Events 1 1 Source: H2 Logic A/S Source: H2 Logic A/S 6

7 Ergebnisse von 19 FCEVs aus 14 Monaten Quelle: H2moves Scandinavia Quelle: H2moves Scandinavia Erwartet wurde ein 24/7-Betrieb Erwartung erfüllt: 98% Verfügbarkeit insgesamt Geringere Wartungskosten als erwartet Erfolgreicher Winterbetrieb bis -27 C Im Mittel betrug die Tankdauer eines Daimler-Benz B-Class F-CELL etwa 2,8 Minuten. 7

8 Ergebnisse von 1 HRS (Hydrogen Refuelling Station) Versorgung von 17 FCEVs während 14 Monaten Quelle: H2moves Scandinavia Quelle: H2moves Scandinavia 1. Halbjahr 2012: 97,1 % der Zeit verfügbar 2. Halbjahr 2012: Ein Ausfall von zwei Monaten, da der Kompressor defekt war. 53 % aller Ausfälle innerhalb 1/2 Stunde behoben 76 % binnen 6 Stunden 82 % binnen 1 Tag 8

9 Technologiestatus Brennstoffzellenfahrzeuge Brennstoffzellenfahrzeuge (Hyundai) in europäischem Demoprojekt (Dänemark) weisen Lebensdauer von km nach, die Labortesten in Südkorea entsprechen EOL: End of life time ix35-nachfolgegeneration mit höherer Reichweite, Effizienz und weiter verringerten Lärmemissionen, Paris Motor Show, September 2012 Quelle: H2moves Scandinavia 8/2012, Technical Reporting, Hyundai 9

10 Perspektive Kommerzialisierung von FCEV 2013/ Hyundai ix35 FCEV 2015 Start der Serienherstellung Toyota Honda Hyundai [X.000-X0.000/Jahr] 2017 Start der Serienherstellung Daimler & Ford & Nissan [je /Jahr] 2020 Start der Serienherstellung - GM & Honda - BMW & Toyota Quelle: Toyota Quelle: Hyundai Quelle: Honda Quelle: Nissan Quelle: Daimler Kostenreduktion durch Lernkurve in der Serienproduktion Quelle: BMW 10

11 gas (onsite) E-Strom (1) E-Strom (2) E-Strom (3) om (onsite) m (zentral) Benzin Diesel CNG Erdgas CGH2 Erdgas (onsite) CNG EE-Strom (1) CNG EE-Strom (2) CNG EE-Strom (3) CGH2 EE-Strom (onsite) CGH2 EE-Strom (zentral) THG (g CO 2 -Äquivalent/km) (1) CO2 aus Luft (2) CO2 aus Rauchgas (Holzheizkraftwerk) (3) CO2 aus Biogasaufbereitung Spezifische THG-Emissionen PKW (2030) PKW PtG-Pfade tragen zur THG-Emissionsreduktion bei (fast zu 100% mit EE-Strom) Well-to-Wheel (1) CO2 aus Luft (2) CO2 aus Rauchgas (Holzheizkraftwerk) (3) CO2 aus Biogasaufbereitung Verbrennung Tankstelle PKW Verteilung über LKW Verbrennung Tankstelle Verteilung über LKW Kompression, CH4-Speicher Methanisierung inkl. CO2-Bereitstellung Kompression, H2-Kaverne H2-Produktion Raffinerie Kompression, CH4-Speicher Methanisierung inkl. CO2-Bereitstellung Kompression, H2-Kaverne H2-Produktion Raffinerie Rohöltransport Rohölproduktion Rohöltransport Erdgastransport und -verteilung Erdgasförderung und -aufbereitung Rohölproduktion Stromtransport und -veteilung Strombereitstellung Erdgastransport und -verteilung Quelle: LBST, Mobilitätsund Kraftstoffstrategie, 2013 Erdgasförderung und -aufbereitung Stromtransport und -veteilung VKM Fossil BZ VKM Power-to-Gas BZ Strombereitstellung 11

12 Spezifische Kraftstoffkosten PKW Well-to-Wheel (ohne Steuern) VKM BZ VKM BZ Quelle: LBST, Mobilitätsund Kraftstoffstrategie,

13 Spezifische Kraftstoffkosten PKW Spez. km-kosten mit PtG-H 2 perspektivisch auf Niveau von fossilen Optionen Well-to-Wheel (ohne Steuern) Ölpreis U.S.$/bbl [GermanHy] EE-Strompreis 0,085 0,06 /kwh Perspektive VKM BZ VKM BZ Quelle: LBST, Mobilitätsund Kraftstoffstrategie,

14 Fakten H2 Mobility Pressemitteilung 30. September 2013, Stuttgart Initiative Industriekonsortium Gesamtinvestitionen ca. 350 M Infrastruktur zunächst in Ballungszentren, danach Ausweitung Versorgung von ca Brennstoffzellen-PKW (2020) 14

15 Übersicht Ludwig-Bölkow-Systemtechnik Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehrssektor in der Chemieindustrie als CO 2 -reduzierter/freier Rohstoff Power-to-Gas Wasserstoff als Bindeglied zwischen Energiesektoren Ausblick Bild: MS Office 15

16 ChemCoast Projekt Wasserstoffproduktion und -Markt Produktionsportfolio verändert sich: Weiternutzung von kostengünstigem Nebenprodukt-Wasserstoff Weißer Wasserstoff (thermisch genutzt) zunehmend energetisch genutzt Zunahme erneuerbar erzeugten oder preisgünstigen EEX-Wasserstoffes Weitere heute nicht freie H 2 -Mengen können in Unterelberegion am Markt teilnehmen Quelle: ChemCoast-Projekt, EY, LBST, BBH,

17 ChemCoast Projekt Evolution regionaler H 2 -Infrastruktur Infrastrukturfahrplan: 2015: Pilotprojekt 2020: H 2 -Rohrleitungsnetz in PPP entwickeln für freien H 2 -Markt, erste H 2 -Kaverne als Großspeicher an Rohrleitung docken, teilweise H 2 -Trailertransport, früh günstigen Nebenprodukt-H 2 nutzen 2025: zunehmend Wind-H 2 - Produktionskapazität ausbauen, H 2 -Herstellungskosten fallen deutlich, H 2 -Marktplatz erweitern, H 2 -Rohrleitungskapazität ausbauen, Regionen vernetzen, Verkehr bedeutender! Quelle: ChemCoast-Projekt, EY, LBST, BBH,

18 ChemCoast Projekt Relevanz von Policy Maßnahmen 1/2 Höchste Sensitivität durch M1 Vollständige Netzentgeldbefreiung M2 EEG-Umlage entfällt M3 Befreiung von EEG-Doppelvermarktungsverbot M5 Infrastrukturaufbau durch ÖPP (Risikominimierung) M6 Marktanreizprogramm Elektrolyseure M7 Rest zu wettbewerbsfähigen Kosten: subventionierende Preisregelung H 2 -Preis durch Mischung von braunem und grünem Wasserstoff justierbar Quelle: ChemCoast-Projekt, EY, LBST, BBH,

19 Übersicht Ludwig-Bölkow-Systemtechnik Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehrssektor in der Chemieindustrie als CO 2 -reduzierter/freier Rohstoff Power-to-Gas Wasserstoff als Bindeglied zwischen Energiesektoren Ausblick Bild: MS Office 19

20 Was ist Power-to-Gas? 1/2 Windstrom Netzstrom Methanisierung Strom EE-H 2 EE-Methan Stromnetz Elektrolyse Gas (Wind-H 2 und/oder EE-Methan) Speicherung / Salzkaverne G Gasturbine / GuD Fuel Cell Brennstoffzelle Speichergas Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH Stromkunde Erdgasnetz H 2 Tankstelle Industrie Energie Mobilität Industrie Bild: MS Office 20

21 Was ist Power-to-Gas? 2/2 Power-to-Gas (PtG) Erzeugung eines energiereichen Gases aus Strom (vornehmlich erneuerbar) mittels Elektrolyse, d.h. Wasserstoff (EE-H 2 ) oder via nachgeschalteter Methanisierung unter Zuführung von CO 2 auch synthetisches Methangas (EE- Methan). PtG-Kraftstoffe fester Bestandteil der Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung: PtG CO 2 Methanisierung EE-Methan EE-Anlage EE-Strom Elektrolyse EE-H 2 PtL CO 2 Synthese EE-Benzin, -Diesel, -Kerosin Quelle: LBST, Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie,

22 Ludwig-Bölkow-Systemtechnik, 2013 Power-to-Gas Demoprojektaktivitäten Deutschland Insgesamt 27 deutsche Projekte, davon ca. 8 EE-H 2 - / EE-Methan-Tankstellen ENERTRAG Hybridkraftwerk Prenzlau E.ON Hanse Hamburg Hamburg Reitbrook E.ON Falkenhagen Falkenhagen (Mark) Thüga Demoanlage Frankfurt a.m. Audi Werlte Werlte ETOGAS ZSW Pilotanlage Stuttgart EnBW Wasserstofftankstelle Stuttgart Stromlückenfüller Reußenköge H 2 Herten Herten Wasserstofftankstelle Hafencity Hamburg Windpark RH2-WKA Grapzow Flughafentankstelle BBI Berlin CO2RRECT Niederaußem Landwirtschaftszentrum am Eichhof Bad Hersfeld RWE Demonstrationsanlage Ibbenbüren Ibbenbüren BTU Cottbus Cottbus Hypos Sachsen-Anhalt Eucolino Schwandorf SunFire Power to Liquids Dresden Speichertest für die Energiewende Morbach HyCologne Hürth WESpe Kyritz Ruppiner Heide Kyritz Energiepark Mainz Hechtsheim Ökostromspeicherung Wunsiedel Wunsiedel CEP Tankstelle Total Holzmarkstraße Berlin H 2 move Freiburg ChemCoast Region Unterelbe (Vorüberlegungen) Mit Kraftstoffbezug Quelle: LBST, Mobilitätsund Kraftstoffstrategie,

23 Power-to-Gas Demoprojekt BBI als Leuchtturm PtG-Wind-H 2 Projekt Flughafen Berlin Brandenburg International (BBI) mit ausgeprägter Kopplung Energiespeicherung und Kraftstoffherstellung Partner: Flughafen Berlin Schönefeld Enertrag Total Deutschland 23

24 Erzielbare sektorspezifische H 2 -Preise Höchste erzielbare Preise für Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehrssektor (Benzin/Diesel besteuert, H 2 unbesteuert) Zweite Priorität: Wasserstoff für die Industrie (abhängig von Branche und Anwendung) und Rückverstromung Letzte Priorität auf Einspeisung ins Gasnetz (ohne weitere Maßnahmen) Erzielbare Preise für Wasserstoff in /kg H2 H 2 Herstellkosten (ohne Verteilung/Tankstelle) 3,7 5,8 /kg (Fallstudie LBST) H 2 -Herstellkosten (Strompreis = Null) Quelle: LBST,

25 Übersicht Ludwig-Bölkow-Systemtechnik Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehrssektor in der Chemieindustrie als CO 2 -reduzierter/freier Rohstoff Power-to-Gas Wasserstoff als Bindeglied zwischen Energiesektoren Ausblick Bild: MS Office 25

26 Ausblick H 2 für mobile und Chemieanwendungen Mobile Anwendungen Fahrzeuge technisch nahezu marktreif auch im Winterbetrieb Kostenziele durch Serienproduktion erreichbar Nahezu alle Automobilhersteller planen FCEV-Programme mit wenigen Jahren Zeitunterschied H 2 -Infrastrukturaufbau erfordert unternehmerisch-langfristige Perspektive Finanzierung in Einführungsphase durch öffentlich-private Risikoteilung Verkehr muss Element der deutschen Energiestrategie werden (z.b. MKS) FCEVs in Öffentlichkeit auch emotional anzupreisen (z.b. Tesla) Anwendungen in Chemieindustrie Gradueller Übergang von fossilem zu erneuerbarem Wasserstoff Rohrleitungsinfrastruktur lokal entwickeln (Marktplatz schaffen) und vernetzen (Gasindustrie) Beitrag zur Energiewende durch Großspeicher am Rohrleitungsnetz Unterstützende politische Massnahmen erforderlich (PPP, Strompreis) Bild: MS Office 26

27 Ausblick Power-to-Gas als Bindeglied Neben Kosteneffizienz und REG-Nutzung unterschiedliches Interesse an PtG Verkehr: THG-Emissionen reduzieren; Industrie: Infrastrukturnutzen (Beitrag Energiewende) Synergien liegen in gemeinsamer Energieinfrastruktur, nur intersektoral erschliessbar z.b. dedizierte 100% H 2 -Rohrleitungsnetze um H 2 -Tankstellen, Kopplung von Erdgas- und H 2 -Industrienetz Zeitkonstanten: Für Verkehr müssen Optionen noch detailliert untersucht werden z.b. PtG und PtL in Verkehrssektoren Kurzfristig höchste Erlöspotenziale für H 2 aus negativem Lastmanagement im Verkehr Jedoch: Nutzung von Überschussstrom alleine genügt für Business Case nicht d.h. zusätzliche dedizierte Entwicklung erneuerbaren Stroms erforderlich (z.b. für Verkehr) Zögerliche Investitionsbereitschaft durch Verortung in Langfriststrategien aufhebbar z.b. Vermeidung von Stromnetzengpässen kurzfristig durch Speicher, die sich nur langfristig rentieren Kontinuität seitens der Politik durch verläßliche Rahmenbedingungen z.b. privat-öffentliche Kooperationen und Finanzierungen, Rahmenbedingungen Regionale, nationale und europäische Fördermöglichkeit nutzen, ggfs. bündeln z.b. unterschiedliche industriepolitische Ziele erfüllen: Industrie, KMU, volkswirtschaftlich Bild: MS Office 27

28 Kontakt Dr. Ulrich Bünger +49/89/ Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH Daimlerstr München/Ottobrunn Web: 28