Erdgas/Biogas-Wasserstoffgemisch als Treibstoff der Zukunft. Christian Bach Abteilungsleiter Verbrennungsmotoren

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1 Erdgas/Biogas-Wasserstoffgemisch als Treibstoff der Zukunft Christian Bach Abteilungsleiter Verbrennungsmotoren

2 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich Der Power-to-Gas-Ansatz Mobility Demonstrator an der Empa Zusammenfassung

3 Mega-Trend im Energiebereich Die Energiewende Ausstieg aus der Atomenergie 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

4 Mega-Trend im Energiebereich 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

5 Mega-Trend im Energiebereich Stromspeicherung Elektrizitätsspeicherung: PSK-Annahmen: - Kapazität: 200 GWh - Business Case für saisonale Speicherung ist möglich PSK-Speicherung: TWh Erforderliche Speicher- Kapazität für 95% Überschusselektrizität: TWh

6 Mega-Trend im Energiebereich Alternative zur Speicherung: Abregeln 127 GWh könnten mit heutigen Elektrolyseuren (η=55%) in t H 2 umgewandelt und ohne weitere verlustbehaftete Umwandlung energetisch genutzt werden. Rund 127 GWh Windstrom gingen ( ) verloren, weil Windräder abgeregelt wurden. ( ). H 2 -Produktionskosten: heute: ~25 Rp/kWh (η Elektrolyseur =55%) : ~15 Rp/kWh (η Elektrolyseur =75%) (Quelle: DLR)

7 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich Der Power-to-Gas-Ansatz Mobility Demonstrator an der Empa Zusammenfassung

8 Mega-Trend in der Mobilität CO 2 -Reduktion der Neuwagenflotte Fahrzeuge mit hohem Marktanteil sind ausschlaggebend!

9 CO 2 -relevanteste Zielgruppen Mittelklasse-Personenwagen und VielfahrerInnen Mittelklasse-PWs: 50% der PW-Flotte Quelle: ASTRA/Mofis, auto-schweiz 2012 VielfahrerInnen: 20% der PWs fahren > km/a und erbringen so 44% der Fahrleistung (bzw. der CO 2 -Emissionen). Quelle: Janssen, Lienin (ATZ 2005)

10 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 ) Touran 1.4 TSI Benzin: 173 g CO 2 /km -40 CO 2 Touran 1.4 TSI CNG/Hybrid: 105 g CO 2 /km BFE BAFU

11 Wasserstoff-Hybridantriebe (hy.muve) Off-Highway-Fahrzeuge verbrauchen 15% der Treibstoffe Kommunalfahrzeug + Brennstoffzellenantrieb Emissionsfreier und lärmarmer Einsatz in sensiblen Zonen (Fussgängerzonen, Hallen, nächtlicher Einsatz) 50-70% niedrigerer energetischer Verbrauch möglich Türöffner für Wasserstoffantriebe in der Praxis Onex-Genf

12 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

13 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich Der Power-to-Gas-Ansatz Mobility Demonstrator an der Empa Zusammenfassung

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) (~1.8 Mio Fahrzeuge!) 50% Methan 50% CO 2

15 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich Der Power-to-Gas-Ansatz Mobility Demonstrator an der Empa Zusammenfassung

16 Future Fuel for Mobility Demonstrator E-, H 2 und HCNG-Anlage Arbeitspakete: Intelligente Regelung (Berücksichtigung Meteodaten) Dynamische Elektrolyse Dynamische H 2 -Verdichtung HCNG Mischung/ Messung Praxis- Erprobung

17 FutureFuel for Mobility Demonstrator E-, H 2 und HCNG-Anlage Zusammenarbeit mit PSI, ETHZ, EPFL und zhaw. Arbeitspakete der Empa: Realisierung einer PV, Ely, H 2 -Verdichter, H 2 /HCNG- Anlage (Demonstrator) Entwicklung einer Anlagensimulation Entwicklung H 2 /CNG-Mischstation Praxiserprobung von HCNG- Fahrzeugen mit Katalysatorund Ölalterungsstudien Untersuchung der Zündung mittels Zündfunkenspektroskopie

18 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich Der Power-to-Gas-Ansatz Mobility Demonstrator an der Empa Zusammenfassung

19 Zusammenfassung Gasförmige Treibstoffe harmonisieren sehr gut mit der Energiestrategie des Bundes und den CO 2 -Zielen der Mobilität. Die Energiestrategie wird die Energiebereitstellung und Stromzwischenspeicherung stark beeinflussen und verändern. Die CO 2 -Gesetzgebung für Personen-/Lieferwagen wird die Antriebstechnologien stark beeinflussen und verändern. 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.

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