Alternative Energieträger der Zukunft

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1 Alternative Energieträger der Zukunft Vortragsreihe MINT bei Technik verbindet des VDI in Wolfsburg Konzernforschung Antriebe, Kraftstoffe (K-EFAB/K)

2 Agenda 1. Antriebs- und Kraftstoffstrategie von Volkswagen 2. Pfade der Herstellung alternativer Kraftstoffe Basis Pflanzenöl Basis Glucose Basis Synthesegas Basis grüner Strom 3. Ausblick 2

3 Agenda 1. Antriebs- und Kraftstoffstrategie von Volkswagen 2. Pfade der Herstellung alternativer Kraftstoffe Basis Pflanzenöl Basis Glucose Basis Synthesegas Basis grüner Strom 3. Ausblick 3

4 Antriebs- und Kraftstoffstrategie CO 2 -neutrale Elektrizität Brennstoffzelle konventionelle Elektrizität konventionelle Kraftstoffe Batteriefahrzeuge Plug-In-Hybride Hybridantriebe CO 2 -neutrale und nachhaltige Mobilität CO 2 -neutrale Kraftstoffe (flüssig, gasförmig) Verbrennungsmotor 4

5 Anteil Biokraftstoffe Deutschland Gesamtkraftstoffverbrauch Deutschland: 53 Mio. t Ziele des Biokraftstoff- Quotengesetzes ( , Dtl.): Energetischer Anteil Biokraftstoffe: 2010: 6,25 % 2020: 10 %

6 Unterscheidung von Biokraftstoffen Konventionelle Biokraftstoffe Diesel: Biodiesel (Raps) Otto: Ethanol (Weizen, Zuckerrüben) Zukünftige Biokraftstoffe: SunFuel Diesel: Biomass to Liquid Otto: Zellulose-Ethanol z.b. Iogen Sungas : Biogas Hohes CO 2 -Reduktionspotential Keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion Hohe Hektarerträge

7 CO 2 -Reduktionspotential Biokraftstoffe Erneuerbare Energien Richtlinie: WtW CO 2 -Reduktionen Nahrungsmittel (Zucker, Stärke, Öl) Reststoffe, Zellulose CO 2 -Grenzwerte: 100% 90% CO 2 -Reduktionspotentia al [%] 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% neue Prozesse ab % CO 2 -Reduktion Zukünftige Prozesse - 50% CO 2 -Reduktion heutige Prozesse % CO 2 -Reduktion Stand der Technik CO 2 -optimiert 0% Ethanol Biodiesel Hydriertes Biogas Ethanol Pflanzenöl (Weizenstroh) BtL (Holz)

8 Einteilung von Biokraftstoffen anhand der Konkurrenzsituation Typ Beispiele Keine Konkurrenz zu Biomasse Fläche Nahrung Evolutionspfad von Biokra aftstoffen Umwandlung/Nutzung von Zucker, Stärke und Öl Umwandlung von Zellulose Umwandlung von Zellulose auf Reststoffbasis durch Algen/Bakterien/Hefen Grüner Strom als Basis Kohlenwasserstoffe aus modifizierter Photosynthese Ethanol aus Zuckerrüben Ethanol aus Getreide HVO* aus Pflanzenöl Biogas aus Grassilage Diesel aus Holz Ethanol aus Stroh Diesel aus Stroh Diesel aus Restholz E-Gas *HVO Hydrotreated Vegetable Oil 8

9 Neue Definition von SunFuel Definition SunFuel ist Volkswagens Bezeichnung für reine Biokraftstoffe und synthetisch herstellte Kraftstoffe mit folgender Definition: Erfüllung der EU-Nachhaltigkeitskriterien und CO 2 -Reduktion 60% Kraftstoffqualität, die mit vorhandener oder absehbarer Antriebstechnologie kompatibel ist 9

10 Agenda 1. Antriebs- und Kraftstoffstrategie von Volkswagen 2. Pfade der Herstellung alternativer Kraftstoffe Basis Pflanzenöl Basis Glucose Basis Synthesegas Basis grüner Strom 3. Ausblick 10

11 Herstellpfade alternativer Energieträger Quelle/Rohstoff Zwischen-Energieträger Energieträger für Mobilität Pflanzenöl Benzin und Diesel Synthesegas Sonnenenergie Glukose Gas grüner Strom Batterie und Brennstoffzelle 11

12 Kraftstoff auf Basis von Pflanzenölen Herstellprozess Biodiesel Kraftstoff Raps, Palm, Soja Ölpressen Pflanzen- Öl Feststoffabtrennung Methanol Veresterung Aufbereitung Diesel HVO

13 Kraftstoff auf Basis Biomass to Liquid Herstellprozess Diesel Teerhaltiges Gas Niedertemperaturvergasung Hochtemperaturvergasung Sauerstoff Synthesegas Fischer -Tropsch- Synthese SunDiesel Holz, Stroh, Energiepflanzen Biokoks Chemisches Quenchen Gasreinigung Aufbereitung Design- Kraftstoff

14 Biogene Kraftstoffe auf Basis von Glukose Lignozellulose Fermentation Biomethan Langstreckenmobilität Sonnen- energie Stärkepflanzen Glukose Fermentation Butanol Fermentation Ethanol Zuckerpflanzen Fermentation / Katalyse Benzin- / Dieselsubstitut 14

15 Biokraftstoffe auf Basis von Glucose Mikrobiologische Grundlagen Prokaryoten: ohne Zellkern 0,1 10 µm DNA Plasmid Zellplasma Eukaryoten: mit Zellkern µm Zellkern (DNA) Chloroplast (Photosynthese) Endoplasmatisches Retikulum (Eiweißsynthese) Mitochondrium (Energiestoffwechsel) Bakterien (z.b. Escherichia Coli, Cyanobakterien) Diverse Algen Rot-, Grünalgen Pflanzen Pilze (Hefe) Tiere (Mehrzeller) Existenzbeginn: Zellkern Mitochondrium Chloroplast Chloroplast

16 Biokraftstoffe auf Basis von Glucose Herstellprozess Ethanol Zucker liegt direkt als Molekül vor Zuckerpflanzen (z.b. Zuckerrohr, Zuckerrübe) 6 C-Atome Stärke (z.b. Weizen) ~ 200 C-Atome CH 2 OH O Zuckermolekül muss aus Kette gelöst werden O O O O + O O O Glukose (C 6 ) Fermentation Aufbereitung Ethanol CH 2 OH O O O O O O O + Lignozellulose (z.b. Stroh) ~ C-Atome O O O O O O O O O Zuckermoleküle (C 6 und C 5 ) müssen komplex aus Kette gelöst werden +

17 Biokraftstoffe auf Basis von Glucose Herstellprozess Ethanol Vorbehandlung Feststoff Abtrennung Zuckerpflanzen (z.b. Zuckerrohr, Zuckerrübe) 6 C-Atome Fermentation Aufbereitung Ethanol Vorbehandlung Enzymatische Hydrolyse Feststoff Abtrennung Stärke (z.b. Weizen) ~ 200 C-Atome Lignozellulose (z.b. Stroh) ~ C-Atome Vorbehandlung meist mit Säure Handelsübliche Enzyme Spezielle Enzyme Enzymatische Hydrolyse Lignin Abtrennung Glukose (C 6 ) Neue Ansätze: Mikrobiologische Verfahren zu dieselkompatiblen Kraftstoffen

18 Agenda 1. Antriebs- und Kraftstoffstrategie von Volkswagen 2. Pfade der Herstellung alternativer Kraftstoffe Basis Pflanzenöl Basis Glucose Basis Synthesegas Basis grüner Strom 3. Ausblick 18

19 Biogene Kraftstoffe auf Basis von grünem Strom Überblick Biomasse + FT-Synthese Benzin / Diesel Langstreckenmobilität Solar Elektrolyse Wasserstoff + Methanisierung Erdgas Sonnenenergie Wind grüner Strom Batterie Kurzstreckenmobilität Wasser Geothermie Stromspeicher Nutzung Druckluftspeicher Pumpspeicher Stromnetz

20 Biogene Kraftstoffe auf Basis von grünem Strom Globale Potenzialgebiete für Regenerative Energien mittlere Direktstrahlung > 250 W/m² mittlere Windgeschwindigkeit > 8 m/s mittlerer Niederschlag > 3000 mm Quelle:

21 Biogene Kraftstoffe auf Basis von grünem Strom Windfluktuation / Notwendigkeit für Stromspeicher Angebot und Nachfrage (möglicher Ausbau 2020) Infrastruktur / Transport (2015) Quelle: J. Hentschel, intern Quelle: DENA Netzstudie II Die Betriebsstunden für Stromspeichertechnologien werden durch Angebot und Nachfrage und die Infrastruktur beeinflusst.

22 Agenda 1. Antriebs- und Kraftstoffstrategie von Volkswagen 2. Pfade der Herstellung alternativer Kraftstoffe Basis Pflanzenöl Basis Glucose Basis Synthesegas Basis grüner Strom 3. Ausblick 22

23 Herstellpfade für alternative Energieträger Kraftstoffe Biomasse Einlagerung Erdöl, Erdgas Benzin, Diesel, Gas Ottomotor Sonnenenergie Biomasse Sunfuel Tankstelle Dieselmotor Gasantrieb Strom Biomasse Einlagerung Kohle, Erdöl, Erdgas Strom Batteriefahrzeug Sonnenenergie Biomasse & regenerative Energiequellen Grüner Strom Stromnetz Brennstoffzelle* * über Elektrolyse 23

24 Mögliche Entwicklung nachhaltiger Energien im Automobilsektor ICE Hybrid Energie (10 00 %) Konventionelle Kraftstoffe Kurzstreckenmobilität PlugIn Range Extender BEV Biokraftstoffe Elektrizität FCEV Langstreckenmobilität Zeit 24

25 Vielen Dank!