Wasserstoff-Methan-Mobilität

Transkript

1 14. Automotive Day, Bern, Wasserstoff-Methan-Mobilität Patrik Soltic Abteilung Verbrennungsmotoren

2 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich: von der «Stromlücke» zur «Speicherlücke» Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich von Schadstoff- zu CO 2 Emissionen Fahrzeugtechnologien Zusammenfassung

3 Mega-Trend im Energiebereich Die Energiewende Ausstieg aus der Atomenergie Trend Schweiz (+Deutschland): Atomausstieg CH-Ziele (Stromverbrauch 2012: ca. 60 TWh): 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 Trend USA: Gas Trend China: Kohle

4 Mega-Trend im Energiebereich Stark fluktuierende Energieströme (Sonne + Wind) Photovoltaik Windenergie Beispiel: 10.4 TWh Photovoltaik, 4 TWh Wind PV ca. 1.1 Mio x 10 kwp-anlagen oder x 1 MWp Anlagen Wind ca x 2 MWp Anlagen (Rotordurchmesser ca. 90m) Zusammen 13 GWp installierte Leistung = 13 x KKW Gösgen mit stochastischer Produktion! Durch PV extremer Überhang im Sommerhalbjahr (entgegen Konsum) Ergibt ca TWh Überschuss-Elektrizität (Quelle: Prognos) Speicherung von erneuerbarem Strom wird zur neuen «Mammutaufgabe»

5 Mega-Trend im Energiebereich Speichermöglichkeiten Pumpspeicherkraftwerke CH: Kapazität ca. 1.6 TWh (Ausbaumöglichkeiten unklar) (Jährlicher Stromverbrauch Schweiz ca. 60 TWh) Wirkungsgrad ca. 75% Businesscase für saisonale Speicherung? Genug Wasser im tiefen Level (Untersee, Fluss) verfügbar? Zentrale Lösung = Hohe Belastung für das Stromnetz, Ausbau notwendig Investitionskosten (Pumpspeicher) ca. 100 CHF/kWh input (100 MioCHF/TWh input ) Foto: Nantes de Drance

6 Mega-Trend im Energiebereich Speichermöglichkeiten Druckluftspeicher (isotherm) Businesscase für saisonale Speicherung? Kosten? Wirkungsgrad max. 70% Eher zentral = hohe Belastung für das Stromnetz Kapazitätsabschätzung D: ca. 3.5 TWh (Kavernenspeicher), Potenzial CH unklar Quelle: BINE Informationsdienst

7 Mega-Trend im Energiebereich Speichermöglichkeiten Elektrochemische Speicher (Batterien) Kosten ca fach höher als Pumpspeicher Saisonale Speicherung mit Redox-Flow Batterien Wirkungsgrad ca. 75% Ressourcen? Risiken? Dezentrale oder zentrale Lösung möglich z.b. Langzeitspeicherung in Japan: Redox-Flow 60 MWh Investition 180 Mio CHF (3 000 CHF/kWh, 3 MiaCHF/TWh) z.b. Kurzzeitspeicher EKZ: Lithium-Ionen 500 kwh Investition 2 Mio CHF (4 000 CHF/kWh, 4 MiaCHF/TWh)

8 Mega-Trend im Energiebereich Speichermöglichkeiten Chemische Speicher («Power-to-Gas») Saisonale Speicherung (im Gasnetz oder in Speichern) Wirkungsgrad 70% (Power-to-H 2 ) bzw. 40% (Power-to-Methan) Dezentrale oder zentrale Lösungen möglich Potenzial D: H TWh, Methan 500 TWh (Potenzial CH unklar) Power-to-H 2 (ohne Speicher, zentral) Invest ca. 2.2 CHF/kWh input, 2.2 MioCHF/TWh input Power-to-H 2 (mit Speicher, zentral) Investition ca. 2.5 CHF/kWh input, 2.5 MioCHF/TWh input Investitionskosten dezentral: etwa doppelt (dafür weniger Invest ins Stromnetz) Power-to-Methan (Speicherung im Erdgasnetz): Invest ca. +30% ggü. H 2

9 Mega-Trend im Energiebereich Situation Deutschland Quelle: DVGW Speicherkapazität Das Gasnetz hat das Potenzial, zum wichtigsten und grössten Speicher erneuerbarer Energien aus Wind, Sonne und Biomasse zu werden. Nutzung vorhandener Infrastruktur (Gasnetz, Gasspeicher, Gastankstellen) Und selbstverständlich last but not least: fossiles Erdgas in sehr kostengünstig und in enormen Mengen verfügbar Verwendung von Gas dämpft Verwendung von Kohle

10 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich: von der «Stromlücke» zur «Speicherlücke» Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich von Schadstoff- zu CO 2 Emissionen Fahrzeugtechnologien Zusammenfassung

11 Mega-Trend in der Mobilität CO 2 -Reduktion der Neuwagenflotte Bis vor ca. 10 Jahren: gesetzlicher Fokus auf Schadstoffreduktionen, heute sind moderne Autos fast schon «Luftreinigungsmaschinen» Bis ca. 2008: freiwillige CO 2 Abmachungen mit der Autoindustrie EU: verbindliche CO 2 Grenzwerte 130 g/km* gestaffelte Einführung (12: 65%, 13: 75%, 14: 80% der Neuwagen) Sonderregelung für kleine Hersteller ( < Fzg. in der EU -komplette Befreiung möglich), aktuell z.b. Lotus, Isuzu, Cadillac, Ferrari, Aston Martin, Lada Sonderregelung für kleine Hersteller ( Fzg. in der EU) Verringerung um 25% gegenüber 2007), aktuell z.b. Subaru, Tata, Jaguar, Land Rover, Mazda, Suzuki Supercredits für Fahrzeuge unter 50 g/km (werden mehrfach gezählt) 5% CO 2 -Bonus für E85-Fahrzeuge Für Elektrofahrzeuge wird die CO 2 -Intensität Stromproduktion ignoriert, sie werden mit 0 g/km CO 2 bewertet (!) Heftige Strafzahlungen, wenn die Grenzwerte nicht eingehalten werden (ab pro Fahrzeug und pro g/km zu viel) * Verordnung (EG) Nr. 443/2009 des Europäischen Parlament und des Rates vom 23. April 2009 CH: Verordnung über die Verminderung der CO2-Emissionen vom (speziell in CH: Erdgasfahrzeuge: -10% CO2 für den anrechenbaren biogenen Gasanteil)

12 Mega-Trend in der Mobilität CO 2 -Reduktion der Neuwagenflotte (CH)

13 Mega-Trend in der Mobilität CO 2 -Intensität der Treibstoffe -9% -12% -25% fossile Primärenergie

14 Mega-Trend in der Mobilität Das Bild heute CH g/km, kg Benzin-Hybride Erdgasfahrzeuge modernste Dieselfahrzeuge Plug-in Hybride Quelle: Auto-Schweiz (2012)

15 Mega-Trend in der Mobilität Das Schlupfloch des Gesetzes: Strom gilt CO 2 -frei Im NEFZ, ohne Nebenverbraucher Sobald ein Auto vom Stromnetz geladen werden kann, kann man auf dem Papier phantastisch tiefe CO 2 Emissionen erreichen Dieser Trick gilt nicht für autarke Hybride (das sind Hybride, welche nie an die Steckdose müssen)

16 CO 2 Reduktion in der «echten Welt» Wichtig sind Mittelklasse-Personenwagen/Vielfahrerfahrzeuge Mittelklasse-PWs: 50% der PW-Flotte Quelle: ASTRA/Mofis, auto-schweiz 2012 Vielfahrer: 25% der PWs fahren > km/a und erbringen so 50% der Fahrleistung (> 50% der CO 2 -Emissionen). Quelle: Janssen, Lienin (ATZ 2005)

17 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich: von der «Stromlücke» zur «Speicherlücke» Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich von Schadstoff- zu CO 2 Emissionen Fahrzeugtechnologien Zusammenfassung

18 Fahrzeugtechnologien Mittelklasse: Effizienz + «low carbon fuel» - CLEVER Projekt Materials Sci ence & Technolog y BAFU Neue Brennverfahren für Erdgasmotoren Grundlagen für Erdgas-Hybridfahrzeuge Bau eines Funktionsmusters mit +/- verfügbaren/bezahlbaren Teilen (d.h. nicht in allen Fällen optimale Lösungen möglich)

19 Fahrzeugtechnologien Mittelklasse: Effizienz + «low carbon fuel» - CLEVER Projekt Eigenbau 1.4 TSi Ecofuel 20 kw Schaltgetriebe

20

21 Fahrzeugtechnologien CLEVER: 40% CO 2 Reduktion low carbon fuel Mehrmasse, zusätzliche drehende Teile Wirkung Hybridantrieb Fossiler Anteil weiter absenkbar durch regenerativ erzeugtes Methan

22 Fahrzeugtechnologien Einsatz von Wasserstoff: sinnvolle Pfade direkte Wandlung in PEM Brennstoffzellen Zumischung ins Erdgas Aufgrund der notwendigen Tankinfrastruktur: sinnvoll in «Back-to-Base» Anwendungen Wandlung im Verbrennungsmotor: Effizienzsteigerung z.b. «hy.muve» Kommunalfahrzeug (Empa, PSI, Bucher Schörling) z.b. Serien Erdgasfahrzeug mit 9% H 2 -Zumischung: 12% CO 2 Absenkung

23 Inhalt Der «Mega-Trend» im Energiebereich: von der «Stromlücke» zur «Speicherlücke» Der «Mega-Trend» in Fahrzeugbereich von Schadstoff- zu CO 2 Emissionen Fahrzeugtechnologien Zusammenfassung

24 Zusammenfassung Langzeitspeicherung von erneuerbaren Energien (riesige Peak- Leistungen) wird zum Knackpunkt neuer Energiestrategien Das Gasnetz könnte in Zukunft zum wichtigsten Speicher erneuerbarer Elektrizität werden und bietet grosse energetische und aufgrund der hohen Wertschöpfungspotentiale grosse Umsetzungspotentiale Nicht der Antrieb entscheidet, ob ein Fahrzeug sauber und nachhaltig ist, sondern der Treibstoff Die CO 2 -Gesetzgebung für Fahrzeuge wird die Antriebstechnologien stark beeinflussen und verändern Gasförmige Treibstoffe weisen ein grosses und ehrliches CO 2 - Reduktionspotential auf Methan als Primärenergie und als Energieträger hat eine sehr langfristige Perspektive

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dank an die KollegInnen: Christian Bach Michael Bielmann Kontakt: