Power to Gas: Mobilität als Teil und Treiber der Energiewende

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1 Power to Gas: Mobilität als Teil und Treiber der Energiewende dena Parlamentarischer Abend, Berlin, 19. Februar 2014 Reinhard Otten Nachhaltige Produktentwicklung AUDI AG

2 Power-to-Gas-Anlage Audi (Werlte, Emsland) Elektrolyseure (3 x 2 MW) Methanisierungseinheit

3 Überblick Audi e-gas-anlage

4 Layout der Audi e-gas Anlage in Werlte, Niedersachsen

5 Kopplung von Strom- und Erdgasnetz Erste praktische Umsetzung von PtG in Werlte (Emsland) E-Fahrzeuge BEV, PHEV Brennstoffzellenfahrzeuge FCEV Erdgasfahrzeuge CNG A3 g-tron Smart Grid Wasser t H 2 O e-gas-anlage Sauerstoff t O 2 Strom Elektrolyse H 2 -Tank CO 2 -Tank H t H t CO 2 Methanisierung CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O Gasnetz ~1.000 t CH 4 CO 2 aus Biogasanlage, Abfall Wasser t H 2 O Gasspeicher *alle Werte pro Jahr Stromerzeugung KWKK

6 Power-to-gas: Koppelung von Energie- und Mobilitätssektor Funktionsprinzip Audi e-gas Projekt woher stammt das CO 2? E-Fahrzeuge BEV, PHEV Strom H 2 Smart Grid CH 4 Elektrolyse Methanisierung CH 4 Audis erste Anlage: CO 2 aus Biogasanlage CO 2 g-tron Gasnetz: Industrie; Haushalte CO 2 könnte auch aus anderen Quellen kommen (Klärwerk, Zement-, Stahlindustrie, Gaskraftwerk ) bio CH 4 Gaskraftwerk CH 4

7 [kw] [Nm³/h] Anfahrprozess des Elektrolyseurs Elektrische Leistung am Elektrolyseur H2_Produktion Poly. (H2_Produktion) Sekunden

8 % [Nm³/h] Gasqualitäten bei Anfahrt des Methanisierungsreaktors Messung am Methanisierungsreaktorausgang e-gas Einspeisung CH4_Konzentration H2_Konzentration CO2_Konzentration Prüfung_CH4 Prüfung_H Sekunden

9 Learning by doing: Nutzung Abwärme in Biogasanlage Das Wärmemanagement besteht aus zwei Kreisläufen, einem Hochtemperaturkreis mit 170 C und einem Niedrigtemperaturkreis mit 90 C Wärmequellen sind im Betrieb die Elektrolyseurkühlung, Produktgaskühlung und der Methanisierungsreaktor Wärmesenken sind die Hygienisierung der Biogasanlage, die Aminwäsche und die Fermenterbeheizung Im Standby-Betriebszustand dient die Kesselanlage (Brennstoff: Rohbiogas) als Wärmequelle für das gesamte System

10 Motivation Audi mit welchen Lösungen begegnen wir den Herausforderungen?

11 Unser Ansatz: Ganzheitliche Betrachtung aller Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus Nutzung 20 Herstellung Kreislaufgedanke Recycling Anteil CO 2 -Aufkommen im gesamten Lebenszyklus am Beispiel A3 TDI über 200Tkm

12 Ein Vergleich der CO 2 -Bilanzen (LCA, km) eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor bzw. Elektro-Antrieb Diesel: 4,1 l/ 100 km Verbrennungsmotor ~ 20 % ~ 80% < 1% Herstellung Nutzung (well-to-wheel) Recycling Elektroantrieb besser schlechter ~ 25 % ~ 72% ~3% ~ 45 % ~ 80 % ~ 10% ~ 10% ~ 50% ~ 5% Annahme: Fahrzeug der Kompaktklasse Laufleistung: km Ottomotor: 5,5 l / 100 km E-Antrieb: 15 kwh / 100 km Ein ökologischer Vorteil des Elektroantriebs ergibt sich bei Verwendung regenerativer Energien. Im Sinne der E-Mobilität sollte der Ausbau der Erneuerbaren Energien zügig voranschreiten. 5

13 Audi A3 g-tron: ~20g CO 2 /km mit Audi e-gas (well-to-wheel) 3,2 3,3 kg/100 km (88-92 g/km), je nach Getriebe Reichweite Erdgas: > 420 km Reichweite Benzin: > 900 km Produktionsbeginn Dezember 2013 Gastanks Audi A3 g-tron Verkaufspreis Deutschland: EUR

14 Mit Audi e-gas betriebene CNG-Fahrzeuge sind in der Gesamtbilanz der THG-Emissionen so gut wie windbetriebene E-Autos, aber nicht so effizient CO 2 -Äquivalent* [g/km] 168 Kraftstoffproduktion (well-to-tank) Kraftstoffverbrauch (tank-to-wheel) Fahrzeugproduktion % CO 2 (well-to-wheel) ~ Fossiler Treibstoff (Benzin) * g CO 2 -Äq/km über km 21 Fossiler Treibstoff (CNG) Biogas (Mais) ~ e-gas (Windenergie) BEV (EU-Mix) BEV (Windenergie)

15 Warum eigentlich Power-to-Gas? Deutschland bei 78% EE

16 Welche Probleme und Wünsche beim Ausbau der Erneuerbaren Energien gibt es? Probleme: - Instabilitäten im Netz - Energieverluste (Abschalten von Windrädern, PV Wirkungsgrad 0%) - Preisverfall an der Strombörse, Anstieg EEG-Umlage - Heutige Speicher mit geringer Kapazität, können nur Strom zu Strom am selben Ort - Wünsche (NGOs, Kommunen, ): - Dezentralisierung der Energieversorgung (Bürgerbeteiligung, mehr Markt) - Regionale Autarkie (evtl. weniger Effizienz, aber mehr Stabilität im Gesamtsystem durch Redundanzen möglich)

17 Eingespeiste Leistung MW Marktpreis /MWh Steigt die EEG-Umlage, wenn PtG nicht als Letztverbraucher gilt? Struktur der Stromerzeugung in 2022 bei 55 % EE nach stündlichen Marktpreisen sortiert mit Berücksichtigung des Netzausbauplanes und des Ausbaus der Speicher GW PtG Nutzung Überschuss-EE Daten aus der IAEW Studie II ohne Kernkraft Laufzeit PtG 3.720h Stunden h Exportvermeidung EEG-geförderten Stroms Braunkohle ist Grundlast- kraftwerk Speicher (Aus) Import KWK Erdgas Speicher (Ein) Steinkohle Export Braunkohle Nachfrage Marktpreis Quelle: Studie des IAEW II der RWTH Aachen vom PtG wird EE-Überschussstrom nutzen und Export von EEG-gefördertem Strom verringern. EEG-Umlagezahlungen gehen kaum verloren, außerdem wird wg. PtG in Zeiten schwacher Nachfrage die Differenz des Strompreises zur EEG-Vergütung sinken und damit die EEG-Umlage!

18 Mit Audi e-gas lösen wir Probleme von heute und morgen und sind zentraler Teil und Treiber der Energiewende Heute Morgen CO 2 -neutrale Mobilität auf der Langstrecke Energiewende (Speicher erneuerbarer Energien, Stabilisierung des Stromnetzes)

19 Wie kann es gelingen, diese Technologie auf den Weg zu bringen? Erfahrungen mit der Technik sammeln durch konkrete Umsetzung in der Systemlandschaft (Bsp MW) schon ab sofort! Erforschung der Systemauswirkungen (Elektrizität, Verkehr, Wärme) durch Forschung an diesen Anlagen im System Letztverbraucherstatus der ersten PtG-Anlagen (bis 1 GW) aufheben Anrechenbarkeit von EE-Gas (Wasserstoff, Methan) auf die Biokraftstoffquote auch in Deutschland umsetzen

20 Fazit Eine nachhaltige Elektromobilität erfordert einen zügigen EE-Ausbau Power-to-Gas wird für ein nachhaltiges Energiesystem (inkl. Verkehr) eine wichtige Rolle spielen Die Mobilität ist heute die Lokomotive für die Entwicklung der Technologie Die konkrete Anwendung von Audi in Werlte zeigt vielfältige Synergien und Optimierungsmöglichkeiten auf Im Bereich Mobilität ist PtG nicht der goldene Weg aber als Partner der Elektromobilität eine Option mit hohem Potential und großer Flexibilität PtG ist ein Türöffner für erneuerbaren Wasserstoff Gesetzliche Blockaden für den Einstieg in die Technologie sind zu entfernen Noch gibt es in Deutschland bei PtG einen Vorsprung durch Technik

21 Vielen Dank! Reinhard Otten, Nachhaltige Produktentwicklung, Audi AG