Reinhard Otten Strategie e-gas-projekt

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1 PtG-Nutzungspfad Mobilität erneuerbare Energien für zukunftsfähige Verkehrssysteme nutzbar machen Reinhard Otten Strategie e-gas-projekt dena Strategieplattform Power to Gas Berlin, 13. Juni 2012

2 Drei wichtige Ziele von Audi balanced mobility Ganzheitlicher Ansatz der Nachhaltigkeit ( Wir schauen nicht nur auf den Auspuff ) Zubau von erneuerbaren Energien statt Wegnahme bestehender Kontingente Vorreiterrolle und Initiative, die Mut beweist (Vorsprung durch Technik) Audi wird in den nächsten Jahren in entsprechende Projekte investieren. I/EG-82,

3 Auf dem Weg zu einem 100% EE-System ist Strom nur 1/5 des Problems Gesamtenergieverbrauch Deutschland, 2008; Gesamtverbrauch 3440 TWh Strom Prognose: Energieverbrauch Pkw- Verkehr (D, EU) weiter rückläufig, insgesamt durch Anstiege bei Güterverkehr und Luftfahrt aber deutlich steigend 18% 41% Wärme Große Einsparpotentiale durch bauliche Maßnahmen, Nutzung von Sonnenenergie und anderer regenerativer Energien Mobilität 21% 20% Quelle: BMWi Industrie

4 Wachsende Anforderungen und veränderte Rahmenbedingungen zwingen uns alle zum Umdenken Umwelt Ressourcen Gesellschaft Markt/Wettbewerb Klimaveränderung (Treibhausgase, CO 2, ) Gesetzgebung Verknappung fossiler Energiequellen und Rohstoffe Verfügbarkeit und Versorgungsrisiko Steigendes Umweltbewusstsein Urbanisierung & Globalisierung Elektromobilität Internationale Anforderungen 1

5 Bei Audi betrachten wir dazu den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeuges im Rahmen einer Umweltbilanzierung Recycling Herstellung Nutzung Die Betrachtung des gesamten Lebenszyklus ist notwendig, um Nachhaltigkeit glaubwürdig umzusetzen 3

6 Umweltbilanz bei Audi Bilanzierungsrahmen der Gesamtfahrzeugbilanz Was ist eine Umweltbilanz? Herstellung Rohstoff Halbzeug Bauteil well-to-tank Förderung Pipeline Transport Raffination Krafstoffbereitstellung Bilanzgrenze Energie- und Rohstoffrückgewinnung Produktion Nutzung (tank-to-wheel) Recycling Input Energie Rohstoffe Output Emission Abfall

7 Exkurs: Ein Vergleich der CO 2 -Bilanzen eines Verbrennungs- vs. Elektromotors zeigt die Notwendigkeit regenerativer Energien 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 nur bei Verwendung regenerativer Energien. Gleichzeitig nimmt die Bedeutung der CO 2 -Emissionen in der Herstellungsphase zu. 5

8 Wichtigste Bausteine zur CO 2 neutralen Mobilität sind alternative Antriebskonzepte und neue Kraftstoffe CO 2 -neutrale Elektrizität konventionelle Elektrizität konventionelle Kraftstoffe mit Biomasse ohne Biomasse CO 2 -neutrale Kraftstoffe CO 2 -neutrale & nachhaltige Mobilität e-gas project ca. 150 g 120g 95g 70g? 0 g? CO 2 Quelle: Biokraftstoffe für nachhaltige Mobilität heute und morgen, Dr. Lösche-ter Horst, geändert 8

9 Audi e-trons Audi beteiligt sich an einem Offshore-Windpark in der Nordsee mit 4 eigenen Windkrafträdern Erzeugung von etwa 50 GWh erneuerbarem Strom pro Jahr (= Bedarf einer Mittelstadt mit Einwohnern) Was passiert mit dem Strom, der nicht direkt gebraucht wird?

10 Residuallast [GW] Simulation Stromnetz Deutschland bei 78% Anteil erneuerbarer Energien Defizit Residuallast bei idealem Netzausbau -80 Überschüsse: - 187,7 TWh -100 Überschuss Defizite: 43,5 TWh -120 Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Quelle: Simulation Fraunhofer IWES 2010 Mit dem Ausbau von Wind- und Solarenergie entstehen in ganz Deutschland signifikante Stromüberschüsse, lokal gibt es diese schon heute

11 Speicherkapazitäten in Deutschland Pumpspeicher, Batterien: ca. 0,04 TWh el Versorgung Deutschland: < 1 Stunde E-Mobilität: max. 45 Mio. 10 kwh el 0,45 TWh el Versorgung Deutschland: 6 Stunden Gasnetz: 220 TWh th ~ ca. 130 TWh el Versorgung Deutschland: 2 Monate Das Gasnetz kann die Energie in Form von Methan speichern und auch wochenlang Überschüsse aufnehmen

12 Residuallast [GW] Eine regenerative Energieversorgung hat einen sehr großen Speicherbedarf trotz idealem Netzausbau Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW; Meteorol.-Jahr 2007) Defizit Überschuss Kapazität und Leistung Gasspeicher heute -120 Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Gasspeicher haben mehr als die 3000-fache Kapazität aller Pumpspeicher Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute Überschüsse: - 187,7 TWh Defizite: 43,5 TWh

13 Audi baut die weltweit erste funktionale PtG-Anlage im MW-Maßstab

14 Warum baut ein Automobilhersteller eine solche Anlage? Elektromobilität gesamthaft denken Audi sorgt im Hinblick auf die E-Mobilität für zusätzlichen Ökostrom im Netz, stellt sich aber auch den Herausforderungen (z.b. Fluktuation Wind und PV) e-gas = Biokraftstoff mit extrem geringer Flächennutzung Selbst bei Nutzung von PV-Strom (Solarfelder) um ca. 10 bis 15 mal geringere Inanspruchnahme von Flächen als bei Biokraftstoffen; dabei viel geringere Ansprüche an die Bodenqualität ( Flächenkonkurrenz ggf. nochmals geringer) e-gas = Biokraftstoff mit bereits vorhandenem Logistiksystem Anders als bei den bekannten flüssigen Biokraftstoffen ist kein Transportaufwand über Straße oder Bahn nötig Klimaneutrale Option für die Langstreckenmobilität mit Option auf unterschiedliche Antriebskonzepte (CNG- Fahrzeuge und Brennstoffzellen-Fahrzeuge) Zukunftsfähiger Kraftstoff mit Option für H 2 -Mobilität Positive Umweltbilanz: Reduzierung der Klimaemissionen um mehr als 75% (well-to-wheel extended inkl. Bau Windräder und e-gas-anlagen) Doppelte Symbiose zukunftsweisender Antriebstechnologien: CO 2 -neutraler Betrieb von Elektro- und Erdgasfahrzeugen (Kurz- und Langstrecke) unter Nutzung der Synergien bei der Energiebereitstellung

15 Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? H 2 O O 2 C0 2 Chem. Energie (fossil, bio) Wirkungsgrad: ca. 1% Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 12 H 2 O 24 (H) + 6 O 2 2) H 2 reagiert mit CO 2 6 CO (H) C 6 H 12 O H 2 O hν

16 Projektpartner Audi e-gas project

17 der Nordwesten Deutschlands wurde als geeigneter Standort gewählt Windpark Werlte

18 Kopplung von Strom- und Erdgasnetz Pilotprojekt Audi mit 4 Windrädern à 3,6 MW Fahrzeugherstellung E-Fahrzeuge BEV, PHEV Brennstoffzellenfahrzeuge FCEV Erdgasfahrzeuge CNG e-trons A3 TCNG e-tron A3 TCNG Lastmanagement (Smart Grid) e-gas-anlage Wasser t H 2 O Sauerstoff t O MWh Strom MWh MWh Elektrolyse H 2 -Tank CO 2 -Tank H t H t CO 2 Methanisierung CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O Gasnetz 880 t CH t CH 4 CO 2 aus Atmosphäre Biomasse, Abfall Wasser t H 2 O Gasspeicher *alle Werte pro Jahr Stromerzeugung KWKK

19 CO 2 -Neutralität für e-tron und TCNG Strom H 2 4 Windkrafträder à 3,6 MWel Elektrolyse, 6,3 MW el Methanisierung CH 4 BEV-Fahrzeug CO 2 -neutraler Betrieb von Audi A1 e-trons CO 2 aus Luft oder - Biogasanlage - Kläranlage - Erdgasfahrzeug CO2-neutraler Betrieb von TCNG-Fahrzeugen CH 4

20 Konzeptfahrzeug Audi A5 2.0 TCNG (2007)

21 A3 Sportback TCNG Motor / Getriebe / Fahrwerk Motor: Verbrauch CNG: Reichweite CNG: 1,4l TCNG, > 80 kw < 4 kg / 100 km > 400 km Höchstgeschwindigkeit: > 190 km/h Rahmendaten Produktionsbeginn: Herbst 2013 (Nachfolger A3 Sportback) Das e-gas soll in den neuen Audi TCNG-Modellen ab 2013 genutzt werden.

22 Treibhausgasbilanz am Beispiel Kompaktklasse Laufleistung: km CO 2 -Äquivalente [g/km] CO 2 -Emissionen well-to-tank CO 2 -Emissionen tank-to-wheel CO 2 -Emissionen Fahrzeugherstellung - 75% CO 2 (well-to-wheel extended) Benzin CNG BEV (EU-Strommix) BEV (Windstrom) BioMethan (Mais) e-gas (Windstrom) Ein mit e-gas betriebenes CNG-Fahrzeug ist genauso umweltfreundlich wie ein Elektrofahrzeug mit Windstrom, aber nicht so effizient.

23 Probleme von heute und morgen Energiewende (Speicher, Stabilität) CO 2 -neutrale Mobilität in der Fläche (Langstrecke) e-gas können durch den Einsatz von e-gas gelöst werden! Audi durchbricht das Henne-Ei -Problem

24 Ideale Ergänzung CO 2 -neutrale Mobilität für e-tron und TCNG Fahrzeugangebot von Audi 100 km 200 km 400 km 600 km e-tron Brennstoffzelle (nach 2020) TCNG mit e-gas Primärenergie Wasserstoff H 2 e-gas CH 4 Speicherung im Erdgasnetz = einziger großer Langzeitspeicher Sekundärenergie Überschüssiger Strom e-gas-anlage (Elektrolyse, Methanisierung)

25 Kernaussagen e-gas project Saubere Energie: Audi sorgt im Hinblick auf die E-Mobilität für zusätzlichen Ökostrom im Netz, stellt sich aber auch den Herausforderungen Audi macht den Weg frei: Einstieg in eine Technologie, die zur Speicherung erneuerbarer Energien und damit für deren Ausbau essentiell ist (ökologischer und volkswirtsch. Nutzen), heute aber noch keine sichere Rendite abwirft (Mobilität als Türöffner ) Vorsprung durch Technik: Kombination von effizientem TCNG-Antrieb beim Fahrzeug mit innovativer Energietechnik (weltweit erste Anlage in industriellem Maßstab) Positive Umweltbilanz: Reduzierung der Klimaemissionen um mehr als 75% (well-to-wheel extended inkl. Bau Windräder und e-gas-anlagen) Doppelte Symbiose zukunftsweisender Antriebstechnologien: CO 2 -neutraler Betrieb von Elektro- und Erdgasfahrzeugen (Kurz- und Langstrecke) unter Nutzung der Synergien bei der Energiebereitstellung Flexibilität: Je nach Lage des Marktes und der Infrastruktur kann Energie zwischen den Energieträgern Strom, Wasserstoff und Erdgas hin- und hergeschoben werden (volkswirtschaftliche Risikominimierung)

26 Vielen Dank! Reinhard Otten, Audi AG