Technologievergleich einer regenerativen Energieversorgung des Verkehrs

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1 Technologievergleich einer regenerativen Energieversorgung des Verkehrs Dr. Michael Sterner (IWES), Dr. Michael Specht (ZSW), Dr. Günther Ebert (ISE) FVEE Jahrestagung Berlin Inhalt 1. Biomasse in der Mobilität Biokraftstoffe vs. Bio-E-KFZ 2. Technologie Hektarerträge 3. Wirtschaftlichkeit spezifische Kosten 4. Klimaschutzwirkung THG-Vermeidung und Kosten 5. Andere Segmente Mobilität anders denken 6. Fazit 2

2 Holz (KUP) für Mobilität E-KFZ vs. 2. Gen. Biokraftstoffe 3 Holz (KUP) für Mobilität E-KFZ vs. 2. Gen. Biokraftstoffe 4

3 Inhalt 1. Biomasse in der Mobilität Biokraftstoffe vs. Bio-E-KFZ 2. Technologie Hektarerträge 3. Wirtschaftlichkeit spezifische Kosten 4. Klimaschutzwirkung THG-Vermeidung und Kosten 5. Andere Segmente Mobilität anders denken 6. Fazit 5 Technologievergleich Bilanzgrenze Hektarerträge Fahrzeuge ICE FCEV BEV Mittelklasse-Wagen Diesel, Benziner, Gaser Mittelklasse VW Golf 70 kw Brennstoffzellen PEM H 2 PKW 70 kw NEFZ Verbrauch 0,2 kwh / km 40 kwh Batterie 150 km Reichweite EE-Quellen Biomasse Solar (PV) Wind Studienbasis EWI LBST, FhG ISI DBFZ Zusammenführung verschiedener Studien Ergebniswerte nicht absolut, sondern Richtwerte und Tendenzen 6

4 Hektarertrag für regenerativen Kraftstoff in t_benzin_eq./ ha a Bisher mit Biokraftstoffen: Ertrag: ca. 1 2 t Kraftstoffäquivalent pro Hektar und Jahr Quelle: DBFZ, t Benzin = 43,2 GJ 7 Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? Chem. Energie (fossil, bio) Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H 2 reagiert mit CO 2 8

5 Erneuerbares Methan Kopplung mit einer Biogasanlage Verdopplung des Ertrages Vermeidung des Methanschlupfs Quelle: Specht et al, 2009 Sterner, Technologievergleich Bilanzgrenze Hektarerträge Pfad Solare Einstrahlung Wandlungseffizienz Gespeicherte chemische Energie Solar Pflanze Biokraftst. 100% 0,5-2% 0,5% (Biomethan) Solar PV PV-CH4 100% 14-18% 10% (Solarmethan) Methan-Ertrag exemplarisch auf einem Hektar in Deutschland: PV: 20 x höherer Ertrag Mais: 15 t Trockenmasse pro ha 53 MWh th 20 MWh th Biomethan (Biomasse-Hektarerträge ohne Allokation der Nebenprodukte) PV: 0,4 MW p pro ha und 1000 Volllast h 400 MWh el 240 MWh th Solarmethan (Aufständerung berücksichtigt; Flächenertrag 3x höher mit reiner Modulfläche) Wind: 0,4 MW pro ha und 2000 Volllast h 800 MWh el 480 MWh th Windmethan (Sonderrolle Wind: vertikale Energieernte Fläche nach wie vor nutzbar; Flächenertrag von Einzelanlagen 3-15x höher z.b. 3 MW auf 1 ha 8x) 10

6 Hektarertrag für regenerativen Kraftstoff in t_benzin_eq./ ha a Vorteil von Windkraftstoff: kombinierte Energie- und Landwirtschaft Quelle: IWES, LBST & ISI, EWI, DBFZ 11 Hektarertrag alias Reichweite für alle Pfade in km / ha und Jahr Batteriefahrzeuge deutlich überlegen, aber noch teuer und nicht verfügbar Quelle: IWES, LBST & ISI, EWI, DBFZ 12

7 Inhalt 1. Biomasse in der Mobilität Biokraftstoffe vs. Bio-E-KFZ 2. Technologie Hektarerträge 3. Wirtschaftlichkeit spezifische Kosten 4. Klimaschutzwirkung THG-Vermeidung und Kosten 5. Andere Segmente Mobilität anders denken 6. Fazit 13 Gesamt-Kilometerkosten in EUR / km Quelle: IWES, LBST & ISI, EWI, DBFZ Windgas und Biokraftstoffe günstigste Option 14

8 E-KFZ Entwicklung muss gefördert / unterstützt werden Quelle: EWI, Inhalt 1. Biomasse in der Mobilität Biokraftstoffe vs. Bio-E-KFZ 2. Technologie Hektarerträge 3. Wirtschaftlichkeit spezifische Kosten 4. Klimaschutzwirkung THG-Vermeidung 5. Andere Segmente Mobilität anders denken 6. Fazit 16

9 THG-Emissionen in g CO 2 -äq. / km a) CO 2 -armer Kraftstoff & b) vorhandene Fahrzeugtechnologie Wind- und Solarmethan günstigste Option Quelle: IWES, LBST & ISI, EWI, ÖI 17 Optionen für regenerative Mobilität (1) Biokraftstoffe + hohe Energiedichte lange Reichweiten + (meist) infrastrukturkompatibel + mit EE-Methan kostengünstigste Option - hohe Landnutzungskonkurrenzen gesellschaftliche Akzeptanz - schwierige Treibhausgasbilanzen (größter Einflussfaktor: Landnutzungsänderungen) - begrenztes Potential Elektromobilität + effizient + höchste Hektarerträge + Feinstaub, Lärm + unbegrenztes nachhaltiges Energiepotential + sehr gute THG Bilanzen - Fahrzeugtechnologie noch zu entwickeln und (Batterie)Kosten zu reduzieren - begrenzte Reichweite neue Technologien (mobiles Laden) entwickeln 18

10 Optionen für regenerative Mobilität (2) Erneuerbarer Wasserstoff aus EE-Strom + keine Begrenzung von Potential und Reichweite + sehr gute THG-Bilanzen + effizienter als EE-Methan in Herstellung und Fahrzeug - geringere Hektarerträge als E-KFZ - nur sehr begrenzt infrastrukturkompatibel - Sicherheitsanforderungen deutlich höher als wie bei EE-Methan - ähnlich hohe Kosten wie bei E-KFZ Transformationskosten: Netze, Transport, Fahrzeuge Erneuerbares Methan aus EE-Strom + keine Begrenzung von Potential und Reichweite + infrastrukturkompatibel + sehr gute THG-Bilanzen + sehr geringe THG-Vermeidungskosten (vergleichbar Bio-KS 1. Gen) + Fahrzeugtechnologie und Transport / Speicherinfrastruktur vorhanden - geringere Hektarerträge als E-KFZ - noch am Anfang der Technologieentwicklung 19 Inhalt 1. Biomasse in der Mobilität Biokraftstoffe vs. Bio-E-KFZ 2. Technologie Hektarerträge 3. Wirtschaftlichkeit spezifische Kosten 4. Klimaschutzwirkung THG-Vermeidung und Kosten 5. Andere Segmente Mobilität anders denken 6. Fazit 20

11 Andere Segmente der Mobilität Mobilität anders denken Schiene statt Straße / Luftraum ÖPNV statt Individualverkehr IKT Mitfahrgelegenheit Reduzierung der Last think local weniger Güterverkehr Alternative Antriebe und Kraftstoffe im Langstreckenverkehr LKW Hybride, mobiles laden, Dimethylether, Gas-to-Liquid Schiffsverkehr Gas, Gas-to-Liquid Flugverkehr Gas Gas-to-Liquid (A380: 250 t 12 MWh / t 3000 MWh bei 10 h 300 MW (!) 21 Wind- und Solarkraftstoffe für den Verkehr Quelle: Sterner, IPCC Special Report Renewable Energy

12 100% EE Struktur für Strom, Wärme und Verkehr carbon sink energy system Quelle: Sterner, % EE Struktur für Strom, Wärme und Verkehr (2) Quelle: Nitsch, Sterner et al,

13 Fazit E-KFZ ein wichtiges Element in zukünftigen Energiesysteme Effizienzsprung durch E-KFZ mit EE Reduktion Primärenergieverbrauch und THG Herausforderung Kostenreduktion Batterie Bioenergie im Verkehr über E-KFZ effizienter einzusetzen als über den konv. Kraftstoffpfad Nutzung für spezielle Verkehrssegmente (Flug-BTL, Landwirtschaft, etc.) Herausforderung Potential und Nachhaltigkeit EE-Methan neue Brücke im Energiesystem und Energievektor Klimafreundliche Mobilität auf Basis von Solar / Windenergie ohne Reichweitenbegrenzung mit bestehender Technik & Infrastruktur Regel- und Ausgleichsenergie für fluktuierende EE von fluktuierenden EE Herausforderung Technologieentwicklung Eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien ist technisch möglich, ökonomisch vorteilhaft auf lange Sicht ökologisch / klimatechnisch not-wendig 25 Quellen und weiterführende Informationen DBFZ Müller-Langer, F. et al. (2008): Technische und ökonomische Bewertung von Bioenergie-Konversionspfaden. WBGU Expertise. Deutsches BiomasseForschungsZentrum, Leipzig. EWI Richter, J. et al. (2010): Potentiale der Elektromobilität bis Energiewirtschaftliches Institut an der Universität zu Köln, Köln. LBST und Fraunhofer ISI Wietschel et al. (2010): Vergleich von Strom und Wasserstoff als CO2-freie Endenergieträger. Fraunhofer ISI und Ludwig-Bölkow-Systemtechnik, Karlsruhe / Ottobrunn. Specht, M.; Baumgart, F.; Feigl, B.; Frick, V.; Stürmer, B.; Zuberbühler, U.; Sterner, M.; Waldstein, G. (2010): Speicherung von Bioenergie und erneuerbarem Strom im Erdgasnetz. FVEE Jahrestagung Forschen für globale Märkte erneuerbarer Energien. FVEE, Berlin. Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Universität Kassel, Dissertation. Sterner, M.; Gerhardt, N.; Saint-Drenan, Y.M.; von Oehsen, A.; Hochloff, P.; Kocmajewski, M.; Lindner, P.; Jentsch, M.; Pape, K.; Bofinger, S.; Rohrig, K. (2010): Energiewirtschaftliche Bewertung von Pumpspeicherwerken und anderen Speichern im zukünftigen Stromversorgungssystem. Studie für Schluchseewerke AG. Fraunhofer IWES, Kassel. 26

14 Kontakt Dr.-Ing. Michael Sterner Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Leiter Energiewirtschaft und Systemanalyse michael.sterner_at_iwes.fraunhofer.de Vielen Dank! 27