Mobilität der Zukunft Verfasser: Dr. Peter Sauermann, Dr. Ulrich Balfanz, Wolfgang Dörmer, BP Europa SE Bochum

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1 Mobilität der Zukunft Verfasser: Dr. Peter Sauermann, Dr. Ulrich Balfanz, Wolfgang Dörmer, BP Europa SE Bochum Modul: Kolbenmaschinen Wintersemester 2013/2014 Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Gheorghiu Referendare: Marco Wieland und Tobias Dumrese Hamburg, den

2 Inhaltsübersicht Mobilität der Zukunft 1 Einleitung 2 Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl 3 Mobilität und Umwelt 4 Biokraftstoffe 5 Zusammenfassung / Fazit 2

3 Einleitung Mobilität der Zukunft Die Ausgestaltung des Verkehrssektor spielt eine hohe Rolle - Zunehmende Bedeutung von Mobilität, Effizienz und Entwicklung von Kraftstoffen, unter Berücksichtigung der Umwelt - Drei Säulen: Nachhaltigkeit, Bezahlbarkeit, Verfügbarkeit sind Grundlage für eine erfolgreiche Implementierung - Wie sieht die Energieversorgung in Zukunft aus? - Welche Rohstoffe werden zur Energieerzeugung benutzt? - Wie sieht es mit neuen Technologien und alternativen Energieträgern im Transportsektor aus? Präsentation beinhaltet: - Wesentliche Ergebnisse der aktuellen Studien, Publikationen von BP Fakten zur aktuellen Energieerzeugung, Raffinerieproduktion etc. Untersuchungen der globalen Langzeittrends (Prognosen) - Besonders im Bereich des Transportwesens / Fahrzeugen Entwicklung und Zukunft von Biokraftstoffen auf Grundlage folgender Unterlagen: - BP Statistical Review of World Energy - BP World Energy Outlook

4 Inhaltsübersicht Mobilität der Zukunft 1 Einleitung 2 Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl 3 Mobilität und Umwelt 4 Biokraftstoffe 5 Zusammenfassung / Fazit 4

5 Entwicklung des globalen Energieverbrauchs bis 2030 Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl Verbrauch des Vorkommens bei aktuellen Produktionsniveau: - Erdölreserven noch ca. 54 Jahre - Erdgas mehr als 60 Jahre - Kohle mehr als 100 Jahre Relativer Anteil an der Erzeugung des weltweilten Energiebedarfs 2030 durch: - 6-7% Erneuerbare Energien - 5-7% Nukleare-, Wasserenergie - 80% Fossile Energieträger 26% Gas 28% Kohle 28% Öl Abb. 1 Relativer Anteil an Energieerzeugung Quelle: Abb. 1,2 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 5

6 Entwicklung des globalen Energieverbrauchs bis 2030 Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl Absoluter Anteil an der Erzeugung des weltweilten Energiebedarfs - Zuwachs von ca.12 auf 17 Milliarden toe, (äquivalenten Energiemenge von 7,14 * J = 714 Trillion Joule) - Größter Zuwachs bei Erdgas, erneuerbare Energien - Wasser, Nuklear, Kohle-Energie bleiben konstant - Öl nimmt im absoluten Zahlen zu, der relative Anteil sinkt aber - Fossile Energieträger bleiben wettbewerbsfähig durch hohe Energiedichte und guter Transportfähigkeit Abb. 2 Absoluter Anteil an Energieerzeugung 1 toe = Energieeinheit (Äquivalent der Menge an Energie durch Verbrennung von einer Tonne Rohöl, was in etwa 42 GJ entspricht. (42 Milliarden Joule) Quelle: Abb. 1,2 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 6

7 Einflussfaktoren beim Ölverbrauch im Straßenverkehr Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl Öl-Nachfrage im Straßenverkehr - Verlagerung des Nachfrage Schwerpunkts in den NICHT-OECD-Raum mit steigender Tendenz - Stagnation und Rückgang im OECD-Raum überwiegend durch effizientere Fahrzeuge und alternative Energiequellen Abb. 3 Öl-Nachfrage im Straßenverkehr OECD = Mb/d = Organisation für europäische wirtschaftliche Zusammenarbeit mit derzeit 34 Mitgliedern (USA, Australien, Europa etc.) Millions of Barrels per Day 1 barrel Öl = ca. 159 Liter Rohöl = 138 kg = 108,8 USD (bei Umrechnung: 1 l Öl = 0,87 kg / 1 l Öl = 0,68 USD) Nachfrage von Kraftstoffen bei aktueller Fahrzeugnutzung und Effizienz (Prognosen für 2030) - Anstieg von rd. 23 bis 24 Mb/d durch: Höhere Fahrzeuganzahl - Einsparung von 2 Mb/d durch Abnahme Durchschnittsfahrleistung und Verbrauch 11 Mb/d durch Effizientere Fahrzeuge 4 Mb/d durch Alternative Kraftstoffe Insgesamt: Anstieg um rd. 6 bis 7 Mb/d in 2030 Quelle: Abb. 3 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 7

8 Entwicklung und Auslastung von Raffineriekapazitäten Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl Wachstum der Raffineriekapazitäten - Die globalen Kapazitätsreserven steigen (2011) ca. 4 Mb/d im OECD-Raum ca. 2 Mb/d im Nicht-OECD-Raum - Die globalen Kapazitäten sind momentan sehr hoch In Europa durch Nachfragerückgang Abb. 4 Wachstum der Kapazitätsreserven (kumuliert) Raffinerieauslastung - Sinkt seit 2005 nahezu kontinuierlich - 86% in 2005 auf 81% in 2011 Anforderung an die Raffineriebetreiber wächst Raffinerieprodukte schaffen Versorgungssicherheit, werden nicht nur für Mobilität und Wärmegewinnung benutzt, sondern auch für die Chemieindustrie. Abb. 5 Raffinerie Auslastung Quelle: Abb. 4,5 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 8

9 Inhaltsübersicht Mobilität der Zukunft 1 Einleitung 2 Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl 3 Mobilität und Umwelt 4 Biokraftstoffe 5 Zusammenfassung / Fazit 9

10 Weltweiter Energieverbrauch nach Branche und Region Mobilität und Umwelt Wachstum nach Branchen und Regionen - Energiebedarf im Straßen- und Güterverkehr sowie Industrie nehmen weiter zu - Durch Steigerung der PKW Anzahl von ca. 1 Mrd. auf 2 Mrd. bis Zunahme der weltweiten Nachfrage nach Energie bis 2030 um ca. 36% - China und Indien benötigen vorrausichtlich die doppelte Energiemenge - Der OECD-Raum und der Rest der Welt haben ein Wachstum von jeweils 0,5 Gtoe - Durch Bevölkerungszuwachs von 7 auf 9 Milliarden Menschen Abb. 6 Wachstum nach Branchen und Regionen RoW - Rest der Welt Middle East - Mittlerer Osten Klimaschutzziele / Fakten - Begrenzung des globalen Temperaturanstiegs um max. 2 C - G8-Staaten wollen bis 2050 Treibhausgas- Emissionen um 50% senken im Vergleich zu 1990 Quelle: Abb. 6 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 10

11 Entwicklung der Fahrzeugpopulation Mobilität und Umwelt Entwicklung der Fahrzeugpopulation - Anzahl an Fahrzeugen wird weltweit weiterhin stark zunehmen. - ca. 60% bis 2030 (von 1 auf 1,6 Milliarden) - Die Fahrzeugdichte pro 1000 Einwohner verändert sich Geringfügig in Deutschland, USA, Japan 6,7% pro Jahr in Indien 5,7% pro Jahr in China Abb. 7 Fahrzeuganzahl weltweilt Abb. 8 Fahrzeugdichte auf 1000 Menschen Gründe für geringeres Wachstum in China und Indien - Hohe Kraftstoffpreise - Öl Import Limitierungen - Höhere Besteuerungen - Unausgewogene Einkommensverteilung - Gut ausgebautes öffentliches Verkehrsnetz Quelle: Abb. 7,8 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 11

12 Kraftstoffverbrauch im Transportsektor Mobilität und Umwelt Kraftstoff im Transportsektor 2030: Aus Erdöl 89% - Größter Anteil : 94% Biokraftstoff 5% - am stärksten wachsend Erdgas 5% Elektrizität 1% Abb. 9 Quelle: Abb. 9 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 12

13 Effizienzsteigerung der Fahrzeuge Mobilität und Umwelt Effizienzsteigerung der Verbrennungsmotoren (Abb.10) CO 2 -Verbesserung von 30% Effizienzsteigerungen der Fahrzeugtechnik: Hybridantriebe Gekühlte Abgasrückführung Getriebe Reifen mit geringerem Rollwiderstand Leichtbau Moderne Bremssysteme Verbesserte Aerodynamik Intelligente Verkehrsführung Abb. 10 Quelle: Abb Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 13

14 Effizienz elektrischer Fahrzeuge Mobilität und Umwelt Entwicklung mit deutlichen Fortschritten Emissionsreduktion bleibt allerdings für länger Zeit minimal Rechenbeispiel für Deutschland - Annahme regenerativ erzeugter Strom - PKW-Verkehr: 14 % der jährliche CO 2 -Emission in der BRD - Ziel der Bundesregierung: 1 Mio. E-Autos in 2020 = 2,3% der PKWs - Einsparung: 0,3% an CO 2 -Emission/a - Bei 6 Mio. E-Autos in % Einsparung an CO 2 -Emission/a Auf lokaler Ebene bietet das E-Auto wichtige Effizienz und Umweltvorteile Aber ist es auch das Allheilmittel zur Reduzierung von CO 2? Sind die Mehrkosten für ein E-Fahrzeug gerechtfertigt? 14

15 CO2 - Einsparpotential Mobilität und Umwelt Vergleich von Elektroauto zu Hybridauto und CO 2 -Vorteil pro km zu zusätzlichen Anschaffungskosten (vgl. mit Otto-Fahrzeug) BEV nur mit CO2-Vorteil gegenüber Hybrid bei nuklearer oder erneuerbarer Strom-Erzeugung ICE Hybrid mit Biokraftstoff weitere CO 2 -Verringerung Nach EU Strom-Mix: Hybrid und BEV gleich auf Hybrid hat den Preisvorteil Internal combustion engine (ICE) Battery electrical vehicle (BEV) Abb. 11 Quelle: Abb Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 15

16 Entwicklung der Fahrzeugflotte Mobilität und Umwelt Abb. 12 Abb. 13 Anteile bei den Neuzulassungen in 2030: Konventionelle PKW 37% Hybride - Full Hybrid 20% - Mild Hybrid 35% (kann nicht rein elektrisch fahren) Plug-In und BEV 8% Plug-Ins mit Möglichkeit der Umschaltung auf Diesel oder Benzin klar im Vorteil Quelle: Abb. 12,13 - Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 16

17 Inhaltsübersicht Mobilität der Zukunft 1 Einleitung 2 Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl 3 Mobilität und Umwelt 4 Biokraftstoffe 5 Zusammenfassung / Fazit 17

18 Zukunft Biokraftstoff Biokraftstoffe Aktueller Stand: Erneuerbare Energie-Richtlinie (RED): Bis % des Transport mit erneuerbarer Energie Biokomponenten: Ethanol in Benzin und Biodiesel bzw. FAME (Fettsäuremethylester, fatty acid methyl ester) in Diesel 10% Biokomponenten bezogen auf den Energieinhalt nicht erreichbar B7 Biodiesel (7% FAME) wegen technischer Zusammensetzung ausgereizt Ziel: Biokraftstoff der nächsten Generation Ethanol aus Zuckerrohr (Lignozellulose) Neue Biomoleküle mit besseren Eigenschaften (wie Biobutanol) Hydrierte Pflanzenöle und Biokraftstoffe aus speziellen Energiepflanzen - Durch eine katalytische Reaktion mit Wasserstoff (Hydrierung) in Kohlenwasserstoffe umgewandelt Vorteile: - Ethanol aus Zuckerrohr verursacht 80-90% weniger Emissionen als konventionelles Benzin - Gesamtes Pflanzenmaterial wird eingesetzt (nicht nur Früchte) - Reine Energiepflanzen stehen nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelindustrie Faktoren für eine erfolgreiche Biokraftstoffstrategie: Hohe Qualität, Nachhaltigkeit, EU- oder weltweite Standards, Kosten, Technologie-Offenheit, Kunden- Akzeptanz 18

19 Erzeugung von Biokraftstoffen nach Region Biokraftstoffe Biokomponenten sollten dort produziert und bezogen werden, wo sie am effizientesten angebaut werden können Ethanol aus Zuckerrohr kann bereits heute preislich mit traditionellem Kraftstoff konkurrieren Ab 2030 ist 10-20% Biokraftstoff in den USA und Deutschland möglich Abb. 14 Brasilien hat bereits heute 20% Anteil an Biokomponenten Quelle: Abb Bericht: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66. pdf 19

20 Inhaltsübersicht Mobilität der Zukunft 1 Einleitung 2 Entwicklung der Kapazität und Nachfrage von Erdöl 3 Mobilität und Umwelt 4 Biokraftstoffe 5 Zusammenfassung / Fazit 20

21 Zusammenfassung Erdöl im Transportsektor auch langfristig der dominierende Energieträger Erneuerbare Energien mit erstmals den größten globalen Zuwächsen bis % Anteil an der Energienachfrage 7% Anteil an den Kraftstoffen Kohle, Erdgas, Erdöl stellen in 2030 ca. 80% des globalen Energiebedarfs Erdgas als am stärksten wachsende Alternative könnte Biokraftstoff im Transportsektor in 2030 übertreffen Moderne Konzepte mit Verbrennungsmotor in Kombination mit den richtigen und nachhaltigen Biokraftstoffen haben enormes Effizienz- und CO 2 -Einsparungspotential BP setzt auf Nachhaltige, bezahlbare und verfügbare Biokomponenten Biokraftstoffe der nächsten Generation mit weitaus besserer CO 2 -Bilanz und nicht in Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion Bio-Zukunft: Ethanol und Diesel aus Lignozellulose aus ganzen Energiepflanzen Otto- und Dieselkraftstoffe sind noch lange kein Auslaufmodell und als Energieträger im Straßenverkehr auf lange Zeit unentbehrlich 21

22 Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis des Berichtes: lenz13_1_04_bp_sauermann_dt_52_66 BP Energy Outlook 2030, London, January 2012 BP Energy Outlook 2030, London, January 2013 BP p.l.c., BP Statistical Review of World Energy, London, United Kingdom, June 2012 Cedigaz, Paris, France Center for International Comparisons of Production, Income and Prices at the University of Pennsylvania, Heston, A., Summers, R., Aten, B., Penn World Table Version 7.0, May Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH, Eschborn, Germany Energy Information Administration, International Energy Outlook, Washington, D.C., United States, September 2011 Energy Information Administration, World Shale Gas Resources: An Initial Assessment of 14 Regions outside the United States, Washington, D.C., United States, April 2011 International Energy Agency, CO2 Emissions from Fuel Combustion, Paris, France, 2011 International Energy Agency, Energy Balances of Non-OECD Countries, Paris, France, 2011 International Energy Agency, Energy Balances of OECD Countries, Paris, France, 2011 International Energy Agency, World Energy Outlook 2011, Paris, France, 2011 JRC, European Commission: LONG-TERM TREND IN GLOBAL CO2 EMISSIONS 2011 report Mitchell, B.R., International Historical Statistics , Palgrave Macmillan, New York, United States, 2007 Oxford Economics Ltd, Oxford, UK United Nations Population Division, World Population Prospects: The 2008 Revision, New York, United States, 2009 United Nations Statistics Division, National Accounts Statistics, New York, United States, 2011 Waterborne Energy, Inc., Houston, Texas, United States 22

23 Fragen 23