Energiekonferenz TH Nürnberg & N-Ergie Synthetisches Erdgas Potential der Dekarbonisierung des Verkehrssektors in der EMN Referent: Kontakt: Markus Kuczmann markus.kuczmann@outlook.de
Gliederung 1. Einführung a. Motivation 2. Power-to-Gas a. Prozess b. Rechtliche Rahmenbedingungen c. Wirtschaftlichkeit und Geschäftsmodelle 3. Bertachtung des Verkehrssektors a. Modell EMN b. Potential zur Reduzierung 4. Power-to-Gas in der EMN a. Substitutionspotential b. Fazit 28.06.2018 Markus Kuczmann 1
Motivation Der Verkehrssektor stagniert seit Jahren auf gleichbleibendem Niveau! Fragestellung: Kann die Power-to-Gas Technologie helfen eine CO 2 Reduzierung in der EMN zu erreichen? Handlungsfeld 1990 (in Mio. Tonnen CO 2 -Äq.) 2014 (in Mio. Tonnen CO 2 -Äq.) 2030 (in Mio. Tonnen CO 2 -Äq.) 2030 (Minderung in % gegenüber 2030) Energiewirtschaft 466 358 175-183 62-61% Gebäude 209 119 Quelle - Quellenangabe 70-72 67-66% Verkehr 163 160 95-98 42-40% Industrie 283 181 140-143 51-49% Landwirtschaft 88 72 85-61 34-31% Sonstige 39 12 5 87% Gesamtsumme 1.248 902 543-562 56-55% Quelle: Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung, https://www.bmu.de/themen/klima-energie/klimaschutz/nationale-klimapolitik/klimaschutzplan-2050/ 2
Power-to-Gas Prozess Zielsetzung: - Sektorenkopplung zur Vermeidung von CO 2 Emissionen durch Substitution Voraussetzungen: - Biogene CO 2 Quellen (Vermeidung der Tank-Teller Diskussion) - Strom aus erneuerbaren Energien 3
Rechtliche Rahmenbedingungen Strompreiszusammensetzung 2018 in Deutschland in [ct/kwh] 0,76 1,66 6,79 7,27 4,70 2,05 6,18 Kosten [ct/kwh] Netznutzungsentgelt befreit EEG Umlage 6,792 Stromsteuer 2,05 Konzessionsabgabe 0,11 Offshore-Haftungsumlage 0,049 ablav Umlage 0,011 KWK Umlage 0,345 19 StromNEV 0,05 Gesamt 9,407 Umsatzsteuer Stromerzeugung Konzessionsabgabe EEG - Umlage Stromsteuer Netznutzungsentgelte Offshore, Abla, KWKG, 19 NEV Quelle: Bundesnetzagentur, https://www.bundesnetzagentur.de/shareddocs/faqs/de/sachgebiete/energie/verbraucher/preiseundrechnungen/wiesetztsichderstrompreiszusammen.html 4
Gasgestehungskosten [ct/kwh] Produktentstehungskosten [ct/kwh] Wirtschaftlichkeit Szenarien für die wirtschaftliche Betrachtung: Zusammensetzung Kosten SNG Investitionskosten Zins [%] Volllaststunden [h] Lebensdauer [a] Szenario 1 niedrig 3 1500 15 Szenario 2 mittel 4 3000 20 Szenario 3 hoch 6 4500 20 30 25 20 15 10 5 0 5,940 9,407 15,347 10,23 25,58 0,60 Gesamte Gasgestehungskosten 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 Wirkungsgrad [%] Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 5
Produktentstehungskosten [ct/kwh] Wirtschaftlichkeit 30 Zusammensetzung Kosten SNG 25 20 10,23 15 10 9,407 15,347 25,58 5 0 5,940 Arbeitspreis [ct/kwh] Umlagen [ct/kwh] Abgaben Gesamt [ct/kwh] Wirkungsgrad PtG [ct/kwh] Produktentstehungskosten [ct/kwh] 6
Gasgestehungskosten [ct/kwh] Wirtschaftlichkeit Gesamte Gasgestehungskosten 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 Wirkungsgrad [%] Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 7
Gasgestehungskosten [ct/kwh] Produktentstehungskosten [ct/kwh] Wirtschaftlichkeit Szenarien für die wirtschaftliche Betrachtung: Zusammensetzung Kosten SNG Investitionskosten Zins [%] Volllaststunden [h] Lebensdauer [a] Szenario 1 niedrig 3 1500 15 Szenario 2 mittel 4 3000 20 Szenario 3 hoch 6 4500 20 30 25 20 15 10 5 0 5,940 9,407 15,347 10,23 25,58 Fazit: - Derzeit keine wirtschaftliche Betriebsweise möglich - Erlöse durch zusätzliche Geschäftsmodell nötig - Mobilitätssektor - Wärmesektor (KWK) - Einsparung von C0 2 Zertifikatskosten - Teilnahme am Regelenergiemarkt 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Gesamte Gasgestehungskosten 0,00 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 Wirkungsgrad [%] Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 8
Verkehrsbetrachtung in der EMN Emissionsbilanz des Verkehrssektors nach Verkehrsmittel 2014 in Deutschland Kraftstoffherstellung (Bindung von CO 2 ) Betankung des Fahrzeuges 29% 65% Möglichkeit durch PtG Straßenpersonenverkehr Schienenpersonenverkehr Personenflugverkehr Straßengüterverkehr Schienengüterverkehr Rohstoffgewinnung von CO 2 Fahrzeugnutzung (Ausstoß des gebundenen CO 2 ) Betrachtung des Straßenpersonenverkehr in der EMN Fahrzeuge in der EMN: 2.404.500 Vorteil eines geschlossenen CO 2 Kreislaufes Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v., https://www.ffe.de/attachments/article/709/eine_anwendungsorientierte_emissionsbilanz_bwk_beitrag.pdf 9
Verkehrsbetrachtung in der EMN Modellbildung: Durchschnittskilometer: 14.015 km Verbrauch Referenzfahrzeug: 3,3 kg/100 km Reduzierung der CO 2 Emissionen um 40 % bis 2030 Aktuell: 5,92 Mio. t pro Jahr Ziel: 3,55 Mio. t pro Jahr Emissionsbilanz nach Kraftstoffen 2014 in Deutschland 35% 60% Dieselkraftstoffe Ottokraftstoffe Strom Kerosin Potentiale nach Kraftstoffart: CNG zu Benzin: minus 1,64 t CO 2 /a (93,71 %) CNG zu Diesel: minus 1,49 t CO 2 /a (92,60 %) Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v., https://www.ffe.de/attachments/article/709/eine_anwendungsorientierte_emissionsbilanz_b WK_Beitrag.pdf Kraftstoffart CO 2eq Emission wtw [g/km] Benzin 125 Zu ersetzende Fahrzeuge: 1.027.202 Dieselfahrzeuge 599.201 Benzinfahrzeuge 729.410 t CNG Diesel 107 Vorteil eines geschlossenen CO 2 Kreislaufes CNG aus EE 8 E Mobilität (EU Strommix) 57 E Mobilität (100 % Windstrom) 0 Quelle: 3. Zwischenbericht der Initiative Erdgasmobilität 10
Verkehrsbetrachtung in der EMN Modellbildung: Durchschnittskilometer: 14.015 km Verbrauch Referenzfahrzeug: 3,3 kg/100 km Reduzierung der CO 2 Emissionen um 40 % bis 2030 Aktuell: 5,92 Mio. t pro Jahr Ziel: 3,55 Mio. t pro Jahr Emissionsbilanz nach Kraftstoffen 2014 in Deutschland 35% 60% Dieselkraftstoffe Ottokraftstoffe Strom Kerosin Potentiale nach Kraftstoffart: CNG zu Benzin: minus 1,64 t CO 2 /a (93,71 %) CNG zu Diesel: minus 1,49 t CO 2 /a (92,60 %) Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v., https://www.ffe.de/attachments/article/709/eine_anwendungsorientierte_emissionsbilanz_b WK_Beitrag.pdf Kraftstoffart CO 2eq Emission wtw [g/km] Benzin 125 Zu ersetzende Fahrzeuge: 1.027.202 Dieselfahrzeuge 599.201 Benzinfahrzeuge 729.410 t CNG Diesel 107 Vorteil eines geschlossenen CO 2 Kreislaufes CNG aus EE 8 E Mobilität (EU Strommix) 57 E Mobilität (100 % Windstrom) 0 Quelle: 3. Zwischenbericht der Initiative Erdgasmobilität 11
Jahresenergiebedarf [TWh] Anzahl der benötigten Anlagen PtG in der EMN Rahmenbedingungen: Stromverbrauch EMN: 19,8 TWh Wirkungsgrad PtG: - Methanisierung 80 % - Elektrolyse 72 % Überschüsse aus abschaltbaren Lasten der BRD: BRD: 3,743 TWh EMN: 0,153 TWh Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Volllaststunden [h] 1500 3000 4500 Wirkungsgrad gesamt [-] 58 58 58 Elektrolyseleistung [MW] 10 10 10 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 21 20 Anzahl der PtG - Anlagen 6 7 8 9 10 Elektrolyseleistung [MW] 1500 3000 4500 Jahresenergiebedarf Ergebnisse: Gesamte Methanmenge Abschaltbare Lasten 1.171 Anlagen 10 Anlagen 585 Anlagen 5 Anlagen 390 Anlagen 3 Anlagen 19 18 17 16 15 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 Wirkungsgrad Elektrolyse [%] Energiebedarf Elektrolyse 12
Jahresenergiebedarf [TWh] Verkehrsbetrachtung in der EMN Jahresenergiebedarf 21 20 19 18 17 16 15 62 64 66 68 70 72 74 Vorteil eines 76 geschlossenen 78 CO 2 Kreislaufes 80 82 Wirkungsgrad Elektrolyse [%] Energiebedarf Elektrolyse 13
Jahresenergiebedarf [TWh] Anzahl der benötigten Anlagen PtG in der EMN Rahmenbedingungen: Stromverbrauch EMN: 19,8 TWh Wirkungsgrad PtG: - Methanisierung 80 % - Elektrolyse 72 % Überschüsse aus abschaltbaren Lasten der BRD: BRD: 3,743 TWh EMN: 0,153 TWh Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Volllaststunden [h] 1500 3000 4500 Wirkungsgrad gesamt [-] 58 58 58 Elektrolyseleistung [MW] 10 10 10 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 21 20 Anzahl der PtG - Anlagen 6 7 8 9 10 Elektrolyseleistung [MW] 1500 3000 4500 Jahresenergiebedarf Ergebnisse: Gesamten Methanmenge Abschaltbare Lasten 1.171 Anlagen 10 Anlagen 585 Anlagen 5 Anlagen 390 Anlagen 3 Anlagen 19 18 17 16 15 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 Wirkungsgrad Elektrolyse [%] Energiebedarf Elektrolyse 14
PtG in der EMN Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Anzahl der Anlagen 10 5 3 Betrachtung Verkehrssektor Erzeugbares Methan [t] 6.230 6.230 5.607 Anzahl Fahrzeuge 13.472 13.472 12.124 CO 2 Einsparung zu Benzin [t] 22.090 22.090 19.881 CO 2 Einsparung zu Diesel [t] 18.503 18.503 16.653 Beitrag zum Klimaziel [%] 0,92 0,92 0,83 15
Fazit Kopplung mit dem Straßenpersonenverkehr ist nicht die beste Wahl in der EMN Güterverkehr Binnenschifffahrt Andere Sektoren sollten bevorzugt gekoppelt werden Wärme Strom (Rückverstromung) Markt Roll-out in einer Modellregion sollte angestrebt werden um die Technologie zu entwickeln und in Serienreife zu bringen 16
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 17