Audi balanced mobility - Der Weg zur CO2-neutralen Mobilität

Audi balanced mobility –
Der Weg zur CO2-neutralen Mobilität
Audi gestaltet die Zukunft und geht dabei völlig neue Wege. Unter dem
Begriff „Audi balanced mobility“ will das Unternehmen ein großes Ziel
realisieren – eine ausgeglichene CO2-Bilanz über die gesamte
Mobilitätskette. Ein Herzstück dieses Vorhabens ist das Audi e-gas
project, ein Meilenstein nicht nur für Audi, sondern für die ganze
deutsche Energiewirtschaft.

Das Audi e-gas project

Auf dem Weg in die CO2-neutrale Mobilität der Zukunft setzt Audi
konsequent auf erneuerbare Energien – das Audi e-gas project wird ein
Meilenstein auf diesem Weg. Es setzt sich aus zwei großen Bausteinen
zusammen. Windräder erzeugen sauberen Strom; Audi nutzt einen Teil
davon, um seine künftigen e-tron- Fahrzeuge zu bauen. Auch beim Antrieb
der e-tron-Fahrzeuge soll der Ökostrom eine große Rolle spielen. Bereits im
Mai 2010 hat Rupert Stadler, Vorsitzender des Vorstands der AUDI AG, die
Maxime formuliert: „Elektroautos von Audi sollen vorwiegend mit nachhaltig
erzeugtem Strom fahren.“

Eine neue Anlage – der zweite Baustein im e-gas project – wird mithilfe des
verbleibenden Ökostroms per Elektrolyse Wasserstoff produzieren. Mit
diesem klimafreundlich erzeugten Energieträger lassen sich mittelfristig
Brennstoffzellenautos betreiben. Aber Audi wird den Wasserstoff außerdem
nutzen, um in einem weiteren Schritt aus ihm und aus CO₂ Methan zu
erzeugen. Dieses Methan wird auch synthetisches Erdgas genannt, bei
Audi heißt es Audi e-gas. Mit ihm lassen sich auf Erdgas ausgelegte
Verbrennungsmotoren betreiben; Audi bringt ab 2013 solche Modelle mit
der Bezeichnung TCNG in Serie.

Der besondere Nutzen der Methanisierung liegt darin, dass die Reaktion
mithilfe von CO2 abläuft, das damit nicht in die Atmosphäre gelangt. So
ergibt sich ein geschlossener CO₂-Kreislauf, der klimafreundliche
Langstreckenmobilität ermöglicht.

Das Audi e-gas project hat darüber hinaus einen immensen Nutzen, von
dem die ganze Energiewirtschaft in Deutschland profitieren kann: Es
koppelt den regenerativ erzeugten Strom auf dem Weg über das Methan an
das Erdgasnetz an; damit kann es dazu beitragen, das Problem der
Speicherung überschüssigen Wind- oder Solarstroms zu lösen. Aus dem
Gasnetz lässt sich die Energie, wenn gewünscht, jederzeit ins Stromnetz
zurückführen.

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„Die AUDI AG realisiert mit ihren Projektpartnern ein Verfahren, das die
CO2-neutrale Mobilität in greifbare Nähe rückt“, sagt Michael Dick, Vorstand
für den Geschäftsbereich Technische Entwicklung. „Unsere Technologie
besitzt das Potenzial, der Diskussion über den Ausbau erneuerbarer
Energien eine neue Richtung zu geben. Wir ergreifen hier selbst die
Initiative und ergänzen die E-Mobilität durch ein ebenso klimafreundliches
Konzept für die Langstrecke.“

Audi hat die Forschungsphase des e-gas project abgeschlossen. Ab Mitte
2011 erfolgt mit dem Neubau einer industriell nutzbaren Anlage der zweite
Schritt, für den das Unternehmen einen hohen zweistelligen Millionenbetrag
investiert. Damit startet Audi zusammen mit seinen Partnern – dem
Stuttgarter Unternehmen SolarFuel GmbH, dem Zentrum für Sonnenenergie
und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart, dem Fraunhofer Institut für
Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel und der EWE
Energie AG – ein Energieprojekt in großem Stil.

Strom aus Offshore-Windrädern

Der erste große Baustein im Audi e-gas project sind die Windräder. In der
ersten Projektphase finanziert das Unternehmen, zusammen mit einem
regionalen Energieversorger, vier große Anlagen in einem Offshore-
Windpark in der Nordsee. Mit jeweils 3,6 MW Leistung sollen sie im Jahr
gemeinsam etwa 53 GWh Strom liefern – das entspricht dem Bedarf einer
mittelgroßen Stadt.

Bei der Windenergienutzung in Deutschland spielen die Offshore-Windkraft-
anlagen heute noch eine untergeordnete Rolle. Dabei können sie weit vor
der Küste, bei durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten von etwa 30 km/h,
etwa 40 Prozent mehr Energie produzieren als Onshore-Anlagen. Das
Potenzial, das noch zu erschließen ist, liegt auf der Hand.

Die e-gas-Anlage

Der zweite große Baustein im Projekt ist die e-gas-Anlage, die Wasserstoff
und Methan im industriell nutzbaren Maßstab produzieren wird. Der
Spatenstich ist für Juli 2011 im niedersächsischen Werlte geplant. Die e-
gas-Anlage ist an eine Abfall-Biogasanlage gekoppelt – von ihr bezieht sie
das zur Methanisierung notwendige konzentrierte CO2, das sonst die
Atmosphäre belasten würde.

Pro Jahr wird die Anlage etwa 1.000 Tonnen e-gas produzieren und dabei
2.800 Tonnen CO2 binden.

Die Anlage besteht aus zwei Hauptkomponenten, dem so genannten
Elektrolyseur und der Methanisierungsanlage. Dazu kommen
Leitungstechnik, Tanks, Steuer- und Regelelektronik sowie Kompressoren

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zur Einspeisung von e-gas ins Erdgasnetz. Eine Laboranlage mit 25 kW
Leistung, im Januar 2011 zu Testzwecken installiert, konnte auf Anhieb Gas
in der geforderten Einspeisequalität liefern.

Der Elektrolyseur wird mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben. Mithilfe
von Polymer-Elektrolytmembranen spaltet er Wasser (H2O) in seine
Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Der Wasserstoff kann
künftig als Antrieb für Brennstoffzellen-Fahrzeuge wie dem Audi Q5 HFC
dienen, die heute allerdings noch nicht serienreif sind. In der ersten
Projektphase wird er deshalb nicht direkt genutzt; vielmehr gelangt er nach
der Gastrennung und -trocknung in einen Speichertank und weiter zur
Methanisierungsanlage.

Dort wird der Wasserstoff auf der Grundlage der sogenannten Sabatier-
Reaktion mit Kohlenstoffdioxid (CO2) zu Methan (CH4) verknüpft; als
Nebenprodukt fällt Wasser (H2O) an. Auf diese Weise entsteht das Methan,
ein synthetisches Erdgassubstitut, das in das deutsche Erdgasnetz und
somit auch in das CNG-Tankstellennetz weitergeleitet wird.

Die Technologie, die sich in der chemischen Industrie seit Langem bewährt,
funktioniert prinzipiell an jedem Standort, an dem Wasser, Strom und eine
CO2-Quelle zur Verfügung stehen. Grundsätzlich lässt sich das CO2 auch
der Umgebungsluft entziehen, wenn auch mit höherem Aufwand.

Der Strom aus Windkraft und das Methan aus der Anlage werden bereits in
der ersten Phase des e-gas projects für insgesamt 2.500 Autos ausreichen.
Mit einem Teil des Windstroms ließen sich 1.000 A1 e-tron herstellen und
10.000 km pro Jahr betreiben. Ein weiterer Anteil wird künftig ins Netz
eingespeist, kommt bei Überschüssen im Stromnetz also auch der e-gas-
Anlage zugute.

Mit dem regenerativ erzeugten e-gas können 1.500 A3 TCNG jeweils
15.000 km pro Jahr fahren. Dabei bleiben noch 150 Tonnen e-gas für das
öffentliche Gasnetz. Bei Bedarf lässt sich dieses Gas wieder
rückverstromen. Unter dem Strich stehen ein großer Nutzen für das
Stromnetz und jährlich weit über 30 Millionen klimaneutrale Kilometer
Fahrstrecke.

In der Umweltbilanz brilliert e-gas als Antrieb für Fahrzeuge. Ein mit e-gas
betriebenes Erdgas-Auto der Kompaktklasse emittiert pro km weniger als 30
Gramm CO2-Äquivalent, wenn man nicht die Emission am Auspuff, sondern
die well-to-wheel Bilanz (von der Quelle zum Rad) betrachtet. Dabei sind
Emissionen für den Bau der Windräder und der e-gas-Anlage schon
eingerechnet. Noch besser schneiden nur Elektrofahrzeuge ab, die direkt
mit Windstrom versorgt werden – sie stoßen noch nicht einmal vier Gramm

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pro km aus. In der energetischen Gesamtbilanz unter Einbeziehung der
Fahrzeug-Produktion haben sie jedoch das Handicap, dass die Herstellung
ihrer Batterien viel Energie verbraucht.

Die Speicherung von Ökostrom im Gasnetz

Das Audi e-gas project kann auf einen Schlag mehrere Antworten auf
drängende Fragen der nachhaltigen Energiewirtschaft liefern. In der
Prozesskette entstehen sauberer Strom, Wasserstoff und Methan – drei
wichtige Energieträger für die Mobilität der Zukunft. Mittelfristig hat die
Technologie das Potenzial, eine zu 100 Prozent regenerative und dennoch
hochflexible Energieversorgungsstruktur für Strom, Wärme und Verkehr zu
etablieren, bei der sich die Anteile der drei Energieträger ganz nach Bedarf
austarieren lassen.

Die Zukunft der Energieversorgung in Deutschland gehört den
erneuerbaren Energien. Im vergangenen Jahr stieg ihr Anteil am gesamten
Verbrauch von Strom, Wärme und Kraftstoff erstmals über 10 Prozent. Bei
der Stromerzeugung liegt er – mit großen Unterschieden zwischen den
einzelnen Bundesländern – bereits bei 17 Prozent, zu denen die
Windenergie den größten Teil beiträgt. Bis zum Jahr 2050 soll der Anteil
regenerativer Energie am Bruttostromverbrauch auf 77 Prozent wachsen.

Die Windkraft besitzt große Potenziale. Das Fraunhofer Institut für
Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) hat dazu im Auftrag des
Bundesverbands WindEnergie eine Studie vorgelegt. Ihr zufolge ließen sich
in Deutschland mit Windkraft pro Jahr realistisch etwa 390 Terawattstunden
(TWh) Energie erzeugen; sie würden 64,7 Prozent des deutschen
Bruttostromverbrauchs aus dem Jahr 2010 (603 TWh) decken. Die
installierte Gesamtleistung beträgt im Rechenmodell 198 Gigawatt (GW).

Die Produktion des Stroms aus Wind und Sonne unterliegt jedoch
naturbedingten Schwankungen, und die erforderliche Speicherkapazität ist
heute noch sehr gering. Pumpspeicherwerke kommen nur als
Kurzzeitspeicher infrage – im Notfall könnten sie die Energieversorgung in
Deutschland gerade mal für eine Stunde aufrecht erhalten. Alle anderen
Lösungen, Druckluftspeicher beispielsweise, sind in ihrer Kapazität und
Speicherdauer ebenfalls stark eingeschränkt.

Das Konzept der Methanisierung von Wasserstoff mithilfe regenerativer
Energie leistet einen Beitrag zur Problemlösung: Das Stromnetz wird mit
dem unterirdischen Gasnetz gekoppelt – in ihm lassen sich die
Überkapazitäten monatelang speichern. Das Potenzial des Gasnetzes
beträgt 217 TWh, das Stromnetz kann lediglich 0,04 TWh speichern. Zudem
liegt seine Transportkapazität um ein Vielfaches – etwa Faktor 10 –
niedriger als jene des Gasnetzes.

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Aus dem Gasnetz lässt sich die Energie durch Rückverstromung, etwa in
Gaskraftwerken oder dezentral in Blockheizkraftwerken, jederzeit ins
Stromnetz zurückführen. Neue dezentrale Kraftwerke mit Kraft-Wärme-
Kopplung (KWK) können den Wirkungsgrad weiter erhöhen. Darüber hinaus
eignet sich Methan auch für die Gasversorgung von Haushalten oder zur
Bereitstellung von Hochtemperatur-Prozesswärme.

Der Wirkungsgrad der e-gas-Pilotanlage – vom Windrad zum Methangas –
erreicht etwa 54 Prozent. Bei Nutzung der entstehenden Abwärme liegt
dieser Wert nochmals deutlich höher. Für spätere Ausbaustufen ist ein
Wirkungsgrad von über 60 Prozent das Ziel. Das Potenzial der Strom-Gas-
Kopplung, Wind- oder auch Solarenergie in großen Mengen zu speichern,
kann dem Ausbau der erneuerbaren Energien starke Impulse verleihen.
Das Audi e-gas project lässt sich leicht auf alle Länder übertragen, in denen
Erdgasnetze existieren – auch das beweist seine technisch-ökonomische
Bedeutung.

Die Autos im e-gas project

Mit dem e-gas project stellt Audi drei Energieträger bereit – elektrischen
Strom, Wasserstoff und Methangas. Sie eignen sich für ganz
unterschiedliche Antriebskonzepte – für Elektroautos, für
Brennstoffzellenfahrzeuge und für CNG- Fahrzeuge.

Der Audi A1 e-tron

Der A1 e-tron ist das Konzept eines reinen Elektrofahrzeugs. Bei Bedarf lädt
ein Range Extender die Batterie nach – der A1 e-tron bewegt sich
ausschließlich mit der Kraft seiner E-Maschine, der Viersitzer kann also
lokal emissionsfrei fahren.

Der Elektromotor des kleinen Kompakten liefert 45 kW (61 PS)
Dauerleistung und 75 kW (102 PS) Spitzenleistung, die über ein einstufiges
Getriebe an die Vorderräder fließen. Das maximale Drehmoment von 240
Nm steht vom Start weg bereit. Der A1 e-tron spurtet in 10,2 Sekunden von
null auf 100 km/h und erreicht über 130 km/h Spitze.

Die Energie kommt aus einem Paket Lithium-Ionen-Akkus, das in Form
eines T unter dem Mitteltunnel und der Fondbank liegt. Die
flüssigkeitsgekühlte Batterie speichert 12 kWh Energie, genug für mehr als
50 km Strecke. Mit Starkstrom dauert ein Ladevorgang weniger als eine
Stunde. Bei längeren Distanzen wird ein Range Extender aktiv. Der kleine
Wankelmotor, der unter dem Gepäckraum liegt, lädt den Akku über einen
Generator nach.

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Der Audi A3 TCNG

Der Technikträger Audi A3 TCNG kann das e-gas nutzen, das Audi in der
Methanisierungsanlage erzeugt. Sein Vierzylinder-TFSI und der Katalysator
im Abgasstrang sind für den Betrieb mit Erdgas ausgelegt. Allein in
Deutschland ist es schon an rund 900 CNG-Tankstellen verfügbar –
Tendenz steigend.

Über ein so genanntes Bilanzkreisverfahren, wie es in ähnlicher Form auch
beim Bezug von Ökostrom funktioniert, kann sich der Kunde des A3 TCNG
voraussichtlich ab 2013 Windenergie in den Tank holen. In dem Umfang, in
dem er e-gas tankt, wird die zur Erzeugung dieser Menge benötigte
regenerative Energie ins Netz eingespeist.

Die volumetrische Dichte des e-gas entspricht der des fossilen Erdgases
und ist somit geringer als bei Superbenzin. Bei der Verbrennung von e-gas
entsteht wie bei Erdgas deutlich weniger CO2 als bei Superbenzin.

Für das e-gas project bedeutet das: Die CO2-Emission ist nicht nur in der
Gesamtbilanz (well-to-wheel) sehr niedrig, sondern auch am Auspuff (tank-
to-wheel). Am Auspuff entweicht kein Gramm CO2, das nicht vorher bei der
Herstellung von e-gas gebunden worden wäre. Zwischen der Herstellung
des Kraftstoffs und seiner Verbrennung existiert also ein geschlossener
CO2-Kreislauf.

Die hohe Oktanzahl von zirka 130 ROZ, die Erdgas, Biomethan und eben
auch e-gas aufweisen, erlaubt eine hohe effektive Verdichtung im
Turbomotor – Garant für hohe Effizienz. Wie jeder Audi ist auch der A3
TCNG ein Auto ohne Abstriche bei Alltagseigenschaften und Fahrspaß.
Seine Gastanks, in denen das e-gas unter 200 bar Druck gespeichert wird,
bieten genug Volumen auch für lange Strecken. Der Audi A3 TCNG ist
bivalent ausgelegt – wenn sich die Gastanks leeren und keine CNG-
Tankstelle in Sicht ist, fährt er ohne Leistungsverlust mit Benzin weiter.

Die angegebenen Ausstattungen, Daten und Preise beziehen sich auf
das in Deutschland angebotene Modellprogramm. Änderungen und
Irrtümer vorbehalten.

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