Der Weg hin zu einer CO2-armen Mobilität - Neue Perspektiven zur Verkehrs- und Energiewende in Deutschland - Stahl Automotive ...
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Der Weg hin zu einer CO2-armen Mobilität – Neue Perspektiven zur Verkehrs- und Energiewende in Deutschland White Paper Details & Berechnungen Juni 2020 Die Verwendung dieser Studie und deren Inhalte ist für redaktionelle Zwecke honorarfrei. Veröffentlichungen bitte unter Quellenangabe. © Stahl Automotive Consulting GmbH & Co. KG
Agenda Zusammenfassung, Zielsetzung und Vorgehensweise Volumenprognose für Elektrofahrzeuge auf Basis der CO2-Emissionsziele Ökologische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Ökonomische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Alternativen zur Elektromobilität Stahl Automotive Consulting 1
Synthetische Kraftstoffe sind geeigneter als die E-Mobilität, um die CO2-Emissionen im Verkehrssektor zu senken ▪ Um die CO2-Auswirkungen der E-Mobilität zu quantifizieren, werden zwei Szenarien betrachtet. Im Basis-Szenario wird ein Wettbewerb von Elektromobilität und Kohleausstieg unterstellt - im Extrem-Szenario wird 100% erneuerbare Energie für In Deutschland werden das Laden von EVs angenommen Elektrofahrzeuge absehbar keinen ▪ Im Basis-Szenario erhöht E-Mobilität in Deutschland zwischen 2020 und 2030 die CO2-Emissionen netto um 40 Mio. t – im sinnvollen Beitrag zur Extrem-Szenario hingegen können 95 Mio. t CO2 eingespart werden CO2-Einsparung leisten ▪ Gleichzeitig entstehen für die Elektromobilität bis 2030 gesamtgesellschaftliche Kosten von 47-75 Mrd. EUR. Somit sind selbst im Extrem-Szenario die CO2-Vermeidungskosten von 400-700 EUR prohibitiv hoch ▪ Werden die Mehrkosten der Elektromobilität (~75 Mrd. EUR) für die Subventionierung von Wasserstoff aufgewendet, Wasserstoff kann zu einer ließen sich auf diese Weise ca. 200 Mio. t CO2 einsparen Reduzierung der CO2- ▪ Ab Anfang der dreißiger Jahre wird eine Kostenparität zwischen Wasserstoff und fossilen Kraftstoffen erwartet – Emissionen beitragen, ist Fahrzeugmehrkosten für FCEVs müssen auch nach diesem Zeitpunkt gesamtgesellschaftlich getragen werden H2 jedoch mit erheblichen Umsetzungsrisiken ▪ Eine Konversion des Verkehrssektors hin zu Wasserstoff erfordert die Überwindung hoher technischer Hürden und hohe verbunden Investitionen (Aufbau Produktions- und Distributionsinfrastruktur, Ersatz der Fahrzeugflotte) und stellt folglich eine risikoreiche Alternative dar ▪ Ein Teil der Mehrkosten der Elektromobilität (~73 Mrd. EUR) könnten alternativ für die Subventionierung von Synthetische Kraftstoffe synthetischen Kraftstoffen verwendet werden. können einen ökologisch ▪ Bis 2030 ließen sich so mit synthetischen Kraftstoffen nahezu 600 Mio. t CO2 einsparen, was einem signifikanten Beitrag zur und ökonomisch CO2-Reduktion entspricht. Ab der Kostenparität betragen die Einsparungen ca. 180 Mio. t CO2 p.a. sinnvollen Beitrag zum Klimaschutz leisten ▪ Umsetzungsrisiken bei synthetischen Kraftstoffen beschränken sich auf den Aufbau der Produktionsinfrastruktur in sonnenreichen Ländern und die Erzielung der notwendigen Skaleneffekte bei den Kosten QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 2
Agenda Zusammenfassung, Zielsetzung und Vorgehensweise Volumenprognose für Elektrofahrzeuge auf Basis der CO2-Emissionsziele Ökologische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Ökonomische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Alternativen zur Elektromobilität Stahl Automotive Consulting 3
42% der Deutschen fühlen sich laut einer Umfrage im Dezember 2019 durch den Klimawandel bedroht Kosten für Adaption und ggf. Verstärkte Ausbreitung von Verlagerung von Städten bei Krankheiten aufgrund höherer Steigung des Meeresspiegels Temperaturen Extreme meteorologische Verknappung des Angebots an Phänomene, die u. a. Frischwasser in bestimmten Landwirtschaft und Gesundheit Regionen stark betreffen Steigung der Grundnahrungsmittelpreise … wegen häufigerer Ernteausfälle Daher hat die Politik eine Vielzahl von Maßnahmen zur CO2-Reduktion ergriffen QUELLE: SAC, FOCUS Online, NASA Global Climate Change, Environmental Research Letters Stahl Automotive Consulting 4
Da der Verkehrssektor in einem erheblichen Maße zu den Gesamtemissionen beiträgt, muss er einen Beitrag zur CO2-Reduktion leisten Treibhausgasemissionen nach Sektoren (DE, 2017) in % der Gesamtemissionen (CO2-Äquivalente) Industrie Wohn- und 21% Gewerbesektor 14% PKW Nutzfahrzeuge 7% Landwirtschaft 8% 19% Verkehr 11% Abfallsektor 1% 1% Andere 36% Energieversorgung Gesamtemissionen: Emissionen aus Verkehr: 905 Mio. t CO2-Äquivalente 171 Mio. t CO2-Äquivalente QUELLE: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Stahl Automotive Consulting 5
Um die Emissionen im PKW-Sektor zu reduzieren, hat die Politik mit der Einführung von CO2- Grenzwerten und erheblichen Strafen bei deren Überschreitungen reagiert Überblick der durchschnittlichen CO2-Emissionswerte und -ziele (NEFZ) für PKW-OEMs in Deutschland bzw. Europa in g CO2/km Durchschnittliche Emissionswerte der Neuzulassungen (Deutschland)1 Durchschnittliche Emissionsziele der Neuzulassungen (Europa)1 +2% -29% ▪ Die Optimierung 133 128 130 135 von Verbrennungs- 127 127 -37,5% motoren hinsichtlich 95 CO2-Emissionen 81 stößt aus technischer Sicht an 59 die Grenzen ▪ Die Erfüllung der CO2-Ziele erzwingt den Umstieg auf neue Antriebstech- 2014 20192 20213 20254 20304 nologien (z.B. rein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug) Strafzahlungen betragen 95 EUR ▪ pro überschrittenes g CO2/km ▪ pro neu zugelassenes Fahrzeug 1 Emissionswerte und –ziele sind jeweils herstellerspezifisch. Dargestellte Werte entsprechen herstellerübergreifenden Durchschnitten 2 NEFZ-Wert berechnet aus WLTP-Wert gemäß Bundesministerium für Wirtschaft und Energie 3 „Phasing-in“ Effekt: Grenzwert von 95g CO2/km gilt im Jahre 2020 für 95% der Neuzulassungen – ab 2021 werden 100% der neu zugelassenen Fahrzeuge berücksichtigt 4 Für die Jahre 2025 und 2030 berechnen sich die Grenzwerte als Verbesserung ggü. dem 2021 Wert um 15% bzw. 37,5% QUELLE: SAC, Europäisches Parlament, BMU, BMWi Stahl Automotive Consulting 6
DEUTSCHLAND Um CO2-Emissionsziele zu erreichen, müssen im Jahr 2030 in Deutschland ~1,5 Mio. EVs neu zugelassen und eine Gesamtflotte von 10,6 Mio. EVs erreicht werden Notwendige EV-Neuzulassungen und EV-Flotte in Deutschland, um Emissionsziele zu erreichen1 in Mio. Fahrzeuge EV-Neuzulassungen Anteil der EV- Anteil der X% X% EV-Flotte Neuzulassungen Gesamtflotte Annahmen ~21% ~51% ▪ OEMs müssen Zielwerte 10,6 für CO2-Emissionen von 81g CO2/km in 2025 9,1 und 59g CO2/km in 2030 erreichen ~8% 7,6 ▪ Es wird angenommen, 6,3 dass OEMs diese Ziele ~33% erreichen werden, um ~1% 5,1 schwerwiegende ~12% 4,0 Strafzahlungen zu vermeiden 3,0 2,1 1,4 1,2 1,3 1,4 1,5 0,9 0,9 1,0 1,1 0,4 0,5 0,4 0,5 0,7 2020 2025 2030 1 Annahmen: Neuzulassungen basieren auf Verkaufsprognosen für Deutschland; durchschnittliche Emissionen von 146g CO2/km (WLTP) für Neufahrzeuge, da keine weiteren beträchtlichen Verbesserungen für den Verbrennungsmotor erwartet werden; Rechnung berücksichtigt Super-Credits (Faktor 1,67 für 2021 und 1,33 für 2022), aber keine Öko-Innovationen QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 7
Durch EVs entsteht eine zusätzliche Energienachfrage, welche bis 2030 den deutschen Energieverbrauch um ca. 5% bzw. 30 TWh erhöhen wird Entwicklung des Energieverbrauchs in Deutschland (2012-2030) Energieverbrauch % Anteil des gesamten in TWh Stromverbrauchs Notwendige EV-Flotte, um 2018 gab es 83.175 EVs in Deutschland, CO2-Emissionsziel in 700 die über das Jahr insgesamt 0,2 TWh1 an 2030 zu erreichen: Energie verbrauchten 10,6 Mio. E-Fahrzeuge 650 710 + 30 TWh 5% 600 550 Zusätzliche nachgefragte Energie muss erzeugt werden und hat Einfluss auf die CO2-Emissionen 500 des Energiesektors 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 Zeit 1 Annahmen: Jährliche Fahrleistung = 13.727 km ; Durchschnittlicher EV-Verbrauch = 20,8 kWh / 100km, Herleitung im Anhang QUELLE: SAC, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, KBA Stahl Automotive Consulting 8
Im Rahmen der Energiewende sollen Kohlekraftwerke mittelfristig vollständig durch erneuerbare Energien (EE) ersetzt werden Netto-Stromerzeugung Deutschland nach Energieträgern in % der gesamten Stromerzeugung 100% „Mittelfristig soll die Kohle komplett durch 35% Erneuerbare Energien 62% ersetzt werden“ Erneuerbare Bundesregierung 2020 Energien 36% Braun- und 13% Steinkohle Kerngedanke der 12% Energiewende ist es, Atomkraft 18% 25% Atom- und Andere Kohlestrom- 2017 2030 erzeugung durch „Der Ausbau der Erneuerbaren Energien erneuerbare Energien auf 65 Prozent kann die wegfallenden „Die erneuerbaren Energien sind das zu substituieren Kohlestrommengen bis 2030 nahezu zentrale Element des neuen Strom- vollständig kompensieren“ erzeugungssystems, um das vorhandene, Agora Energiewende 2018 auf fossilen Energieträgern basierende, zu ersetzen“ BMWi 2019 QUELLE: SAC, Aurora Energy Research, Bundesregierung, BMWi, Agora Energiewende Stahl Automotive Consulting 9
Jedoch kann der Aufbau von erneuerbaren Energien aus einer Vielzahl von Gründen nicht deutlich beschleunigt werden – EE Erzeugungskapazitäten bleiben noch lange eine knappe Ressource Entwicklung der Energieproduktion aus erneuerbaren Quellen in Deutschland Gesamtproduktion Prognostiziertes Wachstum der erneuerbarer installierten Kapazität an EE ist bereits Energien optimistisch und kann wahrscheinlich ▪ Der Ausbau der in TWh nicht weiter beschleunigt werden installierten Kapazität an 400 erneuerbaren Energien wurde von politischen Entscheidungsträgern geplant 300 ▪ Der Ausbau wird durch folgende Faktoren limitiert: 200 384 o Ressourcen- knappheit 299 240 o Genehmigungs- 100 verfahren o Gesellschaftliche Akzeptanz 0 2020 2025 2030 Zeit QUELLE: Aurora Energy Research Stahl Automotive Consulting 10
Zur Bewertung der CO2-Emissionen der E-Mobilität werden zwei Szenarien betrachtet Bewertung der CO2-Emissionen Basis-Szenario Extrem-Szenario Wettbewerb Kohleausstieg Versorgung EV mit EE durch und E-Mobilität Optimierung Ladestrategie, dadurch keine Beeinträchtigung des Kohleausstiegs ▪ Zur exakten Modellierung besteht ▪ EE sind nicht beliebig schnell ausbaubar ▪ EV-Laden wird dahingehend optimiert, dass z.B. noch Forschungsbedarf ▪ Da EV-Laden einen zusätzlichen Energiebedarf überschüssige EE genutzt werden können ▪ Wir gehen aufgrund der darstellt, entsteht eine Versorgungslücke, die mit ▪ Es können über den in der Vergangenheit notwendigen Annahmen dem konventionellen Kraftwerkspark gedeckt geplanten EE-Ausbau hinaus weitere EE- davon aus, dass der werden muss Kapazitäten erschlossen werden (Aufbau oder reale Effekt näher am ▪ In der Konsequenz wird der Kohleausstieg durch Import) Basis-Szenario liegen EVs verlangsamt - dadurch entstehen zusätzliche ▪ Weitere Annahmen siehe folgende Seite wird Emissionen ▪ Die Rechenlogik für beide Szenarien ist identisch Basis-Szenario ▪ Regulatorische und Extrem-Szenario Strommarkteffekte Den EVs werden die durch ihren Strombedarf werden nicht betrachtet EVs werden zu 100% aus EE geladen entstehenden Mehremissionen zugerechnet QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 11
Für das Extrem-Szenario sind eine Reihe von ambitionierten Annahmen erforderlich ▪ Die abgeregelten EE können für EVs nutzbar gemacht werden. Da diese in 2030 voraussichtlich nur 1/3 des Energiebedarfes der EVs decken können, müssten noch weitere, nicht anderweitig nutzbare EE verfügbar sein (z.B. aus dem Ausland) Voraussetzung ▪ Gleichzeitig müsste es trotz des Übertragungsnetzausbaus Überschüsse geben, die im Netz nicht verwertet werden können, jedoch als Ladeenergie für EVs nutzbar sind ▪ Ein über die gegenwärtigen Pläne gesteigerter Ladeinfrastrukturausbau ermöglicht es, dass EVs überwiegend mit dem Netz verbunden sind. Damit wird die Voraussetzung geschaffen, die unvorhersehbar anfallenden EE aufzunehmen Annahmen ▪ Flächendeckende Implementierung von Managed Charging mit einhergehenden Einschränkungen zur Praktikabilität: Sind keine gesteuerte EE verfügbar, so werden Fahrzeuge nicht geladen bzw. nur eine Mindestreichweite von 30 km garantiert 1 Ladeinfrastruktur ▪ Deutlich geändertes Nutzerverhalten: EV-Fahrer müssen ihre Fahrzeuge (freiwillig oder verpflichtend) wann immer möglich an die Ladeinfrastruktur anschließen ▪ Wissenschaftliche Studien zur Simulation des Effekts gehen von einer EV-Flotte aus, die deutlich kleiner ist, als in unserer Prognose ▪ Die mit diesen Annahmen verbundenen Kostenimplikationen sind komplex zu berechnen und nur in sektorübergreifender Zusammenarbeit zu bewerten. Sie erhöhen jedoch mit Sicherheit die in dieser Studie für die E-Mobilität getroffenen Kostenannahmen. Darüber hinaus werden wahrscheinlich auch noch zusätzliche Netzausbaukosten anfallen Kommentare ▪ Es ist daher schwer abschätzbar, wieviel Prozent der sonst nicht nutzbaren EE auf diesem Wege tatsächlich für die E-Mobilität verfügbar gemacht werden können. Studien2 gehen davon aus, dass damit die EV-Emissionen in 2030 so um bis zu 26% reduziert werden können ▪ Wir haben für das Extrem-Szenario angenommen, dass EVs zu 100% aus EE geladen werden. Dabei wurden keine zusätzlichen Verwendung als Kosten z.B. für Netzinfrastruktur und notwendige Erhöhung der Anzahl Ladepunkte berücksichtigt und auch die damit verbundenen Extrem-Szenario Umsetzungs- und Akzeptanzrisiken vernachlässigt in dieser Studie 1 FfE – Projekt MONA 2030, Teilbericht Basisdaten 2 FfE - Ladesteuerung von Elektrofahrzeugen und deren Einfluss auf betriebsbedingte Emissionen QUELLE: SAC, Forschungsstelle für Energiewirtschaft Stahl Automotive Consulting 12
Der wegen der Corona-Krise gesenkte Strombedarf wurde hauptsächlich durch weniger Kohlekraft gedeckt – Dies zeigt, dass zusätzlicher Bedarf durch Kohlekraft gedeckt würde Stromerzeugung im 1. HJ 2019 und 1. HJ 2020 in TWh Verminderung der 264 EE wurde wie geplant Stromerzeugung wurde über ausgebaut1 Kohlereduzierung erreicht 22 11 242 3 -5 -19 -12 Atomkraft Kohle Gas EE ▪ In Zeiten geringerer Strombedarfe wird weniger Kohlekraft erzeugt ▪ Dies ist ein deutlicher Indikator dafür, dass zusätzliche 1. HJ Strom- 1. HJ Bedarfe hauptsächlich durch Kohlekraft gedeckt würden – 2019 reduzierung 2020 unter der Annahme, dass EE begrenzt verfügbar sind 1 Nach Prognosen von Aurora Energy Research wird die Produktion aus EE jährlich durchschnittlich um 14,4 TWh zunehmen (2020-2030) QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 13
Agenda Zusammenfassung, Zielsetzung und Vorgehensweise Volumenprognose für Elektrofahrzeuge auf Basis der CO2-Emissionsziele Ökologische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Ökonomische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Alternativen zur Elektromobilität Stahl Automotive Consulting 14
Im Basis-Szenario konkurrieren EVs mit der Reduktion fossiler Energieerzeugung (Braun- und Steinkohle), da erneuerbare Energie nur begrenzt verfügbar ist Möglichkeiten für die Energieverwendung Ersetzen fossiler Energieerzeuger (Braun- und Steinkohle) durch erneuerbare Energie (EE) Zusätzliche Energie aus erneuerbaren Energien Ersetzen von verbrennungs- motorischen Fahrzeugen (ICEs) durch Elektrofahrzeuge (EVs) QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 15
Um den gesamten CO2-Effekt zu berechnen, müssen für beide Alternativen sämtliche Emissionen berücksichtigt werden Vergleich der CO2-Emissionen - Deltabetrachtung zum gegenwärtigen Status Emissionen aus Effekt auf die Emissionen aus Energieerzeugung Fahrzeugherstellung und Betrieb Gesamtemissionen Ersetzen fossiler Energieerzeuger (Braun- und Steinkohle) durch erneuerbare Energien (EE) Vermeidung CO2-Effekt durch Erzeugung von CO2- Ersetzen von erneuerbarer Energien Emissionen in Kohlekraft- = Kohlekraft durch EE werken 1 2 3 4 Delta Δ Ersetzen von verbrennungs- Emissionen motorischen Fahrzeugen (ICEs) durch Elektrofahrzeuge (EVs) Energie aus Delta Emissionen Erzeugung Kohlekraft- CO2-Effekt durch EV-Batterie- Entfall ICE- beschreiben die erneuerbarer Energien werken kann nicht substituiert produktion Emissionen = Ersetzen von ICEs durch EVs Differenz zwischen den Einsparungen werden der beiden Alternativen im Vergleich zum gegenwärtigen Status QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 16
Erzeugung erneuerbarer Energien 1 Die Produktion von 1kWh Strom aus erneuerbaren Energien verursacht im Jahre 2020 Emissionen von 36g CO2/kWh, diese sinken bis 2030 auf 29g CO2/kWh Emissionen bei Stromerzeugung Entwicklung der installierten Leistung an erneuerbaren Energien aus erneuerbaren Energien1 in g CO2/kWh in % der EE-Erzeugung PV Wind Wasser Biomasse 100% 67 20% 23% Photovoltaik 54% 65% Windenergie 10 11% 15% 5% 7% 2020 2025 2030 Wasserkraft Entwicklung der volumen-gewichteten Emissionen der erneuerbaren Energien 4 in g CO2/kWh In das Modell fließen diese berechneten jährlichen Emissionen ein 112 36 35 34 34 33 32 32 31 30 30 29 Biomasse 2020-2030 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 1 Emissionen entstehen bei dem Bau der Anlagen bzw. im Rahmen der Energieerzeugung (z.B. Verbrennung von Biomasse). Es wird angenommen, dass diese bis 2030 konstant bleiben QUELLE: SAC, Umweltbundesamt, Aurora Energy Research Stahl Automotive Consulting 17
Vermeidung von CO2-Emissionen in Kohlekraftwerken 2 Entsprechend des Abschaltungsplans der Bundesregierung werden Kohlekraftwerke bis 2038 stillgelegt – Im Jahr 2030 verursacht die Erzeugung von 1kWh Kohlestrom 973g CO2 Abschaltungsplan der Kohlekraftwerke und resultierende volumen-gewichtete CO2-Emissionen von 1kWh Strom auf Kohlebasis in GW Steinkohlekraftwerkskapazitäten gemäß Kohleausstiegsplan Steinkohlekraftwerkskapazitäten (linear interpoliert) Braunkohlekraftwerkskapazitäten gemäß Kohleausstiegsplan bzw. Stilllegungspfad Annahmen 43 23 29 21 20 ▪ CO2-Emissionen bei 18 17 15 14 13 12 12 17 der Herstellung von 11 10 20 9 8 Für die 1kWh Strom auf Basis 18 17 17 16 14 14 14 14 14 13 11 9 9 Substitutions- fossiler Energieträger (2018): 2017 2022 2030 rechnung werden volumen- o Steinkohle: gewichtete 813g CO2/kWh Emissionen der o Braunkohle: Volumen-gewichtete Emissionen deutscher Kohlekraftwerke Kohlekraftwerke 1121g CO2/kWh in g CO2/kWh auf Jahresbasis herangezogen ▪ Diese Emissionswerte bleiben nahezu konstant 957 956 956 962 965 964 968 972 974 980 983 980 965 973 über den betrachteten Zeitraum 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 QUELLE: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Umweltbundesamt Stahl Automotive Consulting 18
EV-Batterieproduktion 3 Auf Basis der CO2-Emissionen der EV-Batterieproduktion, EV-Batteriegröße und -Lebensdauer ergeben sich für das Jahr 2020 EV-Batterieemissionen von 33g CO2/km bzw. 158g CO2/kWh CO2-Emissionen durch die EV-Batterieproduktion1 Entwicklung der durchschnittlichen EV-Batteriegröße2 in kg CO2/kWhKapazität in kWhKapazität Annahmen 1,14% ▪ Für die Bewertung der Emissionen 137 129 in der EV-Batterieproduktion gehen 111 50,7 53,7 47,9 wir von einem optimistischen Szenario aus und erwarten ein deutliches Absinken der CO2- Emissionen im Vergleich zu heute ▪ Bis 2030 werden EV-Batterien 2020 2025 2030 2020 2025 2030 vollständig mit erneuerbaren Energien produziert, EV-Batterielebensdauer Substitutionseffekt wird berücksichtigt in km ▪ EV-Batterieproduktion in 200.000 Deutschland verursacht 136-110kg CO2/kWhKapazität EV-Batterieemissionen pro km ▪ Durchschnittliche EV-Batteriegröße in g CO2/km der in Deutschland verkauften EVs 33 33 33 34 33 33 32 32 31 betrug 47,4 kWh (Q1-Q3 2019) 30 30 ▪ EV-Batterie wird während des Fahrzeuglebens nicht ersetzt ▪ Recycling und Weiterverwendung der EV-Batterie wird nicht berücksichtigt 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 1 Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) und eigene Berechnung – siehe Anhang 2 Berechnung der durchschnittlichen EV-Batteriegröße in 2019 basierend auf Veröffentlichung von Cleantechnica, Wachstumsrate basiert auf Statista QUELLE: Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE), Cleantechnica, Statista Stahl Automotive Consulting 19
Entfall ICE-Emissionen 4 Der durchschnittliche Verbrauch von Diesel PKWs in Deutschland betrug 2019 5,5 l/100km (WLTP) - dies führt zu einer Emission von ~176g CO2/km Analyse des Kraftstoffverbrauchs von Diesel-Pkws (2019) TtW Emissionen WtT Emissionen Durchschnittlicher Direkte Emissionen Diesel-Pkw Gesamte Emissionen Diesel-Pkw Gesamte Emissionen Kraftstoffverbrauch Diesel-Pkw (Tank-to-Wheel) (Well-to-Wheel) (in kWh umgerechnet)4 in l/100km in g CO2/km in g CO2/km in g CO2/kWh 176 847 5,5 146 146 701 Faktor2: Zusätzliche3 Faktor: 1l Diesel = 2.650g Well-to-Tank-Emissionen Durchschnittlicher EV- CO2 (WtT) in Höhe von ~21% 30 Verbrauch von 146 20,8kWh/100 km WLTP- Tank-to- Well-to- entspricht 4,81 km/kWh Well-to- Verbrauch1 Wheel Wheel Wheel Emissionen Emissionen Emissionen (TtW) (WtW) (WtW) Annahme: Emissionen für das Dieselfahrzeug bleiben konstant über den gesamten Untersuchungszeitraum, da eine weitere Optimierung von Verbrennungsmotoren hinsichtlich CO2-Emissionen aus technischer Sicht an Grenzen stößt 1 Eigene Berechnung: Durchschnittliche CO2-Emissionen der neu zugelassenen Diesel-Pkw in Deutschland 2 Umweltbundesamt: Pro Liter Diesel werden bei vollständiger Verbrennung 2,65 kg CO2 freigesetzt 3 Gemeinsame Forschungsstelle der Europäischen Kommission: Zuschlag für vorgelagerte Aktivitäten (u.a. Raffination und Transport) auf die Tank-to-Wheel Emissionen von ~20,83% 4 Detaillierter Überblick zur Umrechnung von g CO2/km in g CO2/kWh im Anhang QUELLE: KBA, Gemeinsame Forschungsstelle der Europäischen Kommission, Umweltbundesamt Stahl Automotive Consulting 20
BASIS-SZENARIO - JAHR 2020 Können erneuerbare Energien Kohlestrom substituieren, ergibt sich ein höherer Einspareffekt als beim Ersetzen eines Verbrenners durch ein EV - Perspektive CO2/kWh Vergleich der CO2-Emissionen1 in g CO2/kWh Emissionen aus Effekt auf die Emissionen aus Energieerzeugung Fahrzeugherstellung und Betrieb Gesamtemissionen Ersetzen fossiler 36 Energieerzeuger (Braun- und Höhere CO2- Steinkohle) durch -962 Emissionen erneuerbare Energien (EE) (Delta) durch 0 0 das Beladen von EVs, anstatt der -926 Substitution CO2-Einsparung durch fossiler Ersetzen von Energiequellen: Kohlekraft durch EE Δ 273g CO2/kWh Ersetzen von verbrennungs- 36 0 158 (57g CO2/km)1 motorischen Fahrzeugen (ICE) durch Elektrofahrzeuge -847 (EV) Die Nutzung erneuerbarer -653 Energien zur Erzeugung Substitution von EV-Batterie- Entfall ICE- CO2-Einsparung durch Abschaltung von erneuerbarer Emissionen aus produktion Emissionen Ersetzen von ICEs Kohlekraftwerken Energien Kohlekraftwerken durch EVs spart mehr CO2- Emissionen ein, als 1 2 3 4 die Ersetzung von 1 Detaillierte Umrechnung von g CO2/kWh zu g CO2/km im Anhang; Es werden nur abweichende Emissionen zwischen EV und ICE betrachtet - Emissionen Verbrennungs- z.B. bei der Fahrzeugproduktion werden nicht beachtet, da diese annähernd identisch anfallen motoren durch EVs QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 21
BASIS-SZENARIO - JAHR 2020 Können erneuerbare Energien Kohlestrom substituieren, ergibt sich ein höherer Einspareffekt als beim Ersetzen eines Verbrenners durch ein EV - Perspektive CO2/km Vergleich der CO2-Emissionen1 in g CO2/km Emissionen aus Effekt auf die Emissionen aus Energieerzeugung Fahrzeugherstellung und Betrieb Gesamtemissionen Ersetzen fossiler 8 Energieerzeuger (Braun- und Steinkohle) durch erneuerbare Energien (EE) -200 0 0 -193 CO2-Einsparung durch Ersetzen von Kohlekraft durch EE Δ +57g CO2/km1 Ersetzen von verbrennungs- 8 0 33 motorischen Fahrzeugen (ICE) durch Elektrofahrzeuge -176 (EV) -136 Erzeugung Substitution von EV-Batterie- Entfall ICE- CO2-Einsparung durch erneuerbarer Emissionen aus produktion Emissionen Ersetzen von ICEs Energien Kohlekraftwerken durch EVs 1 2 3 4 1 Detaillierte Umrechnung von g CO2/kWh zu g CO2/km im Anhang QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 22
BASIS-SZENARIO EVs werden Mehremissionen in Höhe von 8,2 Mio. t CO2 in 2030 verursachen – Dies entspricht ca. dem Vierfachen der Emissionen des innerdeutschen Flugverkehrs Deltabetrachtung: Zusätzliche CO2-Emissionen von EVs Anstieg der zusätzlichen Emissionen in g CO2/km in Mio. t CO2 57 57 57 59 59 59 60 60 59 56 ∑ ~40 55 8,2 6,8 2020 2025 2030 6,2 ▪ Bei gemeinsamer 5,2 Betrachtung von Energie- und Transportsektor EV-Flotte in Deutschland (2020-2030) 4,2 erhöhen sich die in Mio. Fahrzeugen CO2-Emissionen CO2-Emissionen 3,2 durch die breite des inner- Einführung von EVs 10,6 9,1 deutschen Flug- 2,4 deutlich 7,6 verkehrs (2018) 6,3 1,7 ▪ Von 2020 bis 2030 5,1 werden ~40 Mio. t 4,0 1,1 3,0 0,7 mehr CO2 emittiert 1,4 2,1 0,4 0,5 0,9 2020 2025 2030 2020 2025 2030 QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 23
Strom-Zwischenspeicherung und Atomenergie verbessern die Bilanz der Elektromobilität nicht Begrenzender Alternative Erklärung Faktor Erneuerbare ▪ Energiespeicherung kann die Nutzung von erneuerbaren Energien optimieren. In diesem Fall könnte die Kosten und CO2- Energie aber auch, wenn benötigt, in das Netz eingespeist werden. Somit ergibt sich ein Wettbewerb zwischen Energien Emissionen von Abschaltung von Kohlekraftwerken und Elektrofahrzeugen (Substitutionseffekt) speichern, um Batterien EVs zu laden ▪ Darüber hinaus fallen zusätzliche CO2-Emissionen und Kosten für die Batterien an ▪ Die Beladung der Elektrofahrzeuge mit Nuklearenergie führt im Vergleich zu erneuerbarer Energie aufgrund EVs mit niedrigerer Stromgestehungskosten zu minimal geringeren Mehrkosten Nuklearenergie Akzeptanz laden ▪ Auch hier könnte die erzeugte Energie für das Abschalten von Kohlekraftwerken genutzt werden, daher verbessert auch diese Maßnahme die CO2-Bilanz der EVs nicht Beiden Alternativen ist es gemein, dass die Strommengen ebenso konstant ins Netz eingespeist werden und so fossile Stromerzeugung ersetzt werden kann. Daher verbessern sie den CO2-Ausstoß der Elektromobilität nicht QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 24
Agenda Zusammenfassung, Zielsetzung und Vorgehensweise Volumenprognose für Elektrofahrzeuge auf Basis der CO2-Emissionsziele Ökologische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Ökonomische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Alternativen zur Elektromobilität Stahl Automotive Consulting 25
Neben der ökologischen Perspektive ist auch eine Bewertung der gesamtgesellschaftlichen Kosten von Elektrofahrzeugen im Vergleich zu Verbrennungsmotoren notwendig Kostenarten für die durch EVs verursachten gesamtgesellschaftlichen Zusatzkosten I II III IV Delta Delta Kosten für Delta = Gesamte Fahrzeugkosten CO2-Kosten Ladeinfrastruktur Energiekosten Zusatzkosten (EV vs. Diesel) ▪ Delta jährlicher ▪ Delta für zusätzliche ▪ Kosten für private Wertverlust über 10 CO2-Emissionen aus Infrastruktur Da Steuern und Jahre Nutzungszeit (zu Hause, Arbeits- ▪ Delta Kosten Subventionen keinen - Energieerzeugung platz, Geschäfte) Energieerzeugung gesamtgesellschaft- ▪ Delta jährliche - Substitution ▪ Kosten für öffentliche ▪ Delta Kosten lichen Kosteneffekt Wartungskosten Infrastruktur Kraftstoff haben, werden diese - EV-Batterieproduktion ▪ Delta jährliche (Normal- und nicht berücksichtigt Versicherungskosten - Fahrzeugemissionen Schnellladesäulen) QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 26
I Die Kosten für die Komponenten eines EVs sind ausschlaggebend für die gesamtwirtschaftliche Betrachtung und könnten sich unterschiedlich entwickeln Mögliche Entwicklung Annahmen Entwicklung EV-Nettopreis1 (beispielhaft für ID.3) des EV-Preises in EUR 40.000 Preisstabilität EV Preis ICE ▪ EV-Batteriekosten werden in den nächsten 10 Jahren 30.000 aufgrund von Skaleneffekten sinken Preisstabilität ▪ EV-Batteriegrößen werden weiterhin wachsen 20.000 Durchschnittlicher ▪ Insgesamt werden sich diese Effekte wahrscheinlich 10.000 EV-Preis bleibt bis ausgleichen, wie es in der Vergangenheit der Fall war 2030 konstant 0 2020 2030 40.000 Preisreduktion EV Preis ICE ▪ Effekt der sinkenden EV-Batteriekosten überwiegt Steigerung der EV-Batteriekapazitäten und EV-Preise 30.000 sinken -30% ▪ In einem extrem optimistischen Szenario könnten die 20.000 Preisrückgang Preise für EVs um ~30% bis 2030 sinken – die Preise für Durchschnittlicher EVs liegen 2030 somit knapp unterhalb der Preise für ICEs 10.000 EV-Preis reduziert ▪ Diese Ausprägung ist aus unserer Sicht jedoch sehr sich um 30% bis 2030 unwahrscheinlich 0 2020 2030 1 Für die gesamtgesellschaftliche Betrachtung der Kosteneffekte werden Nettofahrzeugpreise verglichen, da z.B. Steuern und Subventionen lediglich einen Umverteilungscharakter haben QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 27
I Die Kostenanalyse zeigt auf Basis eines durchschnittlichen Fahrzeugs, dass bis 2030 für EVs zusätzliche gesamtgesellschaftliche Kosten in Höhe von ~9 bis ~38 Mrd. EUR entstehen Annahmen1 VW Golf 7 2.0 TDI VW ID.3 BMT ▪ Restwert der Fahrzeuge entspricht Preisstabilität Preisrückgang (-30%) 15% des Listenpreises nach 10 Jahren 2020 2030 2020 2030 ▪ Versicherung beinhaltet Haftpflichtversicherung und Wertverlust über + 682 / -111 Vollkaskoversicherung3 (100% bei 19.607 EUR 26.429 EUR 26.429 EUR 26.429 EUR 18.500 EUR 10 Jahre (netto) EUR/a 500 Euro Selbstbeteiligung) Mögliche Entwicklung EV-Preis: Jährliche Wartung ▪ Preisstabilität: 857 EUR - 257 EUR/a 600 EUR 600 EUR 600 EUR 600 EUR / Reparatur2 EV-Preis bleibt unverändert bis 2030 – EV-Batteriekostenpreise sinken, allerdings werden auch größere EV-Batterien erwartet Jährliche 1.820 EUR + 343 / -56 2.163 EUR 2.163 EUR 2.163 EUR 1.765 EUR Versicherung3 EUR/a ▪ Preisrückgang: EV-Preis wird bis 2030 um 30% reduziert (niedrigerer Preis als ICE) Delta jährliche Fahrzeugkosten pro EV +768 EUR +768 EUR +768 EUR -423 EUR Delta kumulierte Fahrzeugkosten (Gesamtflotte 2020-2030) +37,9 Mrd. EUR +9,3 Mrd. EUR 1 Energie- bzw. Kraftstoffkosten werden bei den Energiekosten (IV) betrachtet 2 Für EVs werden ~70% der Wartungskosten von konventionellen Fahrzeugen angenommen; Risiko einer defekten EV-Batterie wird nicht betrachtet 3 Haftpflichtversicherung identisch für Golf TDI und ID.3; Vollkaskoversicherung des ID.3 proportional höher als bei einem Golf TDI entsprechend dem Fahrzeugmehrpreis QUELLE: Allianz, ADAC, KBA, Mobility House Stahl Automotive Consulting 28
II Der faire Preis für CO2-Emissionen wird vom Umweltbundesamt auf 180 EUR/t CO2 geschätzt – dadurch ergeben sich durch EVs zusätzliche CO2-Kosten in Höhe von 7,2 Mrd. EUR Kalkulation der CO2-Kosten der zusätzlichen Emissionen von EVs Laut Umweltbundesamt verursacht 1 t CO2 Schäden in Höhe von ~180 EUR CO2-Mehremissionen bzw. Einsparungen (2020-2030) 40 Mio. t CO2 180 EUR CO2-Mehrkosten durch EVs (2020-2030) Trotz des fiktiven 7,2 Mrd. EUR Charakters der CO2- Kosten, müssen diese dennoch berücksichtigt CO2-Preis werden da 180 EUR/t CO2 Mehremissionen entstehen Fairer CO2-Preis QUELLE: SAC, Umweltbundesamt Stahl Automotive Consulting 29
III Für den Betrieb von 10,6 Mio. EVs in 2030 müssen ausreichend öffentliche und private Ladepunkte installiert werden, resultierend in ~37 Mrd. EUR Gesamtkosten Annahmen Kalkulation der Kosten für die Ladeinfrastruktur Anzahl Ladepunkte nach VDA (basierend auf Jährliche EV-Flotte EV-Flotte 10,6 [Mio. Fahrzeuge] EU-AFID Richtlinie und Nationale Plattform in Mio. EVs Zukunft der Mobilität): ▪ 1,1 private Ladepunkte1 pro EV Private 3,7 kW Private 11 kW Öffentliche Öffentliche 4,0 Ladepunkte Ladepunkte 11 kW Normal- 150 kW ▪ 0,1 öffentliche Ladepunkte pro EV pro EV pro EV ladepunkte Schnelllade- 0,5 ▪ 0,01 Schnellladepunkte pro EV (zu Hause) (Arbeitsplatz, pro EV punkte pro EV Geschäfte) 2020 2025 2030 Verteilung der privaten Ladepunkte: 0,6 LP/EV 0,5 LP/EV 0,1 LP/EV 0,01 LP/EV ▪ Darauf aufbauend, nehmen wir an, dass alle Kosten für Ladeinfrastruktur EVs, die über einen eigenen Stellplatz 7,8 Kosten pro Kosten pro Kosten pro Kosten pro [Mrd. EUR] verfügen, eine Wallbox (3,7 kW) nutzen: 0,6 privater privater öffentlicher öffentlicher (60% der Haushalte haben einen eigenen Ladepunkt Ladepunkt Normallade- Schnelllade- Stellplatz2) (zu Hause) (Arbeitsplatz, punkt punkt ▪ Die verbleibenden 0,5 werden von Geschäfte) Arbeitgebern, Geschäften, etc. aufgebaut 115 EUR/a 1.000 EUR/a 1.000 EUR/a 13.000 EUR/a 3,0 Kosten für Ladepunkte: ▪ Kosten auf Basis Ludwig-Bölkow Stiftung Kumulierte Kosten für Ladeinfrastruktur 0,3 (Details im Anhang) inklusive Skaleneffekte3 ~37 Mrd. EUR 2020 2025 2030 1 Exakter Wert: 1,125 Ladepunkte pro EV 2 Eigene Berechnung 3 Skaleneffekte: 15% Kostenreduktion bis 2030 bei Hardware und Wartung QUELLE: SAC, Ludwig-Bölkow Stiftung, VDA Stahl Automotive Consulting 30
E-Mobilität verursacht zusätzliche Kosten für den Netzausbau, die heute noch nicht exakt abgeschätzt werden können – erste Analysen gehen von 200-400 EUR pro E-Fahrzeug aus ▪ Mit zunehmender Anzahl an E-Fahrzeugen werden die Grenzen des Die E-Mobilität verursacht Kosten Stromnetzes erreicht: Überschreitungen des zulässigen Spannungsbandes für den Ausbau des Nieder- und und der zulässigen Stromgrenzen erfordern leistungsstärkere Leitungen Mittelspannungsnetzes1, die sowie neue Ortsnetzstationen und Transformatoren gesamtgesellschaftlich getragen ▪ Kosten für diesen Ausbau werden je nach Ladesteuerung zwischen 200 und werden müssen 400 EUR pro EV geschätzt. Somit entstünden bis 2030 zusätzliche Kosten in Höhe von 0,5 bis 1 Mrd. EUR ▪ Die Höhe der Netzausbaukosten ist von verschiedenen Parametern (u.a. Anzahl EVs, Anzahl, Leistung und Verteilung der Ladepunkte) und deren künftigen Entwicklung abhängig – daher ist eine belastbare Abschätzung zu diesem Zeitpunkt nicht möglich ▪ Aus diesem Grund wurden diese Kosten bei der Studie nicht berücksichtigt 1 Dorendorf et al.: E-Mobility Stresstest: E.ON Netze mit überschaubarem Aufwand bereit für die Mobilitätswende QUELLE: SAC, Dorendorf et al. Stahl Automotive Consulting 31
IV Für die Berechnung werden optimistische Stromgestehungskosten für erneuerbare Energien von 6,3 Cent/kWh angenommen Stromgestehungskosten für erneuerbare Energien in Deutschland (2018) Annahmen in EUR Cent/kWh Durchschnittliche Kosten für 1kWh aus erneuerbaren Energien (Volumen-gewichtet) 14 13,79 Die Kosten für EE sind optimistisch niedrig angenommen und in der 12 Realität vermutlich höher, da: Ø 10,64 10 ▪ Konventionelle Kraftwerke zum 8,46 8,23 Ausgleich schwankender EE 8 bereitgehalten werden 6,77 Ø 6,70 7,49 Ø 6,331 ▪ Ein Netzausbau zur 6 Ø 6,11 Nutzbarmachung der EE notwendig Ø 5,24 ist 4 4,95 3,71 3,99 ▪ Die hier dargestellten Kosten 2 unterstellen, dass die gesamte technisch mögliche 0 Erzeugungsmenge (unter PV Dach groß PV Freifläche Wind Onshore Wind Offshore Rahmenbedingungen in (100-1000kWp) (>2MW) (2-4MW) (3-6MW) Deutschland) abgenommen werden kann, was jedoch im Kontext der Energiewende eine optimistische Kumulierte Annahme ist installierte 45,23 52,45 6,40 Leistung in GW 1 Gewichtung nach kumulierter installierter Leistung QUELLE: SAC, Fraunhofer ISE Stahl Automotive Consulting 32
IV Bei den Energiekosten haben EVs einen Vorteil von 7,2 Mrd. EUR gegenüber den verbrennungsmotorischen Fahrzeugen Jährliche Fahrleistung EV-Flotte (2020-2030) X 13.727 km 0,5 – 10,6 Mio. Fzg. Energiekosten für das Ersetzen fossiler Energieerzeuger (Braun- und Steinkohle) durch EE (weitere Nutzung von ICEs) Kraftstoffkosten Kraftstoffkosten1 Verbrauch ICE (kumuliert) X X 0,62 – 0,93 EUR/l 5,5 l/100km 31,8 Mrd. EUR Bei dem Ölpreisverfall in 2020 ist von einem Delta vorrübergehenden Effekt auszugehen Zu fahrende km Energiekosten (2020-2030) (kumuliert) Energiekosten für das Stromkosten 2020-2030 690,8 Mrd. km Ersetzen von verbrennungs- -7,2 Mrd. EUR motorischen Fahrzeugen 15,57 – 17,77 Cent/kWh durch Elektrofahrzeuge Kosten erneuerbarer Energieerzeugung Stromgestehung: Verbrauch EV für EV-Aufladung 6,33 Ct/kWh X X (kumuliert) 20,8 kWh/100km Netzentgelt (2020-2030): 7,58 - 9,78 Ct/kWh 24,6 Mrd. EUR Konzessionsabgabe: 1,66 Ct/kWh 1 Eigene Berechnung (Kosten ohne Steuerzusätze basierend auf prognostizierter Rohölpreisentwicklung) QUELLE: SAC, Fraunhofer ISE, BDEW, IEA, KBA Stahl Automotive Consulting 33
Bei Preisstabilität der EVs entstehen Gesamtkosten für die Elektromobilität von ~75 Mrd. EUR – Bei sinkenden EV-Preisen ~47 Mrd. EUR Kostenarten für die durch EVs verursachten, gesamtgesellschaftlichen Zusatzkosten (2020-2030) in Mrd. EUR -7,2 37,4 7,2 75,3 46,7 37,9 I II III IV Delta Delta Kosten für Delta = Gesamte Gesamte Fahrzeugkosten CO2-Kosten Ladeinfrastruktur Energiekosten Zusatzkosten Zusatzkosten (EV vs. Diesel) EV-Preisstabilität EV-Preisrückgang ▪ Delta jährlicher ▪ Kosten für private Wertverlust über 10 Infrastruktur (zu Hause, Arbeits- Geringere Kosten Jahre Nutzungszeit ▪ Delta Kosten platz, Geschäfte) aufgrund sinkender ▪ Delta jährliche ▪ Delta für zusätzliche Energieerzeugung Fahrzeugkosten Wartungskosten CO2-Emissionen ▪ Kosten für öffentliche ▪ Delta Kosten ▪ Delta jährliche Infrastruktur Kraftstoff Versicherungs- (Normal- und kosten Schnellladesäulen) QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 34
Die Analyse zeigt, dass die Elektromobilität voraussichtlich Mehremissionen und Mehrkosten verursacht und somit keinen sinnvollen ökologischen und ökonomischen Beitrag leistet Gesamtgesellschaftliche Mehrkosten in Mrd. EUR (2020-2030) Erhöhung der Verringerung der CO2-Emissionen CO2-Emissionen 100 80 Basis-Szenario ▪ Nutzung der erneuerbaren EV-Preisstabilität Energien zum Aufladen von Extrem-Szenario EVs führt durch den EV-Preisstabilität Substitutionseffekt zu 60 zusätzlichen CO2- Basis-Szenario Emissionen und hohen EV-Preisrückgang Zusatzkosten und stellt somit 40 Extrem-Szenario keine sinnvolle Lösung für EV-Preisrückgang den Verkehrssektor dar ▪ Im Extrem-Szenario entsteht 20 ein positiver Effekt 0 120 80 40 0 -40 -80 -120 CO2-Emissionen in Mio. t (2020-2030) QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 35
Elektromobilität stellt keine sinnvolle Lösung zur CO2-Reduktion im Verkehrssektor dar – effizientere Alternativen sollten identifiziert werden Kosten der Vermeidung von CO2-Emissionen in Deutschland in EUR/t CO2 Spannbreite der in den Sektoren möglichen Maßnahmen zur CO2-Reduktion CO2-Vermeidungskosten [EUR/t CO2] Verkehrssektor Industriesektor (Beispiele) 800 ▪ Elektromobilität kann 713 entweder keine Emissionen einsparen (Basis-Szenario) oder führt zu prohibitiv 600 hohen Vermeidungskosten (Extrem-Szenario) ▪ Somit ist diese Lösung ungeeignet, da CO2- „Fairer“ 400 Emissionen in anderen CO2-Preis Darstellung Sektoren effizienter gemäß nicht möglich, eingespart werden können UBA: 180 da zusätzliche 200 414 ▪ Um dennoch Emissionen im EUR/t CO2 Emissionen 150 entstehen 101 Verkehrssektor einzusparen, Preis für sollten Alternativen betrachtet EU-ETS werden 0 13 7 2020: 25 Elektromobilität Elektromobilität Zement- Stahl- EUR/t CO2 (Basis-Szenario) (Extrem-Szenario1) industrie industrie 1 Im Extrem-Szenario wird angenommen, dass die gesamte Energie zum Laden von EVs aus nicht anderweitig nutzbaren erneuerbaren Energien stammt. 713 EUR/t CO2: EV- Preisstabilität; 414 EUR/t CO2: EV-Preisreduktion. Da die Kosten für die Nutzbarmachung der EE nicht enthalten sind, dürften die Vermeidungskosten höher liegen als hier dargestellt. QUELLE: SAC, Agora Energiewende, McKinsey & Company Stahl Automotive Consulting 36
Agenda Zusammenfassung, Zielsetzung und Vorgehensweise Volumenprognose für Elektrofahrzeuge auf Basis der CO2-Emissionsziele Ökologische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Ökonomische Effekte von Elektromobilität im Vergleich zu ICE Alternativen zur Elektromobilität Stahl Automotive Consulting 37
Am Markt existieren zahlreiche Alternativen zur Elektromobilität - Synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff werden in der Studie im Detail betrachtet LNG/CNG Wasserstoff aus Flüssige Kohlenwasserstoffe erneuerbaren Energien Energieträger Synthetisch aus Luft und Basierend auf pflanzlichen Wasser1 (Diesel, Benzin) Rohstoffen (RME, Bio-Ethanol) Bestehende Flotte Hohe Bestehende Bestehende grundsätzlich umrüstbar Emissionsreduktion Flotte Flotte Bestehende Bestehende Infrastruktur Bestehende Infrastruktur (Transport, Distribution) Infrastruktur Vorteile Hohe Nachwachsender Energiedichte Rohstoff Hohe Emissionsreduktion Geringe Keine bestehende Hoher Wettbewerb zum Emissionsreduktion Flotte Energiebedarf Nahrungsmittelanbau Keine Infrastruktur (Produk- Keine bestehenden Entstehung von tion, Transport, Distribution) Produktionsstätten Monokulturen Nachteile Geringe Enormer Energiedichte Flächenbedarf Hoher Geringe Energiebedarf Emissionsreduktion Basiert auf fossilem CO2-Ersparnis gering und Mögliche Alternative – im Mögliche Alternative – im Energieträger und ist daher nicht mit Nahrungs- Weiteren analysiert Weiteren analysiert nicht nachhaltig mittelanbau vereinbar 1 Bei den synthetischen Kraftstoffen werden zunächst synthetisch erzeugtes Benzin, Diesel und Kerosin betrachtet – weitere synthetische Kraftstoffe (z.B. Methanol) auch möglich QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 38
Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe werden hinsichtlich ihrer ökologischen und ökonomischen Auswirkungen verglichen Vorgehensweise für die Analyse der Alternativen Brennstoffzelle mit Wasserstoff ICE mit synthetischen Kraftstoffen A Definition, Definition, Herstellprozess, Herstellprozess, mögliche mögliche Umsetzung Umsetzung E Ökologische Perspektive: Emissionen von B F Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen Ökonomische Perspektive: Kosten von C G Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen Gesamtheitliche Betrachtung D H und Vergleich mit Elektromobilität QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 39
A Wasserstoff bringt einige Herausforderungen mit sich H2 Charakteristika Wasserstoff ▪ In kleinem Umfang, bestehende Infrastruktur für Transport und Transport & Lagerung vorhanden und nutzbar ▪ Bei Wasserstoff werden Lagerung ▪ Für großflächige Verwendung weitere Investitionen Investitionen in den (Transport- und Lagermöglichkeiten) notwendig Ausbau des bestehenden Netzwerks nötig ▪ Vertrieb über existierende Tankstellen möglich. Aktuell ca. ▪ Darüber hinaus müsste 100 öffentliche Tankstellen in Deutschland Vertrieb die Fahrzeugflotte mit ▪ Für großflächige Verwendung weitere Investitionen neuen Fahrzeugen (Ausbau Tankstellennetzwerk) notwendig ersetzt werden, was eine hohe Kostenbelastung für den H2-Kraftstoff in ▪ Ersatz der bestehenden Fahrzeugflotte notwendig diesem Vergleich mit sich Fahrzeug- bringt ▪ Technologie jedoch bereits erforscht und in Serienproduktion betrieb ▪ Höherer Wirkungsgrad im Vergleich zu SynFuels QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 40
Die CO2-freundlichste Herstellung von Wasserstoff basiert auf dem Elektrolyse-Prozess unter A Zuhilfenahme von erneuerbaren Energiequellen Herstellung Wasserstoff ▪ Wasserstoff (H2) kann aus Wasser mittels Elektrolyse hergestellt werden Solar- Hydro- Wind- energie energie energie ▪ Wird ausschließlich erneuerbarer Elektrolyse Transport Elektrolyseanlagen & Vertrieb Strom verwendet, weist per Elektrolyse müssen für eine erzeugter Wasserstoff geringe großflächige Emissionen auf Verwendung weiter H2 ausgebaut werden ▪ Indirekte Emissionen entstehen nur Wasser aus erneuerbaren Energien bzw. Anlagenbau QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 41
A Der Energiebedarf für die Herstellung von Wasserstoff kann z.B. durch Solarenergie in sonnenreichen Regionen gedeckt werden Beispiel: Fukushima Hydrogen Energy Research Field – FH2R (Japan) ▪ Energiebedarf für Herstellung von Wasserstoff kann durch riesige Solarparks gedeckt werden ▪ In Japan ist dies bereits Realität (z.B. Solarpark FH2R) Enorme Verfügbarkeit an Solarenergie in o Installation von 10MW sonnenreichen Elektrolyseurkapazität Regionen wie o Energieversorgung mit Hilfe eines Nordafrika würde es 20MW Solarparks erlauben, den großen o Produktion von 1.200 Norm- Energiebedarf für die Kubikmeter grünem Wasserstoff pro Herstellung von Stunde Wasserstoff abzudecken und noch o Betriebsaufnahme: März 2020 größere Kapazitäten ▪ Ähnliche großindustrielle Anlagen für die aufzubauen Wasserstoffherstellung entstehen derzeit auch Bildrechte siehe Fußnote1 in Deutschland (Refhyne Projekt) und den Niederlanden (NortH2 Projekt) 1: Fukushima Hydrogen Energy Research Field (FH2R); Copyright by New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO); https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100422.html QUELLE: SAC, Cleanthinking Stahl Automotive Consulting 42
B Bei der Nutzung solarthermischer Energie für die Herstellung verursacht Wasserstoff sehr geringe CO2-Emissionen Perspektive für 20203 Berechnung der CO2-Ersparnis von Wasserstoff gegenüber fossilen Kraftstoffen Emissionen von Delta-Emissionen Energieverbrauch bei der Herstellung Emissionen von Wasserstoff und fossilen Wasserstoff vs. von Wasserstoff1,2,3 Wasserstoff Kraftstoffen fossile Kraftstoffe in kWhSolarenergie / kgH2 in g CO2/kgH2 in g CO2/km in g CO2/km Faktor: 1 kWh solarthermische 1.253 Energie in Batterieherstellung 13 545 50,57 Nordafrika Kompression verursacht 14 g 592 Hydrolyse Wasserstoff CO2 Faktor: Verbrauch Hydrolyse Kompression Weitere Gesamt Wasserstoff 1,07 kg/100km 176 -163 Delta Wasser für Hydrolyse würde aus Meerwasser Diesel gewonnen, der Energieaufwand dafür ist mit ca. 0,04 kWh/kgH2 vernachlässigbar gering Wasserstoff auf Basis solarthermischer Energie in Nordafrika verursacht 163g weniger CO2 je Kilometer als fossile Kraftstoffe (~92% Ersparnis ggü. Diesel) 1 Eigene Berechnung basierend auf BMVI, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (s. Anhang) 2 Energiebedarf z.B. für Verluste beim Transport von Wasserstoff werden im Rahmen dieser Studie nicht berücksichtigt 3 Dargestellte Werte beziehen sich auf das Jahr 2020 - Bis 2030 werden weitere Optimierungen bei der Wasserstoffproduktion berücksichtigt QUELLE: SAC, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik, Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), Ruhr-Universität Bochum, Wissenschaftliche Dienste des Stahl Automotive Consulting 43 Deutschen Bundestages
C Es wird erwartet, dass Kosten von Wasserstoff und fossilen Kraftstoffen sich über die Jahre immer mehr annähern – jedoch kommen bei H2 erhebliche Fahrzeugmehrkosten hinzu Entwicklung Kosten für fossile Kraftstoffe und Wasserstoff und Fahrzeugmehrkosten (2020-2030)1 Annahmen in EUR/km Kosten für fossile Kraftstoffe und Wasserstoff Wasserstoff Fossile Kraftstoffe ▪ Wasserstofferzeugung in Nordafrika in EUR/km oder im Nahen Osten Bei dem Ölpreisverfall +76% ▪ Kostenentwicklung für Wasserstoff in 2020 ist von einem ▪ Skaleneffekte in basiert auf einer Studie des Hydrogen vorrübergehenden -60% einem Council Effekt auszugehen wachsenden 0,11 Markt führen zu ▪ Prognose der Kosten für fossilen 0,07 0,06 einer günstigeren Kraftstoff (Diesel) entsprechend der 0,05 0,04 0,03 Herstellung des Entwicklung des Rohölpreises (60 US Wasserstoffs $/Barrel für 2020 und 90 US $/Barrel für über die Zeit 2030)2 ▪ Zusätzlich ist ▪ Technische Lösung für den Transport Fahrzeugmehrkosten für Brennstoffzellenfahrzeuge auf Wasserstoff-Basis langfristig großer Mengen Wasserstoff von in EUR/km aufgrund einer Nordafrika nach Europa ist unklar und zunehmenden somit nicht Teil dieser Studie Verknappung der 0,19 ▪ Mineralölsteuer und Mehrwertsteuer Ölvorkommen mit werden vernachlässigt – CO2-Steuer 0,11 einem Anstieg für die Emissionen des jeweiligen der fossilen Kraftstoffs wird berücksichtigt 0,05 Kraftstoffpreise zu rechnen 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 1 Hydrogen Council: ~11,1 USD/kgH2 (im Jahre 2020) und 4,4 USD/kgH2 (im Jahre 2030) 2 International Energy Agency (IEA) QUELLE: SAC, Hydrogen Council, International Energy Agency Stahl Automotive Consulting 44
C Werden die Mehrkosten der E-Mobilität (~75 Mrd. EUR) für die Subventionierung von Wasserstoff aufgewendet, kann bis 2030 ca. 40% der Fahrleistung ersetzt werden Annahmen Entwicklung der Subventionen, Mehrkosten und Menge Wasserstoff Notwendige Subventionen in EUR/km ▪ Der jährliche 0,27 0,23 0,21 0,18 Kraftstoffverbrauch in 0,16 0,13 0,11 0,09 0,07 0,05 Deutschland beträgt 27 0,03 0,02 0,00 Mrd. Liter Benzin und 42 -0,01 -0,02 -0,03 ▪ Ca. 2032 wird eine Mrd. Liter Diesel und Kostenparität Mehrkosten für die Subvention von Wasserstoff wird bis 2030 konstant zwischen in Mrd. EUR angenommen1 Wasserstoff und ▪ Einfluss der steigenden ∑ 75 Mrd. EUR Nach 2030 sind die fossilen Kraftstoffen Mehrkosten niedriger erwartet Nachfrage für 13,2 15,2 als die der E-Mobilität Wasserstoff auf den 6,1 7,8 9,6 11,4 ▪ Aufgrund der 0,6 1,3 2,2 3,2 4,6 Rohölpreis wurde nicht erhöhten modelliert Zahlungsbereit- ▪ Die Mineralölsteuer auf schaft für CO2- Wasserstoff wurde nicht Menge gefahrener km mit fossilen Kraftstoffen und Wasserstoff ärmere Kraftstoffe berücksichtigt in Mrd. Kilometer pro Jahr Wasserstoff Fossile Kraftstoffe könnten sogar niedrigere ▪ Die CO2-Steuer fällt in 0% 4% 40% 100% Subventionen pro unterschiedlichem 2 47 km ausreichen Maße an und wird somit 493 berücksichtigt 1.243 1.199 1.245 752 0 2020 2025 2030 2035 1 Annahme: Gegenläufige Effekte der wachsenden Flotte und des altersbedingten Wegfalls von Fahrzeugen mit hohem Kraftstoffverbrauch heben sich gegenseitig auf QUELLE: SAC, Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur Stahl Automotive Consulting 45
D Mit Hilfe von Wasserstoff ließen sich ~205 Mio. t CO2 einsparen Entwicklung der eingesparten CO2-Menge durch Wasserstoff (2020-2030) Annahmen in Mio. t CO2 % Wasserstoffanteil an Gesamtfahrleistung ∑ ~205 Mio. t CO2 0% 1% 2% 6% 13% 40% ▪ Je gefahrenem km werden durch 83,0 ▪ 2030 ließen sich 40% Wasserstoff 163 g CO2 der Gesamt- eingespart fahrleistung auf Wasserstoff-Basis ▪ Ausreichende zurücklegen Produktionskapazitäten sowie notwendige ▪ Dabei würde man ca. 45,1 39% der durch den Infrastruktur können aufgebaut werden Verkehrssektor 27,9 verursachten Emissionen 18,1 einsparen 12,0 7,8 3,0 5,0 0,4 0,9 1,7 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 1 Offizielle Emissionen des Verkehrssektors: 171 Mio. t CO2 (Tank-to-Wheel) – hinzu kommen Well-to-Tank-Emissionen QUELLE: SAC, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Stahl Automotive Consulting 46
E Synthetische Kraftstoffe sind in der Umsetzung wesentlich einfacher Charakteristika synthetischer Kraftstoffe (SynFuels) ▪ Nutzung bestehender Infrastruktur für Transport & Transport und Lagerung Lagerung ▪ Keine Investitionen notwendig Synthetische Kraftstoffe verursachen keinen ▪ Vertrieb über existierende Tankstellen (inkl. Anpassungsbedarf in Bezug Vertrieb bestehende Zapfsäulen) ohne Umrüstung auf Transport, Lagerung, ▪ Keine Investitionen notwendig Vertrieb und Betrieb ▪ Verwendung in bestehender ICE-Fahrzeugflotte (z.B. auch Beimischung zu Fossilen) Fahrzeug- ▪ Keine Umrüstungen o.Ä. notwendig betrieb ▪ Geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zur Brennstoffzelle, daher primär sinnvoll, wenn für die Produktion erneuerbare Energien mit niedrigem CO2-Footprint zur Verfügung stehen QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 47
Die Herstellung synthetischer Kraftstoffe basiert auf CO2 und Wasserstoff – beide Stoffe E können aus Luft, Wasser und dem Einsatz von Solarenergie gewonnen werden Herstellung synthetischer Kraftstoffe ▪ Mit Hilfe erneuerbarer Energien wird Kohlendioxid (CO2) aus der Luft extrahiert (DAC1) und Wasserstoff (H2) aus Wasser gespalten Großindustrielle Produktions- ▪ H2 und CO2 werden durch weitere infrastruktur Prozesse zu synthetischen Kraftstoffen existiert noch mit gleicher chemischer Zusammen- nicht und muss setzung (z.B. Diesel, Benzin, Kerosin) aufgebaut verarbeitet werden ▪ Emissionen entstehen nur aus benötigter erneuerbarer Energie bzw. Anlagenbau. Das CO2 befindet sich in einem Kreislauf 1 DAC: Direct Air Capturing QUELLE: SAC Stahl Automotive Consulting 48
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