Elektroantriebe nur eine Zwischenlösung für Nutzfahrzeuge? - Christian Bach - Recyclingkongress
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Elektroantriebe nur eine Zwischenlösung für Nutzfahrzeuge? Christian Bach Abteilungsleiter Fahrzeugantriebssysteme
Netto Null CO2 bis 2050 Bundesrat, 28.08.2019
Die heutige Energieversorgung
Weltweit werden $6 Trillionen für Energie ausgegeben
80% der weltweiten 50’000 Öl-, Gas- und 50% der Reserven
Energieversorgung Kohlefelder im mittleren Osten
basiert auf fossiler
Energie
Quelle: proton.energy, bp
Die künftige, CO2-arme Energieversorgung
3 Möglichkeiten zur Auswahl
Nuklearenergie
& Endlager
Fossile Energie
& Carbon Capture
and Storage
Erneuerbare Energie-
Energie
& speicher
Future Mobility Demonstrator «move»
Post-fossile Strassenmobilität
PtX-Studie
Schweiz Methanisierung
CO2-Kollektor (Empa)
(Climeworks)
PtX-Mobilität
Realverbrauch /
Carsharing
350 Bar H2-
350 bar HCNG- Kehrfahrzeug 700 Bar H2-
Praxiserprobung Batteriespeicher
Personenwagen für EVs
Inhalt 1. CO2-Emissionen und TCOs von LKWs 2. Der energetische Hintergrund 3. Der Fahrzeugbetrieb 4. Zusammenfassung
CO2-Emissionen und TCO von LKWs
Gesetzliches CO2-Bewertungsverfahren für LKWs
Betroffene Kategorien: Rechenbeispiel für Ab 2022/23 folgen:
4x2 und 6x2-LKWs und LKW-Neuwagenflotte:
Zugmaschinen mit GG >16 t (in der EU)
Mittl. Verbrauch: 32 l/100km Vorschriften für weitere Fz-
Mittl. Nutzlast: 12 t Kategorien
Mittl. CO2-Emission: 70 g/tkm
Evaluation des Zielwerts für
Zielwert 2025: 60 g/tkm 2030
2030: 50 g/tkm
Prüfung zur Einführung einer
Sanktion bei Nichteinhaltung: Lebenszyklusanalyse anstelle
- 4’000 EUR pro g/tkm (ab 2025) Auspuffbewertung.
- 6’800 EUR pro g/tkm (ab 2030)
CO2-Emissionen und TCO von LKWs
Reale CO2-Emissionen (Well-to-Wheel) von LKWs
Im Betrieb mit
fossiler Energie
Im Betrieb mit
erneuerbarer Energie
Quelle: Empa
Hinsichtlich Treibhausgas-Emissionen ist nicht der Antrieb,
sondern die Herkunft der Energie (fossil/erneuerbar) für den Betrieb der Fahrzeuge entscheidend.
Mit erneuerbarer Energie können diese um 80 – 90% gesenkt werden
(Angaben ohne Berücksichtigung der Fahrzeugherstellung).
CO2-Emissionen und TCO von LKWs
TCOs von LKWs
LKWs mit alt. Antrieben und Treibstoffen weisen höhere Kapitalkosten auf, die aber in Zukunft sinken werden.
Aufgrund der (Teil-)Befreiung von MinÖSt und LSVA können diese (bei konv. Antrieben in Verbindung mit
erneuerbarer Energie) aber vergleichbare TCO erreichen, wie Diesel-LKWs.
Inhalt 1. CO2-Emissionen und TCOs von LKWs 2. Der energetische Hintergrund 3. Der Fahrzeugbetrieb 4. Zusammenfassung
Der energetische Hintergrund
Différences entre l'été et l'hiver dans le domaine des énergies renouvelables à l'avenir
Ref. -Nuclear +PV
Referenz (2010) Ref. -Nuclear +PV
+42% Ren. +75% HP / +20%km BEV
* mit Tagesausgleich Pumpspeicher
und stationären Batterien
(Annahme: "perfektes" Kurzzeit-
speicherung + Energiemanagement)
Strommangel Stromüberschuss
• Export
7.6 TWh* • Abregeln
• Power-to-X
- 23.3 TWh* • Import
Quelle: EmpaDer energetische Hintergrund
Différences entre l'été et l'hiver dans le domaine des énergies renouvelables à l'avenir
Referenz (2010) Ref. -Nuclear +PV
Ref. -Nuclear +PV Die CO2-Belastung des
+42% Ren. +75% HP / +20%km BEV
schweiz. Stroms kann
insbesondere im Winter
CO2-Belastung des CH-Stroms in g/kWh
deutlich ansteigen.
Entscheidend wird wie
Art des importierten
Stroms sein.
Quelle: EmpaDer energetische Hintergrund
Überschuss- und Mangelsituation im Elektrizitätsmarkt der Schweiz in Zukunft
Der Abbau von 25 TWh Atom-
strom und der Zubau von
25 TWh PV-Strom führt zu
5 - 10 TWh an überschüssigem
Strom im Sommerhalbjahr und
zu ähnlich hohem Importbedarf
im Winterhalbjahr - selbst bei
vollständigem Ausgleich mittels
Stromspeicher über ganze
Wochen.
Können die Stromüberschüsse
nicht nutzbar gemacht werden,
könnte sich der PV-Zubau
einbremsen.Der energetische Hintergrund Verhinderung von Abregelung durch Sektorkopplung und PtX Situation in Deutschland Bundesnetzagentur, Montoringberichte Situation in China Agora, Energy Transition in the Power Sector in China: State of Affairs in 2016 Review on the Developments in 2016 and an Outlook
Der energetische Hintergrund
Winterstromimporte sind entscheidend Vorläufige Ergebnisse
Anteil strombasierter Fahrzeuge 2020 – 2050: 0 → 50% am Gesamtmarkt (hier ist nur dieser Anteil dargestellt)
Low Carbon (LC) Stromimport 2020 – 2050: 330 → 80 g CO2/kWh (bedeutet viel CCS)
Strom aus Gaskombikraftwerk (GuD): 440 → 360 g CO2/kWh
Low Carbon ❶ Zusätzliche Emission
Stromimport ❷ Verminderte Emission
(v.a. Winter)
❷
❶
50% BEV im Jahr 2050: -3.8 Mio t CO2
50 % synth. Gas im Jahr 2050: -2.2 Mio t CO2 50% synth. Gas im Jahr 2050: -4.2 Mio t CO2
50 % BEV im Jahr 2050: -3.0 Mio t CO2
(GuD) Fossiler ❶ Zusätzliche Emission
Stromimport ❷ Verminderte Emission
(v.a. Winter) ❷
❶Der energetische Hintergrund Erschliessung ausländischer «energetischer Überschüsse» mittels PtX Um den nicht durch die Wasserkraft abgedeckten Energiebedarf der Schweiz im Winterhalbjahr sowie den Langstreckenverkehr ausschliesslich mit importierten synthetischen Energieträgern zu decken, wäre eine Photovoltaik-Fläche in einer Wüste von zirka 700 km2 erforderlich; das sind 27 x 27 km oder 0,008 % der Fläche der Sahara.
Inhalt 1. CO2-Emissionen und TCOs von LKWs 2. Der energetische Hintergrund 3. Der Fahrzeugbetrieb 4. Zusammenfassung
Der Fahrzeugbetrieb
Hohe Relevanz der Langstreckenanwendungen
Microzensus 2010 1.5 Mio Fahrzeuginserate von Autoscout24
Private Haushalte, nur «typische Fahrten» ohne Flottenfahrzeuge
Laufleistung
# Fahrten
Ansatz:
H2/synthetische Treibstoffe
70% der
Fahrten
Ansatz: Ansatz:
Elektromobilität H2/synth. Treibstoffe
Ansatz:
30% der Elektromobilität
Laufleistung
70% der Fahrten 30% der Fahrten 2/3 der Personenwagen 1/3 der Personenwagen
30% der Laufleistung 70% der Laufleistung erbringen 50% der erbringen 50% der
Fahrleistung Fahrleistung
Quelle: ETHZ/Empa (2018) Source: Empa/PSI (2019)Der Fahrzeugbetrieb
Die Wirtschaftlichkeit ist mit-entscheidend
Personenwagen (D) Lieferwagen (D)
B. Helgeson (Energieökonom, Uni Köln)
hat die Antriebskonzepte für eine CO2-
Reduktion um 90% nach ihrer
Wirtschaftlichkeit analysiert (für D).
Dabei zeigt sich, dass:
BEV im PW/LiW-Bereich und
Lastwagen (D) Gesamtflotte (D)
synth. Treibstoffe im LKW-Bereich
sehr relevant werden könnten.
Im LKW-Bereich ist eine direkte
Elektrifizierung schwieriger und teurer
als im PW-Bereich.
Quelle: B. Helgeson et al; Applied Energy (2020)STANDARDFAHRZEUGE 2016-2030 KONVENTIONELLE TECHNOLOGIEN KOMPAKTFAHRZEUGE 80 – 110 KW Quelle: Zapf Martin, Bütler Thomas, Bach Christian, Pengg Hermann, Weindl Christian; Kosteneffiziente und nachhaltige Automobile Bewertung der realen Klimabelastung und der Gesamtkosten – Heute und in Zukunft; Springer Vieweg (2019) THG = Treibhausgase (CO2, CH4, N2O) LCA = Life Cycle Analysis TCO = Total Cost of Ownership ICEV = Internal Combustion Engine Vehicle CNG = Compressed Natural Gas HEV = Hybrid Electric Vehicle PHEV = Plugin Hybrid Electric Vehicle BEV = Battery Electric Vehicle HFCEV = Hydrogen Fuelcell Electric Vehicle SNG = Synthetic Natural Gas SLF = Synthetic Liquid Fuels
STANDARDFAHRZEUGE 2016-2030 KONVENTIONELLE & ELEKTRIFIZIERTE TECHNOLOGIEN KOMPAKTFAHRZEUGE 80 – 110 KW Quelle: Zapf Martin, Bütler Thomas, Bach Christian, Pengg Hermann, Weindl Christian; Kosteneffiziente und nachhaltige Automobile Bewertung der realen Klimabelastung und der Gesamtkosten – Heute und in Zukunft; Springer Vieweg (2019) THG = Treibhausgase (CO2, CH4, N2O) LCA = Life Cycle Analysis TCO = Total Cost of Ownership ICEV = Internal Combustion Engine Vehicle CNG = Compressed Natural Gas HEV = Hybrid Electric Vehicle PHEV = Plugin Hybrid Electric Vehicle BEV = Battery Electric Vehicle HFCEV = Hydrogen Fuelcell Electric Vehicle SNG = Synthetic Natural Gas SLF = Synthetic Liquid Fuels
STANDARDFAHRZEUGE 2030-2050 KONVENTIONELLE & ELEKTRIFIZIERTE TECHNOLOGIEN KOMPAKTFAHRZEUGE 80 – 110 KW Quelle: Zapf Martin, Bütler Thomas, Bach Christian, Pengg Hermann, Weindl Christian; Kosteneffiziente und nachhaltige Automobile Bewertung der realen Klimabelastung und der Gesamtkosten – Heute und in Zukunft; Springer Vieweg (2019) THG = Treibhausgase (CO2, CH4, N2O) LCA = Life Cycle Analysis TCO = Total Cost of Ownership ICEV = Internal Combustion Engine Vehicle CNG = Compressed Natural Gas HEV = Hybrid Electric Vehicle PHEV = Plugin Hybrid Electric Vehicle BEV = Battery Electric Vehicle HFCEV = Hydrogen Fuelcell Electric Vehicle SNG = Synthetic Natural Gas SLF = Synthetic Liquid Fuels
Elektromobilität Biogene und synthetische Treibstoffe
Kurzstreckenanwendungen mit Langsamladen sind Langstreckenfahrten sind mit Biomethan oder
elektrisch gefahren am kostengünstigsten synthetischen Treibstoffen am kostengünstigsten
(im Idealfall mit Eigenverbrauchs-PV-Anlage)Inhalt 1. CO2-Emissionen und TCOs von LKWs 2. Der energetische Hintergrund 3. Der Fahrzeugbetrieb 4. Zusammenfassung
Zusammenfassung
Um die CO2-Emissionen zu senken, ist eine ganzheitliche Sicht notwendig!
fossil erneuer-
bar
Primär entscheidend für die CO2-Reduktion Erneuerbare Energie ist nicht immer Für die Schadstoffemissionen sind die
ist nicht das Antriebskonzept, sondern die ausreichend verfügbar. Wird diese für Kurstreckenfahrzeuge überdurch-
verwendete Energie (fossil oder erneuer- die Mobilität nur dem Energiesystem schnittlich relevant (deshalb Fokus
bar). entzogen, fehlt sie möglicherweise in auf elektrische Antriebe).
anderen Sektoren und muss dort fossil
Für die Treibhausgasemissionen sind
nachgefüttert werden. Das führt nicht die Langstreckenfahrzeuge über-
zu einer CO2-Reduktion.
durchschnittlich relevant (deshalb
Insbesondere im Winterhalbjahr ist die Fokus auf Wasserstoff, Biogas und
Versorgung mit erneuerbarer Energie synthetische Treibstoffe).
herausfordernd.Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Dank KollegInnen: Thomas Bütler
Dr. Sinan Teske
Dr. Martin Rüdisüli
Dr. Brigitte Buchmann
Bei Fragen:
christian.bach@empa.chSie können auch lesen
