Erdgas-/Biogas-Mobilität - Hohe CO2-Reduktionspotentiale Christian Bach - AGVS
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Erdgas-/Biogas-Mobilität Hohe CO2-Reduktionspotentiale Christian Bach Abteilungsleiter Verbrennungsmotoren
Inhalt ! Die “Mega-Trends” im Energie- und Mobilitätsbereich ! Gasfahrzeuge als eine Antwort auf die CO2-Gesetzgebung ! Wasserstoff – auch für Gasfahrzeuge ! Zusammenfassung
Mega-Trend im Energiebereich Die Energiewende Ziele !Neue Energiepolitik (Atomausstieg) - Zubau EE um 22.6 TWh - Zubau WKK um 2 TWh - Zubau Wasserkraft um 3.2 TWh !Beibehaltung CO2-Ziel - bis 2012: -10% ggü 1990 (CO2-Gesetz) - bis 2020: -20% ggü 1990 (Anhörung) Bedeutung für Umsetzung: !Integration von dezentral produzierter Elektrizität (Anpassung Stromnetz) !Nutzbarmachung von Überschussenergie (Stromspeicherung)
Mega-Trend in der Mobilität CO2-Vorschriften für Personen- und Lieferwagen Gasoline Diesel Natural Gas Linear (Diesel) Linear (Gasoline) Gilt für Emissions- 400 gemeinschaft Busse bei Überschreitung: 350 1. Gramm >130 g/km: 7.50 CHF 300 2. Gramm >130 g/km: 22.50 CHF CO2 emission in g/km CH 2011 3. Gramm >130 g/km: 37.50 CHF 250 155 g/km, 1ʻ483 kg weitere g>130 g/km: 142.50 CHF 015 imit 2 200 CO 2 l ed) Fall 1 (1ʼ426 kg) 2 0 (p ropos mit 20 osed) CO 2 li 150 0 2 5 (prop 151 g/km (6.5 lBenzin/100 km) mit 2 CO 2 li 100 19 g/km zu hohe CO2-Emissionen !Busse von 2ʼ348.-/Fz 50 500 1'000 1'500 2'000 2'500 3'000 3'500 Vehicle mass in kg Fall 2 (1ʼ650 kg) Quelle: Auto-Schweiz (2012) 182 g/km (7.9 lBenzin/100 km) 39 g/km zu hohe CO2-Emissionen !Busse von 5ʼ198.-/Fz
Mittelklasse + VielfahrerInnen Die relevantesten Zielgruppen Mittelklasse-PWs: = 65% der PW-Flotte Um CO2-Emissionen reduzieren zu können, müssen die Antriebe Quelle: «Mittelklassetauglich» sein Zulassungsstatistik Juni 2012 Deutschland VielfahrerInnen: 20% der PWs fahren >20ʼ000 km/a und erbringen so 44% der Fahrleistung. Quelle: Janssen, Lienin (ATZ 2005)
Inhalt ! Die “Mega-Trends” im Energie- und Mobilitätsbereich ! Gasfahrzeuge als eine Antwort auf die CO2-Gesetzgebung ! Wasserstoff – auch für Gasfahrzeuge ! Zusammenfassung
Erdgas-Turbomotoren in Serie Mittelklasse-Fzge mit Umweltbelastung von Kleinwagen Mazda 2 VW Polo schwächster Benziner: schwächster Benziner: 115 g CO2/km 128 g CO2/km VW Passat Ecofuel (Erdgas) schwächster Diesel: schwächster Diesel: 150 PS 110 g CO2/km 99 g CO2/km 119 g CO2/km Fiat 500 Opel Corsa schwächster Benziner: schwächster Benziner: 92 g CO2/km 120 g CO2/km schwächster Diesel: schwächster Diesel: Opel Zafira Turbo Erdgas 97 g CO2/km 111 g CO2/km 150 PS Quelle: AutoSchweiz 2012 139 g CO2/km
Projekt CLEVER (Erdgas-Elektrohybridantrieb) Empa/ETH-Gemeinschaftsprojekt Driver’s signals Hybrid (accelerator position, Untersuchung der CNG tanks Controller brake pedal pressure, " ECU gear, etc.) Potentiale neuer Brenn- pressure regulator throttle power + - Battery verfahren für Gasmotoren elctronics electrical motor/ intercooler generator " Optimierung des thermo- gerbox dynamischen Kreis- Air filter turbocharger wastegate wheel prozesses für Erdgas catalyst (z.B. Miller-Zyklus) " Realisierung Erdgas/ Biogas-Hybridantrieb (Auslegung auf Rekuperation, Anfahr- drehmoment, „Turboloch- Touran 1.4 Touran 1.4 kompensation“) TSI Benzin: TSI CNG/Hybrid: -40 CO2 173 g CO2/km 105 g CO2/km BFE BAFU
Erdgas-Elektrohybrid-Mittelklasse-PW Kostensenkung in weitem Einsatzbereich möglich 2'000 1'000-2'000 1'000 0-1'000 Life cycle cost difference -1'000-0 12 years, 180'000 km -2'000--1'000 0 -3'000--2'000 -4'000--3'000 -1'000 -5'000--4'000 -2'000 -3'000 -0.449 EUR/l -4'000 -0.578 EUR/l Fuel price difference -0.708 EUR/l expressed in -5'000 EUR/gasoline l-equivalent -0.850 EUR/l c100-r0- c50-r33- m0 c25-r50- -0.980 EUR/l m17 c17-r33- m25 c0-r0- m50 m100 Operational mode (c =city, r = rural, m = motorway in %) !"#$%#&'("%)*+ ,-./+01234+5,-67+89:34;+ 8()&'("%)*+ Fuel price difference: ,-?7+0123@=+5,-A/+89:3@=;+ 0.64 EUR/l ,-,6+01234&BC-+57-.6+89:34&BC-;+ 1 ! = 1.20 CHF ,-DD+01234&BC-+5,-E7+89:34&BC-;+
Erneuerbare Treibstoffe Nur wenige Biotreibstoffe sind «grün»; Neubeurteilung 2012 Biotreibstoffe aus Rodungs- flächen verursachen in der Regel Roggen, EU mehr Treibhausgase als fossile Treibstoffe. Soja, BR Dies gilt auch für eine indirekte Soja, US Raps, D Landumwandlung, wenn also Mais, US bestehende Agrarflächen Raps IP, CH erstmals für die Biotreibstoff- Zuckerrohr, BR Oelpalmen, MY Benzin produktion verwendet werden und Zuckerhirse, CN Holz Gülle deshalb Waldflächen gerodet Klärschlamm werden müssen, um die bisherige Nahrungsmittel- oder Futter- produktion aufrechtzuerhalten. Quelle: Empa, PSI, ART, DOKA (2012)
Biomassepotential Schweiz 39 PJ/a (oder 1.2 Mio-l Benzin-Äquivalent) Bioabfall; Klärschlamm; 5.6 PJ/a 5.2 PJ/a Hofdünger; Klärschlamm; 0.2 PJ/a Lebensmittelabfälle; 5.2 PJ/a 2.6 PJ/a Hofdünger; 21.4 PJ/a Bioabfall; 3.2 PJ/a Waldenergieholz; 15.7 PJ/a Lebensmittelabfälle; Altpapier und Karton; Nachhaltiges 2.3 PJ/a Genutztes 4.7 PJ/a Potenzial: Potenzial: Altholz; 82 PJ/a 43 PJ/a 7.4 PJ/a Altpapier und Karton; 4.7 PJ/a Landschaftsholz; 6.6 PJ/a Waldenergieholz; Altholz; 23.7 PJ/a 3.8 PJ/a Industrieholz; Industrieholz; Landschaftsholz; 4.6 PJ/a 4.6 PJ/a 3.0 PJ/a Bioabfall; Lebensmittelabfälle; 2.4 PJ/a 0.3 PJ/a Klärschlamm; Altpapier und Karton; 0.0 PJ/a 0.0 PJ/a Altholz; 3.6 PJ/a Die Biomasse von 39 PJ/a könnte in ca. 20 PJ/a Methan umgewandelt Landschaftsholz; 3.6 PJ/a werden, was für den Betrieb von Ungenutztes Industrieholz; Potenzial: Hofdünger; ca. 200ʼ000 Erdgas-PWs 0.0 PJ/a 39 PJ/a 21.3 PJ/a ausreicht. Waldenergieholz; 8.0 PJ/a Quelle: Empa 2010
Inhalt ! Die “Mega-Trends” im Energie- und Mobilitätsbereich ! Gasfahrzeuge als eine Antwort auf die CO2-Gesetzgebung ! Wasserstoff – auch für Gasfahrzeuge ! Zusammenfassung
Überschuss-Elektrizität # Wasserstoff Ein sauberer Treibstoff(bestandteil) für Fahrzeuge Tomorrow Today
FutureGas-Projekt (in Anbahnung) H2 und HCNG P&D-Anlage
Potential Überschuss-Elektrizität Starker Anstieg in Deutschland 127 GWh könnten mit heutigen Elektrolyseuren ("=55%) in 2ʼ100 t H2 umgewandelt und ohne weitere verlustbehaftete Umwandlung energetisch genutzt werden. Rund 127 H2-Produktionskosten: GWh heute: 25 Rp/kWh Windstrom ("Elektrolyseur=55%) gingen (…) verloren, weil 2030-2050: 15 Rp/kWh Windräder ("Elektrolyseur=75%) abgeregelt wurden. (…). (Quelle: DLR, Trittin)
Erdgas/Biogas-Wasserstoff als Treibstoff Effizienz- und Abgasminderungspotentiale ! 2 – 4% (bzw. 4 – 7%) Verbrauchs- einsparung mit 5 bzw. 10 E% H2 im Erdgas ! NOx- und HC-Emissionen werden nahezu halbiert ! Potential für neue Brennverfahren
Inhalt ! Die “Mega-Trends” im Energie- und Mobilitätsbereich ! Gasfahrzeuge als eine Antwort auf die CO2-Gesetzgebung ! Wasserstoff – auch für Gasfahrzeuge ! Zusammenfassung
Zusammenfassung Die CO2-Gesetzgebung für Personen- und Lieferwagen verlangt die Kombination mehrerer Massnahmen im Antriebs- (z.B. Hybridisierung) und Treibstoffbereich (kohlenstoffarme, -neutrale oder –freie Treibstoffe). Um eine CO2-Reduktion im Verkehrsbereich zu erreichen, müssen CO2-arme Mittelklasse-Fz entwickelt werden, die auch für VielfahrerInnen eingesetzt werden können (insbesondere Flotten). Als wahrscheinlichste Änderung ist eine Diversifizierung hin zu gasförmigen Treibstoffen denkbar. Dies aufgrund von grossen lokalen, ökologisch gut bewerteten Biogasressourcen, signifikant niedrigere CO2-Emissionen und der guten Kostensituation (durchgängige Businessmodelle darstellbar). Mittel-/Längerfristig können mit Gasantrieben neben einer hohen CO2- Minderung eine hohe bis vollständige Ablösung von fossilen Treibstoffen realisiert werden. Hier weisen gasförmige Antriebe ebenfalls grosses Potential auf, das sie gleichzeitig als Stromspeicher genutzt werden können.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dank an die Kollegen: Dr. Michael Bielmann (Wasserstoff-Abt.) Dr. Patrik Soltic (CLEVER-Projekt) Kontakt: christian.bach@empa.ch
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