-
| | 18.09.2018 1 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos
Antriebstechnologien und Energieträger für die zukünftige
Mobilität: Was, Wo, Wann? Konstantinos Boulouchos ETH Zürich,
Institut für Energietechnik & SCCER Mobility Vortragstagung SSM
in Zusammenarbeit mit SAE-Switzerland, Campus Sursee, 18. September
2018
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 2
Ausgangslage, Herausforderungen & Lösungsansätze
§ Klimawandel als grösste Herausforderung für das Energiesystem
der Zukunft
§ Die «Dekarbonisierung» der Mobilität muss deswegen ein
prioritäres – obwohl äusserst ehrgeiziges – Ziel sein § Die
Nachfrage nach Verkehrsleistung ist ein wichtiger Wirtschaftsfaktor
und steigt weiterhin
→ selbst in der Schweiz, viel stärker jedoch weltweit → und
zwar insbesondere beim Langstrecken-Güterverkehr und bei der
internationalen Luftfahrt
§ Welche Antriebsarten und Energieträger langfristig? §
Mobilität eingebettet in ein «Null»-CO2-Gesamtenergiesystem:
→ Neue Infrastrukturen → Hohe Investitionen à Optimierung
erforderlich à Sektorkopplung! → Lange Zeiträume
§ Eine langfristig angelegte, konsistente, aber flexible
Energie- und Mobilitätspolitik sowie forschungsbasierte
Innovationen
sind unerlässlich für die notwendige Transformation
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 3
Zeithorizont der Dekarbonisierung: CO2-Budget (Schweiz)
§ IPCC 2°C (66% Wahrscheinlichkeit) Welt-Kohlenstoffbudget ab
2010: 1000 Gt CO2
§ «Pro Kopf» Verteilung weltweit ergibt 1.1 Gt CO2 für die
Schweiz ab 2010
§ Mit einer linearen Absenkung ab 2015 und Berücksichtigung des
internationalen Transports (Schiff- und Flugverkehr) reicht das
Budget bis ungefähr 2055
§ Annahme: gleicher Zeithorizont auch für den
Transportsektor
Quelle: BAFU 2017, Treibhausgasemissionen der Schweiz
1990-2015
40 Jahre
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 4
Warum ist die Mobilität wichtig für die Schweiz? Wirtschaft
(Umsatz) & Arbeitsplätze
Gesamter Umsatz des Verkehrssektors:
→ 120 Milliarden CHF (~ 20% des Schweizer BIP) und 300`000
Arbeitsplätze (6% aller CH-Arbeitsplätze) Davon: § Privater
Strassenverkehr: 93 Mia. CHF, 225`000 Arbeitsplätze §
Exportindustrie: 16 Mia. CHF, 34`000 Arbeitsplätze § Öffentlicher
Verkehr: 12 Mia. CHF, mehr als 33`000 Arbeitsplätze
Und: → Die Produktivität unser Wirtschaft ist auf eine
qualitativ hochstehende, zuverlässige und kosteneffiziente
Verkehrsinfrastruktur angewiesen
Ø 95% Erdölabhängigkeit Ø mit 36% des CH-Endenergiebedarfs Ø
46% der CH-CO2-Emissionen
(inkl. internationale Luftfahrt)
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 5
CO2-Emissionen aus dem Verkehr – Tendenz steigend
Quelle: BAFU, Entwicklung der Treibhausgasemissionen der Schweiz
1990-2015
0
5
10
15
20
25
1990 1995 2000 2005 2010 2015
Jähr
liche
CO
2 Em
issi
onen
(dire
kt) [
Mt/
Jahr
]
+ +
Verkehr (inkl. internationaler Luftverkehr)
Haushalte
Dienstleistungen
Industrie
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 6
CO2 Trends und zukünftige Verkehrsleistung (Schweiz)
Quelle: BAFU 2017, Treibhausgasemissionen der Schweiz 1990-2015
Zukunft Vergangenheit
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 7
Zukünftige Mobilität weltweit Schlüsselergebnisse International
Transport Forum 2015
Welt OECD Länder Nicht-OECD Länder
Landverkehr (Personen & Güter) CO2-Emissionen
34 - 106 0 - 31 162 - 314
Nachfrage Landgüterverkehr [tkm] 232 - 423 77 - 97 329 - 628
Landgüterverkehr CO2-Emissionen 136 - 347 0 - 31 239 - 608
Zunahme bis 2050 in % im Vergleich zu 2010
Quelle: International Transport Forum 2015
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 8
Der Weg zu einer nachhaltigen Mobilität Ein systemischer Ansatz
über verschiedene Zeiträume
qualitativeDarstellung
CO2
Zeit
«Businessasusual»
SenkungderEnergienachfrage
SteigerungderEnergie-umwandlungseffizienz
RadikalerUmstiegauferneuerbareEnergieträger
HerausforderungenLebensdauerKapitalanlagen
§ Fahrzeugeà12-30Jahre§ Kraftwerkeà20-50Jahre§
Gebäudeà30-100Jahre§ Strassen,Stromnetze,
Raffinerienà50-100Jahre
GewaltigerBedarfanInvestitioneninInfrastruktur!
AktuellerStand
NeueEnergiepolitik
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 9
Technologie Entwicklung vs. Mobilitätsnachfrage Motorisierter
Individualverkehr (MIV)
Im Vergleich zu 2010 in %
Jahr BasierendaufdenAREEntwicklungsszenarien(ARE2016)
Quelle:BFS
Quelle:ARE2016
Quelle:ARE2016
Quelle:BFS
Quelle:BFS
Quelle:PrognosAG2012
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 10
Energieeinsparungspotentiale (gleiches Fahrzeug, verschiedene
Antriebstechnologien)
Reduced glider mass 15%
Improved aerodynamics 20%
Reduced rolling resistance 15%
Reduced installed power 20%
durch verbessertes Fahrzeugdesign
In Zusammenarbeit mit der EMPA
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 11
Potentiale der Antriebstechnologien (Betriebsenergie &
-CO2)
§ Flächendeckende Elektrifizierung nur sinnvoll wenn
Stromerzeugung CO2-arm ist (auch europaweit)
§ Langstreckenverkehr (LKW, Schiff- und Luftfahrt) über
Jahrzehnte abhängig von Kohlenwasserstoffen (langfristig
synthetisch, erneuerbar)
-
| |
Lebenszyklusanalyse (LCA) / typisches CH-PkW gCO2/km für
verschiedene Antriebstechnologien
Quelle: Brian Cox/PSI, PhD Thesis 2018
18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 12
-
| | Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 13
Unterschiedlich hohe CO2-Vermeidungskosten
technology costs (+)
costs (-)
ΔCO2
R&D
policy / CO2 pricing
low-hanging fruits need for high level of innovation
18.09.2018
(Innovation)
low-hanging fruits
teure Massnahmen
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 14
CO2-freie-Elektrizität für die Mobilität Warum kommt sie nicht
einfach aus der Steckdose?
Selbst bei langfristig konstanter Elektrizitätsnachfrage in
allen Sektoren ausser der Mobilität (~ 60 TWh/Jahr):
→ Es müssen in 20 Jahren 24 TWh der auslaufenden Kernkraftwerke
ersetzt werden; signifikante Beiträge dazu werden
aus Photovoltaik (sommer-lastig) und biogene WKK (winter-lastig)
kommen müssen
→ Die vollständige Elektrifizierung allein der PKW-Flotte bei
der heutigen Verkehrsleistung bedingt zusätzliche 14 TWh
CO2-«armer» Elektrizität / Zusammen mit dem Schwerverkehr gut 20
TWh
→ Wenn diese nicht durch Stromimporte (EU-Mix) oder
Gaskombikraftwerke erzeugt werden, kommt dafür nur ein
massiver Ausbau der solaren Elektrizität in Frage
→ Diese bedingt ein hohes Mass an saisonaler
Elektrizitätsspeicherung und setzt sehr hohe Investitionen in
Infrastruktur
(Elektrolyse, Stromnetz, H2-Logistik usw.) voraus
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 15
Langfristige Entwicklung (2050 - «plus») Marktanteile
verschiedener Energieträger und Antriebstechnologien zur
Dekarbonisierung der Mobilität → Qualitative Darstellung
PKW LKW
Internationale Luftfahrt
Internationale Schifffahrt
à Kopplung des Mobilitätssystems mit dem Elektrizitätssektor
erforderlich!
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 16
Sektorkopplung – Was ist damit gemeint?
§ Elektrizität wird einen grossen Anteil der Energieträger für
die Antriebsenergie für Transportdienstleistungen (oder zum
Heizen/Kühlen) einnehmen
§ Dies entweder direkt oder durch Umwandlung zu synthetischen
chemischen Energieträgern
-
| |
Quelle: Agora Energiewende 2018
Mögliche Kostenentwicklung für synthetisches, e-Methan
(€-cent/kWh)
18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 17
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 18
Ist die gegenwärtige CO2-Gesetzgebung zielführend?
§ Es ist zwar sinnvoll, über CO2-Vorschriften (g/km) Anreize
für eine beschleunigte Technologieentwicklung zu setzen
§ Die Zuordnung von NULL-CO2-Emissionen für elektrifizierte
Antriebe ist aber mit Bezug auf den absehbaren CO2-Fussabdruck des
erforderlichen Zusatzstroms aber massiv marktverzerrend
§ Sinnvoll wäre zusätzlich ein auf den tatsächlich verbrannten
Treibstoff umlegbarer CO2-Preis, der die Klimaauswirkungen
wiederspiegelt
Aber
§ In Zukunft muss die Infrastruktur für die Strasse auch von
Elektrofahrzeugen bezahlt werden (entsprechend der heute etwa 5
Mia. CHF Mineralölsteuer)
§ Subventionierung neuer Technologien mag in einer Anfangsphase
sinnvoll sein ein transparenter, «strategischer Plan» für deren
sukzessiven Abbau muss jedoch vorhanden sein
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 19
Zusammenfassung & Ausblick
§ Die Mobilität muss weltweit und in der Schweiz in weniger als
50 Jahren grundsätzlich CO2-«neutral/frei» sein
§ Ohne eine gezielte Eindämmung der Nachfrage nach
Verkehrsleistung wird zwar das zulässige CO2-Budget nicht
eingehalten werden können. Dabei ist den Bedürfnissen von
Wirtschaft und Gesellschaft Rechnung zu tragen
Aber
§ Die Angebotsseite (evolutionäre und radikale
Technologiepfade) wird die grösste Last für die Dekarbonisierung
schultern müssen
§ Unterschiedliche Energieträger/Antriebstechnologien geeignet
für die einzelnen Energiesektoren
§ Sektorkopplung (direkte bzw. indirekte Elektrifizierung des
Verkehrs) bedingt den Aufbau neuer Infrastrukturen über Jahrzehnte.
Entsprechende Investitionen müssen sorgfältig geplant und
realisiert werden, damit die Kosten nicht aus dem Ruder laufen
§ Dabei ist die korrekte Bepreisung des CO2 über alle
Energiesektoren unabdingbar
-
| | 18.09.2018 Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos 20
Ich bedanke mich für die Unterstützung von: § Gil Georges
(LAV), Lukas Küng (LAV) & Kirsten Oswald (SCCER Mobility) §
den Kollegen an der EMPA (C. Bach et.al. / Automotive Powertrain
Technologies) § SCCER Mobility, Innosuisse & Bundesamt für
Energie § unseren langjährigen Industriepartnern (national und
international)