CO2-neutrale und emissionsarme verbrennungsmotorische Mobilität

Zukunftsvision

Zur Erreichung der Ziele der Energiewende orientiert sich die Bundesregierung auch an der EU Energy Roadmap, die eine CO₂-Reduktion von 95% im Jahre 2050 gegenüber 1990 fordert, um den notwendigen Beitrag zum Klimaziel, die Erderwärmung auf höchstens 2 K zu begrenzen, zu leisten. Das Ziel für den Verkehrssektor ist, die verkehrsbedingten CO₂-Emissionen bis 2050 gegenüber 1990 um 67% und gegenüber 2010 um 75% zu reduzieren. Zur Erreichung dieser Ziele sind folgende Szenarien denkbar.

Die neueste Prognose zur Entwicklung des Energiebedarfs im Verkehr (nur PKW) geht davon aus, dass der Energiebedarf von derzeit 1.600 PJ auf unter 800 PJ im Jahre 2040 sinken wird [1]. Es wird hierbei angenommen, dass sich der PKW-Bestand in Deutschland zukünftig auf dem heutigen Niveau von 43 Mio. einpendeln wird. Wollte man den gesamten Energiebedarf von 800 PJ nur mit Biokraftstoffen decken, würden im Jahre 2040 jährlich 23 Mrd. Liter Biokraftstoffe mit einer Energiedichte von 35 MJ/l benötigt. Dieses Szenario ist schon aufgrund der zur Herstellung einer solchen Kraftstoffmenge benötigten biogener Quellen unrealistisch. Ein anderes Szenario geht davon aus, dass Kraftstoffe, die über Power-to-Gas (PtG) oder Power-to-Liquids (PtL) hergestellt werden (so genannte „Elektrokraftstoffe“), zur Anwendung kommen. Bei diesem Szenario wird davon ausgegangen, dass im Jahre 2060 1/3 aller PKW reine Elektrofahrzeuge (BEV) sind. Die übrigen 2/3 besitzen einen Verbrennungsmotor, der mit flüssigen Kraftstoffen betrieben wird. Einen Großteil dieser flüssigen Kraftstoffe wird nach dieser Studie über PtL hergestellt werden, gefolgt von fossilen Kraftstoffen und einem kleinen Anteil Biokraftstoffe. Die elektrische Energie wird zu 100% aus regenerativen Quellen erzeugt.

Zusammenfassend lässt sich schlussfolgern, dass in absehbarer Zeit der Verbrennungsmotor und flüssige Kraftstoffe wegen ihrer sehr hohen Energiedichte im mobilen Bereich dominieren werden.

Motivation und Zielsetzung

Die Energiewende und die damit einhergehende Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie (MKS) der Bundesregierung hat sich das energiepolitische Dreieck zum Ziel gesetzt.

Eine Studie des Umweltbundesamts vom April 2015 zeigt Wege zu postfossilen Energieversorgungsoptionen für einen treibhausgasneutralen Verkehr im Jahr 2050 auf [2]. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, den verbrennungsmotorischen Antrieb einschließlich Betriebsstrategie zu optimieren mit dem Ziel einer erheblichen Effizienzsteigerung bei gleichzeitiger Emissionsminimierung.

Wissenschaftspartner

KIT Institut für Kolbenmaschinen (IFKM)

KIT Institut für Katalyseforschung und –technologie (IKFT)

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM)

HsKa Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik/Inst. für Energieeffiziente Mobilität (IKKU)

Quellen:

[1]Shell. Shell PKW-Szenarien bis 2040. 2014.

[2]UBA-Studie. Postfossile Energieversorgungsoptionen für einen Treibhausgas neutralen Verkehr im Jahr 2050. 2015