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Frank Seyfried

Potentiale synthetischer Kraftstoffe

für die Mobilität der Zukunft

Potentiale synthetischer Kraftstoffe

für die Mobilität der Zukunft

Volkswagen AGKonzernforschung

Antriebe, Kraftstoffe und Öle

VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle

Globale Herausforderungen

Prognostiziertes Wachstum des Pkw Kraftstoffverbrauchs:

Indien: 10% China: 15% Indonesien: 3 % EU: 1,2% USA: 0%

VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle

Weltenergiebedarf

Source: Shell International Ltd

WasserKernenergie

Erdgas

KohleAlte Biomasse

Kohle zu CH4/H2

1970 1990 2010 2030 2050

Öl

0

250

500

750

1000

1250

ExaJoules

Exa = 1018

1 Exajoule = 34,12 Mio t SKE

The Spirit of the Coming AgeNeueBiomasse

VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle

Statische Reichweite

Statische Reichweite = 43 Jahre

Statische Reichweite = 43 Jahre Angabe BGR 2002

Statische Reichweite =Quotient aus Reserven und letzter Jahresförderung des betrachteten Energierohstoffes

• Beim Überschreiten des Mid-Depletion Point (d.h. ~ die halbe Menge dermöglichen Gesamtförderung ist verbraucht) ergeben sich wesentlichestrukturelle Veränderungen infolge nicht deckbarer Nachfrage.

• Das Erreichen des Mid-Depletion Point für Erdöl wird infolge unterschiedlicher Schätzungen in dem Zeitraum von 2008 bis 2023 erwartet.

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Versorgungslage der Energierohstoffe, weltweitstatische Reichweiten Jahr

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften, Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen, 2002

Erdölkonventionellkonventionell+ nicht konv.Erdgaskonventionellkonventionell+ nicht konv.

Hartkohle

Weichbraunkohle

Uran

2000 2050 2100 2150 2200

0 50 100 150 200

43 67

62 157

64 149

64 756

207 1425

198 1264

42 527

Reserven

Ressourcen

Zeit [a]>1000>500

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Freiwillige Selbstverpflichtung der Europäischen Automobilhersteller (ACEA)

CO2-Emissionen [g/km]

1995

Neuwagenflotte

Jahr2000 2005

180

160

140

A C E A

- 25%- 25%

Ziel140g/km

Ziel140g/km

Gasoline+ Diesel

Diesel

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Schlußfolgerungen

konsequente weitere Erhöhung derEffizienz der Antriebsaggregate

Einbeziehung alternativer Energiequellenzur Kraftstoffherstellung

Entwicklung von CO2- neutralen Pfadenzum Fahrzeugbetrieb

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Entwicklung der Pkw-Emissionen in Deutschland

kt/anno Mio km/anno

0

400

800

1200

1980 1990 2000 2010Jahr

200

400

600

COHCNOxCO2

Mobilität

0

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BrennverfahrensentwicklungOttomotor

Saugrohreinspritzung

Wirbelkammer

Teilhomogenisiert

Hochdruck

-einspritzungDirekteinspritzung

Direkteinspritzungwandgeführt

Direkteinspritzungstrahlgeführt

Direkteinspritzung

selbstzündendCombined

combustionsystem

Dieselmotor

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CCS Verfahren - Dieselkraftstoff

„Heterogene“ Verbrennung „Teilhomogene“ Verbrennung

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CCS Verfahren - Dieselkraftstoff

„Homogene“ Verbrennung

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Volkswagen -4 Stufen Kraftstoff Strategie

Diesel, Benzin fossil

Diesel, Benzin fossil

SynFuelGtL / CtLSynFuelGtL / CtL

SunFuel®erneuerbarSunFuel®

erneuerbar

Wasserstofferneuerbar

Wasserstofferneuerbar

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SynFuel Flottentest in BerlinSlogan: „Der Weg in eine nachhaltige Zukunft“

Start: 6. Mai 2003

25 Fahrzeuge

Golf TDI, 1,9l, 74 kW

Kraftstoff: Shell GTL

Dauer: 5 Monate

Erstbefüllung durch Bundeskanzler SchröderSource: VW, May 2003

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GtL Kraftstoff im Diesel Flottentest(25 Golf A4, 5 Monate Testphase)

Diesel< 10ppm S

GtL

0.1

0

0.2

0.3Emissionen [g/km]

∆ part. =- 26%

∆ HC =- 63%

∆ CO =- 91%

EU 4 Grenzwerte

EU 4

∆ NOx =- 6.4%

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Zielwerte der EU für alternative Kraftstoffe

H2

Erdgas

Biokraftstoffe 5,75% 7% 8%

2% 5% 10%

- 2% 5%

7,75% 14% 23%Total

15 %

> 30 %

10 %

5 %

a few %

New proposal2020202020152010

LPG

Zunehmende Unterstützung der erneuerbaren Energien durch die EU • Mittelfristig: Beimischung von Biokraftstoffen und “Gas to Liquids” zu

konventionellen Kraftstoffen; Erdgas teilweise durch EU und Energieindustrie unterstützt

• Langfristig: Priorisierung von Wasserstoff als nachhaltiger Energieträger durch Politik und Industrie

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Konv. Biokraftstoffe

z.B.RME*,

Äthanol

= erste Generation von Biokraftstoffen

* RME: Raps Methyl Ester = Biodiesel

Prozess

Gruppe

Produkt

Synthetische Kraftstoffe

GTL(Gas to Liquid)

SynFuel

BTL(Biomass to Liquid)

= zweite Generation von Biokraftstoffen

SunFuel

SunDiesel

CTL(Coal to Liquid)

SynFuel

Systematisierung Synthetischer Kraftstoffe

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Molekularstrukturen

CC C C C C CC CN-ParaffinNonan (C9H20):

Iso-Paraffin3,4 - Dimethylheptan (C9H20):

CC C

C

C

C

C C C

C

C

C

C

CC

C

C

C

Aromat1,3,5 - Trimethylbenzol (C9H12):

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GtL Planungen weltweitWeltweite GtL Produktion

0

5

10

15

20

25

30

35

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2015Jahr

Prod

uktio

n [M

io to

e/a]

In Planung

In Entwicklung

Im Bau

In Betrieb

Dieselverbrauch Dtld. 2004

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Mengen und Flächenbedarf bei Biokraftstoff (2012)Anteil an Biokraftstoff: 6.25%

0

5

10

15

20

25

Kraftstoffbedarf Flächenbedarf

25

Fläc

henb

edar

f (

Mio

ha)

Scenario 1: 50/50% EtOH/BiodieselScenario 2: 100% BiodieselScenario 3: 100% SunFuel

EtOH

EtOH

BTL

SunFuel

Bio-diesel

Bio-diesel

Bio-diesel

Bio-diesel

SunFuel

Kra

ftsto

ffbed

arf 20

15

10

5

0

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Biomass to Liquid Kraftstoffherstellung mit Fischer Tropsch Synthese

DieselWachs LeichtBiomasseBiomasse

PyrolysePyrolyse

VergasungVergasung

GasreinigungGasreinigung ShiftReaktorShift

Reaktor

FT-SyntheseFT-Synthese

Wasserstoff-nachbearbeitung

Wasserstoff-nachbearbeitung

H2O Destillation

H2

50 % Zellulose25 % Hemizellulose25 % Lignine

50 % Zellulose25 % Hemizellulose25 % Lignine

50 % CO25 % H2

25 % CO2

50 % CO25 % H2

25 % CO2

Syngas30 % CO70 % H2

Syngas30 % CO70 % H2

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Emissionsverbesserungen mit SunFuelGolf V, 2.0 TDI 4V 103kW,

Abgasgesetz: EU IV3 Messungen:• ohne Änderung

+ 2 Anpassungen • Minimierung NOx

• Minimierung Part.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

Diesel<10ppm S

SunFuel SunFuelNOxmin

SunFuelPMmin

Emis

sion

en [g

/km

]

NOxPMx10

∆NOx = -32%

∆PM = -42%∆PM = -28%

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BtL Demonstationsanlage im Bau

CHOREN

Leistung: 43 MWth,

Invest: 50 M€

Kraftstoff: 35 t/day

Elektrisch: 14 MW

Start Kraft.: 2006

CHOREN

Leistung: 43 MWth,

Invest: 50 M€

Kraftstoff: 35 t/day

Elektrisch: 14 MW

Start Kraft.: 2006

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Biomass Potentials in EU 30 States in 2020

source: IE/LBST/VW

Ener

iey

[Mto

e/a]

Kra

ftsto

ffant

eil

[%]

Substitution 2020Total Diesel

Biomasspotential

Share fortransport

Fuelshare

10

20

30

4050

60

Woody residues

Energyfarming

350grass

residues

0

70Randbedingungen:- 17% - 50% of biomass for transport sector- Efficiency of fuel production process 50% - FT- diesel share 80%, Kerosene+Naphta 20%

300

250200

150

100

50

0

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Dezentrale Vorbehandlung / Zentrale Vergasung und Synthese

lokale

Pyrolyse

450°CVergasungsRaffinerie

200 MW - 1 GW Biomasse

lokale

Pyrolyse

450°C

bio-mass

Logistik für 200 MW Anlage500 kt/a Biomasse = 336 kt/a slurry = 40 Lkw/Tag = 2.5 % vom Produkt

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Vergleich BiokraftstoffeAnbaufläche

1 gCO2/km-MinderungMio ha

CO2-Minderung1% fuel

%

Kosten

€/MJ

Ethanol: 0.35 1.77 0.028

Biodiesel: 0.64 2.69 0.017

SunFuel: 0.83 0.67 0.020

SunFuel hat das größte Potenzial der 3 untersuchten Biokraftstoffe für eine dauerhafte CO2 Minderung der Umwelt

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Szenario Kraftstoffdiversifikation Europa

2000 203020202010Jahr

Wasserstoff regenerativ

Erdölbasiert50 ppm S

Erdölbasiert <10 ppm Schwefel

SynFuelErdgas basiert

SunFuel - Biomasse basiert(inkl. BioEthanol

and FAME)

CNG

Foss

il

R

egen

erat

ivN

atür

lich

Sy

nthe

tisch

Biomassenbedarf ca. 250 Mio.t/Jahr

=> Flächenbedarf ca. 12 Mio. ha

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Die Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategiesp

ez. C

O2-

Emis

sion

en [g

CO

2/km

]

Jahre2000 2010 2020 2030

Erdgas Bio-masse Solar-H2

CO2 ausKreislauf

Benzin,Diesel Syn FuelDieselBenzinspezielleSyn Fuel-Übergang zuSun Fuel Wasserstoff-Kraftstoff

Synthesegas (H2, CO, CO2)

Mineralöl

Motor mitCCS-Hybrid-Brennverfahren

Mild HybridFSI,TDI

FSI,TDIopt. Ottou. Diesel

H2-Brennstoffzelle