Upload
trinhthien
View
215
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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.
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
Schlußfolgerungen
konsequente weitere Erhöhung derEffizienz der Antriebsaggregate
Einbeziehung alternativer Energiequellenzur Kraftstoffherstellung
Entwicklung von CO2- neutralen Pfadenzum Fahrzeugbetrieb
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
BrennverfahrensentwicklungOttomotor
Saugrohreinspritzung
Wirbelkammer
Teilhomogenisiert
Hochdruck
-einspritzungDirekteinspritzung
Direkteinspritzungwandgeführt
Direkteinspritzungstrahlgeführt
Direkteinspritzung
selbstzündendCombined
combustionsystem
Dieselmotor
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
CCS Verfahren - Dieselkraftstoff
„Heterogene“ Verbrennung „Teilhomogene“ Verbrennung
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
CCS Verfahren - Dieselkraftstoff
„Homogene“ Verbrennung
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
Volkswagen -4 Stufen Kraftstoff Strategie
Diesel, Benzin fossil
Diesel, Benzin fossil
SynFuelGtL / CtLSynFuelGtL / CtL
SunFuel®erneuerbarSunFuel®
erneuerbar
Wasserstofferneuerbar
Wasserstofferneuerbar
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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%
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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):
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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%
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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
VOLKSWAGEN AGKonzernforschungAntriebe / Kraftstoffe und Öle
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