Petrosphäre 4/14

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Petrosphäre Nr. 4 / Dezember 2014

Treibstoffhorizont 2020: Well-to-Wheels- Treibhausgasemissionen und Energieverbrauch

Eine Well-to-Wheels-(WTW-)Analyse 1 zu verschiedenen Treibstoffen und PW- Antriebssystemen zeigt mit Horizont 2020 und darüber hinaus Entwicklungen zu Energieverbrauch und Treibhausgas- (THG-)Emissionen auf. S eit 2003 veröffentlichen EUCAR, CONCAWE und JRC periodischWTW- Analysen zu Treibstoffen und PW- Antriebssystemen im europäischen Kon- text. Dazu werden die Treibstoffherstel- lung sowie der Einsatz im PW betrachtet und der resultierende WTW-Energiever- brauch sowie die THG-Emissionen quan- tifiziert. Die vorliegende Aktualisierung vergleicht verschiedene Treibstoffe bezüg- lich möglicher Primärenergiequellen, Pro- duktionsverfahren und Antriebssysteme mit Horizont 2020 und darüber hinaus. Abbildungen A und B: Auch künftig wer- denWeiterentwicklungen des Benzin- und Dieselmotors die Verbrauchseffizienz ver- bessern und damit zur Reduktion sowohl der THG-Emissionen als auch des Gesamt- energieverbrauchs beitragen. Die Ände- rungen der Zahlenwerte zwischen 2010 und 2020 illustrieren dies deutlich. Zu- sätzliche Einsparungen lassen sich durch Hybridisierung realisieren, wobei sich Benzin und Diesel annähern. Benzin und Diesel: Fortschritte dank verbesserter Verbrauchseffizienz Biotreibstoffe: tiefere THG-Emissionen, höherer Energieverbrauch Abbildung A: Ethanol wird dem Benzin zu unterschiedlichen Anteilen beigemischt. Je nach Rohstoff und Produktionsverfah- ren sinken die THG-Emissionen gegenüber

Benzin. Während die Herstellung ausWei- zen eher geringfügigeVorteile bietet, weist Ethanol aus Weizenstroh tiefe THG-Werte auf. Generell führt die Ethanolherstellung zu höherem WTW-Energieverbrauch. Abbildung B: Für Biodiesel (FAME = Fettsäuremethylester) zeigt sich ein ähn- liches Bild wie bei Ethanol, wobei der Energieverbrauch tendenziell tiefer ist. Als besonders vorteilhaft gegenüber der Dieselreferenz erweist sich FAME aus ge- brauchtem Frittieröl. Während höheren FAME-Beimischungen zu Diesel motoren- technische Grenzen gesetzt sind, können synthetische Diesel, wie HVO (Hydrotrea- ted Vegetable Oil) oder BTL, CTL, GTL (Bio- mass, Coal, Gas to Liquids), aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit mit dem Erdöl- produkt zu fast beliebigen Anteilen beige- mischt werden. Auch für HVO ist Biomas- se (bzw. Reststoffe davon) von Vorteil. Vergleichbare THG-Emissionsreduktio- nen ergaben sich auch für BTL, allerdings bei deutlich höherem Energieverbrauch. Während aus Erdgas hergestelltes GTL nahe bei der Referenz liegt, verursacht kohlebasiertes CTL wesentlich höhere Emissionen. Abbildung C: Für Flüssiggas (LPG = Lique- fied Petroleum Gas) und Erdgas (CNG = Compressed Natural Gas) liegen dieWTW- Ergebnisse im Bereich von Diesel. Aus europäischem Schiefergas gewonnenes Erdgas unterscheidet sich kaum vom EU- Erdgasmix, während verflüssigtes Erd- gas (LNG = Liquefied Natural Gas) leicht höhere THG-Emissionen verursacht und mehr Energie benötigt. 100 150 200 250 Benzin, hybrid 100 150 20 250 Benzin, hybrid Flüssig- und Erdgas, Biogas – wenig bis deutliche Vorteile

Eine gegenüber Benzin und Diesel vorteilhafte THG-Bilanz haben Biogas (CBG = Compressed Biogas) und syntheti- sches Erdgas (CSG = Compressed Synthe- tic Natural Gas), bei allerdings höherem Gesamtenergieverbrauch. CSG wird in ei- nemPower-to-Gas-Prozess aus überschüs- sigem Windstrom und CO 2 hergestellt.

Strom und Wasserstoff – tiefere THG-Emissionen, geringerer Energieverbrauch

Abbildung D: Elektromotorisch betriebe- ne PWs, sei es als Plug-in (PHEV = Plug- In Hybrid Electric Vehicle), REEV (Range Extended Electric Vehicle) oder BEV (Battery Electric Vehicle), haben einen geringeren Energieverbrauch und tiefere THG-Emissionen als die Benzinreferenz. Während bei Verwendung von Kohle- strom oder des EU-Mix keine bzw. nur mässige Vorteile gegenüber Diesel resul- tieren, verursachen Nuklear- oder Wind- strom praktisch keine THG-Emissionen. Ein Elektromotor, kombiniert mit einer wasserstoffbetriebenen Brennstoffzelle (FC = Fuel Cell), verursacht ebenfalls kaum THG-Emissionen, sofern der Was- serstoff mit Windstrom produziert wurde. Fazit Die Studie zeigt, dass sich mit benzin- und dieselbetriebenen PWs auch künftig noch grosse THG-Emissionsreduktionen realisieren lassen. Zudem bieten nicht alle alternativen Treibstoffe und An- triebssysteme Vorteile. Letztere hängen stark von der Bereitstellung des Energie- trägers ab. 150 200 250 A B Diesel (2010) CTL 150 20 250 Diesel (2010) CTL

Benzin (2010) Benzin (2010)

B WTW Treibhausgasemissionen (gCO 2eq /km) 0 50 50 10 150 20 250 Benzin (2020) Ethanol, Zucker übe Benzin (2020) Diesel (2020) LPG LNG CNG, EU CNG, Schiefergas r i sg s issi (g 2eq /k ) 0 50 50 100 150 200 250 Benzin (2020) Ethanol, Zuckerrübe Benzin (2020) Diesel (2020) LPG LNG CNG, EU CNG, Schiefergas

Diesel (2020) Diesel (2020)

GTL

100

Ethanol, Weizen Ethanol, eizen

Diesel, hybrid Diesel, hybrid

Ethanol, Zuckerrohr Ethanol, Zucker ohr

FAME, Raps FAME, gebr. FriBeröl FA E, Raps FAME, gebr. FriBeröl

1 JRC, EUCAR, CONCAWE (2014): Well-to-wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context; WTW Report – Version 4.a; http://iet.jrc.ec.europa.eu/about-jec

HVO, gebr. FriBeröl HVO, gebr. FriBeröl

Ethanol, Stroh Ethanol, Stroh

BTL

WTW-Treibhausgasemissionen und Gesamtenergieverbrauch für verschiedene Treibstoffe und Antriebssysteme mit Horizont 2020 (MJ/100 km) 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 500 0 100 20 30 40 50

250

CTL

4 WTW Treibhausgasemissionen (gCO 2eq /km) 0 50 10 50 10 150 20 250 Benzin (2020) Benzin, hybrid Ethanol, Zuckerrübe Benzin (2020) Diesel (2020) LPG LNG CNG, EU CNG, Schiefergas TW Treibhausgase issionen (gC 2eq /km) WTW-Treibhausgasemissionen (g CO 2eq /km) 0 50 100 150 200 50 100 150 200 250 Benzin (2020) Benzin, hybrid Ethanol, Zuckerrübe Benzin (2020) Diesel (2020) LPG LNG CNG, EU CNG, Schiefergas 150 20

200

Benzin (2010) Benzin (2010)

150

Diesel (2010) Diesel (2010)

Benzin (2020) Benzin (2020)

BEV, Kohle BEV, Kohle

Diesel (2020) Diesel (2020)

GTL

100

Diesel (2020) Diesel (2020)

PHEV, EU-‐Mix

Ethanol, Weizen Ethanol, Weizen

Diesel, hybrid Diesel, hybrid

RE V

REEV

BEV, EU-‐Mix BEV, EU-‐Mix

Ethanol, Zuckerrohr Ethanol, Zuckerrohr

FAME, Raps FAME, gebr. FriBeröl FAME, Raps FAME, gebr. FriBeröl

CBG, organ. Siedlungsabfall CBG, organ. Siedlungsabfall

BEV, Wind FC, Wasserstoff, Wind BEV, nuklear BEV, ind FC, as erstoff, ind BEV, nuklear

CSG, Power to Gas CSG, Power to Gas

HVO, gebr. FriBeröl

Ethanol, Stroh Ethanol, Stroh

HVO, gebr. FriBeröl

BTL

0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 Diesel sowie reiner Biodiesel (FAME), synthetische Diesel (HVO, BTL, CTL und GTL) aus jeweils verschiedenen Roh- stoffen zur Beimischung; Dieselmotor mit Direkteinspritzung, Vollhybrid. D D

0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50

0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 Gasförmige Treibstoffe (LPG, CNG, CBG und CSG); Ottomotor mit Direkteinspritzung.

0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 Elektroantriebe mit Hybridisierung (PHEV, REEV), mit Batterie (BEV) und Strom verschiedener Herkunft sowie Brennstoffzelle (FC) mit Wasserstoff.

Benzin und reines Ethanol aus verschiedenen Rohstoffen zur Beimischung; Ottomotor mit Direkteinspritzung, Vollhybrid.

250

WTW Gesamtenergieverbrauch (MJ/100 km) T G samten rgi v rbr ch (MJ/100 km)

200

150

Benzin (2020) Benzin (2020)

Quelle: JRC, EUCAR, CONCAWE (2014): Well-to-wheels, Appendix 1 – Version 4.a, Summary of WTW Energy and GHG balances; http://iet.jrc.ec.europa.eu/about-jec

BEV, Kohle

100

Diesel (2020) Diesel (2020)

PHEV, EU-‐Mix

REEV

BEV, EU-‐Mix BEV, EU-‐Mix

CBG, organ. Siedlungsabfall CBG, organ. Siedlungsabfall

BEV, Wind FC, Wasserstoff, Wind BEV, nuklear BEV, Wind FC, Was erstoff, Wind BEV, nuklear

CSG, Power to Gas CSG, Power to Gas

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