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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.
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
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