Die Verkehrswende erreichen: Vermeiden, verlagern, verbessern. · Bodo Groß, Thomas Grube, Carsten Hoyer -Klick, Christoph Kost, Paul Lehmann, Markus Millinger, Franziska Müller-Langer,

FVEE – Jahrestagung 2019: Energy Research for Future – Forschung für die Herausforderungen der Energiewende

Die Verkehrswende erreichen: Vermeiden, verlagern, verbessern.

22.10.2019 | Martin Robinius, Ralph-Uwe Dietrich, Philip Gauglitz, Frank Graf, Bodo Groß, Thomas Grube, Carsten Hoyer-Klick, Christoph Kost, Paul Lehmann, Markus Millinger, Franziska Müller-Langer, Sascha Ott, Maike Schmidt, Detlef Stolten

FVEE-Jahrestagung 2019 Energy Research for Future - Forschung für die Herausforderungen der Energiewende

Umweltforum Berlin

[email protected]


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Gliederung

Herausforderungen der Verkehrswende • Verkehrssektor: Das „Sorgenkind“ für die CO2-Reduktionsziele

• Bestandsentwicklung nach Fahrzeugklassen

• PKW-Bestandsveränderungen nach Antriebsart

• Handlungsoptionen unter Unsicherheit

Forschungsergebnisse und Beiträge aus der Forschung • Verkehrsszenarien

• Methoden für eine holistische Betrachtung

• Beispiel: Die Sektorenkopplung (Verkehr- und Strom) in der Energiesystemanalyse

• Umsetzungsforschung

Zusammenfassung


3

Der Verkehrssektor: Das Sorgenkind für die CO2-Reduktionsziele

[1] BMWi, Zahlen und Fakten Energiedaten - Nationale und Internationale Entwicklung. 2018: Berlin. [2] BRD, Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. 2010: Berlin. [3] BMU, Klimaschutzplan 2050 - Klimaschutzpolitische Grundsätze und Ziele der Bundesregierung. 2016: Berlin.

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0 [%

]

Gesamt-Emissionen[1] Sektorziele[1] Heute Heute

CO2 Reduktionsziele 2010[2]

CO2 Reduktionsziele nach dem Klimaschutzplan 2016[3]

Sektoren Strom, Haushalte und Industrie zeigen klaren Reduktionstrend Keine Treibhausgasreduktion im Verkehrssektor seit 1990

Verkehr Industrie Strom Haushalte


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1990 2010 2030 2050

e CO

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Jahr

Spezifische CO2 Emissionsziele neuer PKW in Europa [1-3]

EU-15EU-28EU targets

4

Europas Regulierungen hinsichtlich des CO2-Ausstoßes von Fahrzeugen

[1] REGULATION (EU) 2019/631 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL, 2019; [2] EEA (2009): CO2 emissions from new passenger cars, in: (DK), E.E.A. (Ed.), Copenhagen, 2009; [3] EEA (2019): Average carbon dioxide emissions from new passenger cars, in: (DK), E.E.A. (Ed.), Copenhagen, 2019 [4] VERORDNUNG (EU) 2019/1242 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES, 2019

PKW: − Der spezifische CO2-Ausstoß des Flottenmix

der Hersteller bereits 2021 bei 95 g/km − Dieser sinkt bis 2030 auf 60 g/km

0%

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2010 2015 2020 2025 2030 2035

e CO

2

Jahr

Spezifische CO2 Emissionsziele neuer schwerer NFZ in Europa [4]

Schwere NFZ: Referenzzeitraum ist 07/2019 – 06/2020 − Ab 2025: 15 % Reduktion − Ab 2030: 30 % Reduktion

Trend des spezifischen CO2-Ausstoßes bei PKW entgegen Zielkorridor Spezifische CO2 Reduktionsziele bei schweren NFZ vorhanden Kompensiert durch erwartete Transportleistung?


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40

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2010 2017

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Bestandsentwicklung nach Fahrzeugtypen in Deutschland [1]

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PKW Bestand ist von 2010 bis 2017 um 10 % gewachsen Bestand von leichten und schweren NFZ ist um 25 % angestiegen (2010-2017)

Der Transportmittelbestand wird von Straßenfahrzeugen dominiert

[1] Radke, Verkehr in Zahlen 2018/2019, ISBN 978-3-00-061294-7

Pkw leichte und schwere Nfz SattelzugmaschineBusse Züge SchiffeFlugzeuge

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leichte NFZSonstigeWohnmobileUtilitiesGroßraum-VansMini-VansSportwagenSUVsGeländewagenOberklasseObere MittelklasseMittelklasseKompaktklasseKleinwagenMinis

Kontinuierlicher Wachstum des Gesamtbestandes Verschiebung zu Fahrzeugklassen mit erhöhtem Verbrauch SUV Steigerung um 400% seit 2010

Bestandsentwicklung nach Fahrzeugklasse in Deutschland 2010-2019 [1] Der Fahrzeugkäufer legt kaum Wert auf Vermeidung

[1] KBA, Bestand an Personenkraftwagen nach Segmenten und Modellreihen, 2010-2019


7

SUV Anteil an verkauften Autos (weltweit) steigt seit 2010 von 17 auf 39 Prozent im Jahr 2018 CO2-Emissionen durch SUV steigen weltweit stärker als durch Luftfahrt und Schwerindustrie

[1] https://www.iea.org/newsroom/news/2019/october/growing-preference-for-suvs-challenges-emissions-reductions-in-passenger-car-mark.html

Der Einfluss der SUV Verkäufe ist weltweit enorm

-2000

200400600800

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Veränderungen der CO2-Emissionen von 2010 bis 2019

in Millionen Tonnen [1]

* Enthält die Bereiche Eisen und Stahl, Zement, Auminium, Chemie und Papier ** restliche Pkw mit Verbrennungsmotor

0%10%20%30%40%50%60%

Anteil SUV an verkauften PKW [1]

USA EuropaChina IndienSüdafrika Welt


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Mio

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HEVPHEVElektroErdgasFlüssiggasBenzinDiesel

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Der Fahrzeugkäufer verändert sein Kaufverhalten nur langsam

[1] https://www.kba.de/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/Umwelt/2019_b_umwelt_z.html?nn=663524, Zugriff am 14.10.2019

0,00,20,40,60,81,0

2010 2013 2016 2019

Bes

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io.

PKW-Bestand immer noch auf Diesel und Benzin basierend Geringe Nachfrage nach Elektromobilität

PKW-Bestandsentwicklung nach Antrieb 2010-2019 [1]

https://www.kba.de/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/Umwelt/2019_b_umwelt_z.html?nn=663524


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Handlungsoptionen für die Verkehrswende (Auswahl)

Biokraftstoffe und PTL

Mobilitäts- forschung

Strategie

Technologie- offenheit

Lock-in Effekte vermeiden

…behindert Transformation

Elektromobilität (BEV & FCEV) ist

zentral → Netzausbau und Sektorenkopplung

Balance zwischen Effizienz und Nutzer-

kompatibilität

Kraftstoffmix- / Antriebsmix &

Verbrauchsreduktion

Limitierend: CO2 (P2F),

Biomasse (BTL)

Unterstützende Maßnahmen

Technologieneutral; z.B. CO2-Preis)

Technologiespezifisch, z.B. Infrastruktur

Klare und stabile Rahmenbedingungen

Definition Zielsystem

PKW- Option während Transformation

…ist notwendig

Benötigt hohe EE-Anteile (ggf. Import)

Flug- und Schiffsverkehr

Ausreichende Handlungsoptionen für die Verkehrswende Hauptpfade sind bekannt: Elektromobilität (Batterie und Wasserstoff), PtF und Biomasse Auswahl unter enormer Unsicherheit

P2F: Power-to-Fuel BTL: Biomass-to-Liquid

Beschleunigung der Diffusion alternativer

Antriebe

Güter- schwerlastverkehr

Nutzerverhalten


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Historische Daten 2017DLR Langfristszenarien (2011)

BMVI Verkehrsprognose (2013)eMobil 2050 (Regional) (2014)

Renewbility III (Effizienz) (2016)BMVI Verkehr in Zahlen (2018)

Agora Verkehrswende (S&E) (2018)dena Leitstudie (2018)BDI Klimapfade (2018)

DLR Geregelter Ruck (2019)DLR Langfristszenarien (2011)eMobil 2050 (Regional) (2014)

Renewbility III (Effizienz) (2016)dena Leitstudie (2018)BDI Klimapfade (2018)

ewi Sektorenkopplung (2018)Verkehrsleistungsprognosen 2030 und 2050 [1-11]

10

Güterverkehrsleistung in Mrd. tkm

Personenverkehrsleistung in Mrd. pkm

Szen

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2030

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Personenverkehr

Güterverkehr

Verkehrsszenarien sehen keinen fundamentalen Wandel

Auch zukünftig starker Fokus auf motorisiertem Individualverkehr (MIV) Im Güterverkehr steigt die Verkehrsleistung in fast allen Szenarien bereits um 2030

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [2] [3] [8] [9] [4] [5] [10] [6] [11]


1000 500 0 500 1000 1500

Historische Daten 2017DLR Langfristszenarien (2011)

BMVI Verkehrsprognose (2013)eMobil 2050 (Regional) (2014)

Renewbility III (Effizienz) (2016)BMVI Verkehr in Zahlen (2018)

Agora Verkehrswende (S&E) (2018)dena Leitstudie (2018)BDI Klimapfade (2018)

DLR Geregelter Ruck (2019)DLR Langfristszenarien (2011)eMobil 2050 (Regional) (2014)

Renewbility III (Effizienz) (2016)dena Leitstudie (2018)BDI Klimapfade (2018)

ewi Sektorenkopplung (2018)

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Szen

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n

Annahmen Personenverkehr: 25% weniger Arbeitswege und Dienstreisen Weniger wichtige Rolle von E-Commerce Kürzere Wege zu Versorgungs- und Freizeitstrukturen

Annahmen Güterverkehr: “Sparsamer” Umgang mit Ressourcen Lokale (Recycling-)Kreisläufe Optimierte Auslastung

Verkehrsleistungsprognosen 2030 und 2050 [1-11] Verkehrsszenarien sehen keinen fundamentalen Wandel

eMobil: Weicht klar von weiteren Szenarien ab (Vermeidung sinkende Verkehrsleistung)

2030

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[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [2] [3] [8] [9] [4] [5] [10] [6] [11]


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Forschung liefert Methoden um neuartige Fragestellungen zu beantworten (Auswahl)

Verbessern

Verlagern Vermeiden

Technologie-modelle

Verkehrsmodelle

Werkzeug Analytische Bewertung Simulation Optimierung Ziel Technisch Ökonomisch Ökologisch Sozio-ökonomisch

Life Cycle

Asses-ment

Energiesystem-modelle

Holistische Betrachtungen mit neuartigen Methoden bzw. Methodenverknüpfung


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Beispiel: Verknüpfung des Strom- und Verkehrssektor (Sektorenkopplung)

Verbessern

Verlagern Vermeiden

Technologie-modelle

Verkehrsmodelle

Werkzeug Analytische Bewertung Simulation Optimierung Ziel Technisch Ökonomisch Ökologisch (CO2) Sozio-ökonomisch

Life Cycle

Asses-ment

Energiesystem-modelle

Systemmodelle erzeugen keine Prognosen Erkenntnisgewinn Kausalitäten


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Antrieb KraftstoffAn

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Bio-Kraftstoffe PtL-KraftstoffeWasserstoff Strom(H-)ICEV PIHV

Antriebe & Kraftstoffe der PKW-Flotte 2050

[1] REMod: Erlach et al., Optimierungsmodell REMod-D, Schriftenreihe Energiesysteme der Zukunft, 2018 [2] SCOPE: Böttger, D. et al.: Cost-optimal market share of electric mobility within the energy system in a decarbonisation scenario. DOI: 10.1109/EEM.2018.8469846, http://publica.fraunhofer.de/documents/N-518421.html [3] BENOPT: Millinger, Markus. (2019, May 14). BioENergyOPTimisation model (Version 1.0). Zenodo. http://doi.org/10.5281/zenodo.2812986 [4] FINE-Nestor: Robinius, M. et al.: Kosteneffiziente und klimagerechte Transformationsstrategien für das deutsche Energiesystem bis zum Jahr 2050 (Kurzfassung). Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, 2019.

Neuartige Modelle berücksichtigen die Sektorenkopplung (Strom- und Verkehr)

Modellauswahl: REMod [1], SCOPE [2], BENOPT [3], FINE-Nestor [4], …

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WasteHydrogen (SOFC)BiomassHydro powerWind (offshore)Wind (onshore)PV (open field)PV (rooftop)Mineral oilNatural gasNuclear energyLigniteHard coal

Installierte Leistungen im Stromsektor

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Verkehrswende verändert Energiebereitstellung Forschung kann diese Effekte aufzeigen

http://dx.doi.org/10.1109/EEM.2018.8469846


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Umsetzungsforschung als Bestandteil des Erkenntnisgewinns (Auswahl)

Die Verkehrswende erfordert weiterentwickelte und neuartige Technologien und Infrastrukturen Umsetzungsforschung liefert Erkenntnisgewinn (bspw. Integration BEV ins Verteilnetz)


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Zusammenfassung Die Verkehrswende benötigt vermeiden, verlagern und verbessern Herausforderungen der Verkehrswende: Keine CO2-Reduktion seit 1990 im Verkehrssektor

Der Fahrzeugkäufer ändert nur langsam sein Verhalten

Vermeidung spielt bisher untergeordnete Rolle im Fahrzeugkauf SUV Steigerung um 400% seit 2010

PKW-Bestand auf Diesel und Benzin basierend Geringe Nachfrage nach Elektromobilität

Ausreichende Handlungsoptionen Auswahl unter Unsicherheit

Erkenntnisse und Beiträge aus der Forschung: Großteil der Szenarien sieht eine erhebliche Steigerung der Güterverkehrsnachfrage

Bisher starker Fokus auf motorisiertem Individualverkehr (MIV) Vermeidung/Verlagerung?

Neuartige Methoden und Methodenverknüpfungen für eine holistische Betrachtung

Umsetzungsforschung als Werkzeug des Erkenntnisgewinns

Documents

Die Verkehrswende erreichen: Vermeiden, verlagern, verbessern. · Bodo Groß, Thomas Grube, Carsten Hoyer -Klick, Christoph Kost, Paul Lehmann, Markus Millinger, Franziska Müller-Langer,