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Post on 11-Apr-2020
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VDI-/VDE-Fachausschuss
Wasserstoff und Brennstoffzellen
VDI-/VDE-Studie: Brennstoffzellen- und Batteriefahrzeuge
Bedeutung für die Elektromobilität
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Michel Suermann, Boris Bensmann,
Richard Hanke-Rauschenbach
Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES)
Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichersysteme
2M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
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Ausgangslage
Grundsätzliches Verständnis zur Elektromobilität vorhanden!
Wichtiger Beitrag zum Umweltschutz (lokal emissionsfrei).
Geringere CO2-Emissionen im Verkehrssektor bei Verwendung erneuerbarer
Energien.
ABER
Keine ausgewogene Diskussion in Bezug auf die verschiedenen
Systemeigenschaften.
Favorisierung von Batteriefahrzeugen trotz großer Potenziale von
Brennstoffzellenfahrzeugen zur Reduzierung der Emissionen von
Treibhausgasen.
Schlussfolgerung
Sachgerechte Diskussion mit Berücksichtigung aller Einflussgrößen.
Neben fahrzeugbezogenen Aspekten Beachtung von Nutzerinteressen,
systemtechnischen Aspekten, Infrastruktur, Energiebeschaffung, kritischen
Rohstoffen, Kosten sowie sozioökologischen Konsequenzen.
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
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Mitwirkende
Frank Belmer, Shell New Energies, Hydrogen Operations Coordinator Europe, Hamburg
Dr.-Ing. Boris Bensmann, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES)
Torsten Brandt, Siemens AG, Process Industries and Drives Division, Erlangen
Dr. Carsten Cremers, Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, Pfinztal
Monika Derflinger, Ford Research & Innovation Center Aachen, Aachen
Prof. Richard Hanke-Rauschenbach, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Elektrische
Energiesysteme (IfES)
Dr.-Ing. Thomas Grube, Institut für Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3), Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich
Prof. Dr. Angelika Heinzel, ZBT GmbH – Zentrum für BrennstoffzellenTechnik, Duisburg
Dipl.-Ing. Willi Horenkamp, Technische Universität Dortmund, Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und
Energiewirtschaft, Dortmund
Dipl.-Ing (FH) Thomas Jungmann, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Abteilung Brennstoffzellensysteme,
Freiburg
Stefan Kaimer, Ford Research & Innovation Center Aachen, Aachen
Paul Karzel, Shell Hydrogen Operations, Hamburg
Dr. Martin Kleimaier, Essen
Dr. Philipp Lettenmeier, Siemens AG, Hydrogen Solution, Erlangen
Dipl.-Ing. Martin Pokojski, Inecs GmbH, Berlin
Dr. Gerd Sandstede, Frankfurt am Main
Dr. sc. ETH Zürich Michel Suermann, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Elektrische
Energiesysteme (IfES)
Prof. Thomas von Unwerth, Fakultät Maschinenbau Technische Universität Chemnitz, Chemnitz
Erik Wolf, Siemens AG, Hydrogen Solutions, Erlangen
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
aus Kunden-
bzw. Produkt-
sicht
aus Energie-
system- bzw.
Volkswirtschafts-
sicht
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
1
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45
6
aus Energie-
system- bzw.
Volkswirtschafts-
sicht
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
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45
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8M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Defossilisierung im Mobilitätssektor
Colour coding
Energy carriers
Oil, Natural Gas,
Coal
Electricity
Distric heating
Others
Quelle: B. Bensmann, Energetische Untersuchungen zur Druckwasserelektrolyse im Kontext von Power-to-
Gas-Anwendungen, Dissertationsschrift Universität Magdeburg, 2017. Link zum Download
9M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Quelle: B. Bensmann, Energetische Untersuchungen zur Druckwasserelektrolyse im Kontext von Power-to-
Gas-Anwendungen, Dissertationsschrift Universität Magdeburg, 2017.
Defossilisierung im Mobilitätssektor
Colour coding
Energy carriers
Oil, Natural Gas,
Coal
Electricity
Distric heating
Others
Zielkorridor
2050
Link zum Download
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Defossilisierung im Mobilitätssektor
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Stromnetz
Kraftstoffinfrastruktur
Mobilitätssektor
Otto/
Diesel
Nachwachsende Rohstoffe
jährl. Substitutionspotential/bedarf*:
185 Mio tCO2 (25% d. CO2-Emiss.)
720 TWh (30% d. Endenergiebed.)
Defossilisierungs-Optionen
Substitution fossiler Brennstoffe
durch nachwachsende Rohstoffe
*Bezugsjahr: 2014
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Defossilisierung im Mobilitätssektor
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Stromnetz
Kraftstoffinfrastruktur
Mobilitätssektor
Otto/
Diesel
Nachwachsende Rohstoffe
jährl. Substitutionspotential/bedarf*:
185 Mio tCO2 (25% d. CO2-Emiss.)
720 TWh (30% d. Endenergiebed.)
Defossilisierungs-Optionen
Substitution fossiler Brennstoffe
durch nachwachsende Rohstoffe
Batterieelektrische Mobilität
(Power-to-Mobility)
*Bezugsjahr: 2014
BEV,
PHEV
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Defossilisierung im Mobilitätssektor
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Stromnetz
Kraftstoffinfrastruktur
Mobilitätssektor
Otto/
Diesel
Nachwachsende Rohstoffe
jährl. Substitutionspotential/bedarf*:
185 Mio tCO2 (25% d. CO2-Emiss.)
720 TWh (30% d. Endenergiebed.)
Defossilisierungs-Optionen
Substitution fossiler Brennstoffe
durch nachwachsende Rohstoffe
Batterieelektrische Mobilität
Wasserstoff-Mobilität
(Power-to-Gas-to-Mobility)
Brennstoff-
zellenantrieb
Wasser-
Elektrolyse
H2
*Bezugsjahr: 2014
BEV,
PHEV
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Defossilisierung im Mobilitätssektor
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Stromnetz
Kraftstoffinfrastruktur
Mobilitätssektor
Otto/
Diesel
Nachwachsende Rohstoffe
jährl. Substitutionspotential/bedarf*:
185 Mio tCO2 (25% d. CO2-Emiss.)
720 TWh (30% d. Endenergiebed.)
Defossilisierungs-Optionen
Substitution fossiler Brennstoffe
durch nachwachsende Rohstoffe
Batterieelektrische Mobilität
Wasserstoff-Mobilität
Synthetische Kraftstoffe
(Power-to-Gas-to-Mobility
bzw. Power-to-Fuels-to-Mobility)
Brennstoff-
zellenantrieb
Wasser-
Elektrolyse
H2
Erdgas-
Motor
Fischer-
Tropsch,
etc.
CO2
*Bezugsjahr: 2014
BEV,
PHEV
Methani-
sierung
CO2
CH4
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
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Tanken und Reichweichte
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Berücksichtigt wurden u.a. Antrieb, Speicherung an Bord, Rekuperation,
Alterung, Effizienz, Ladeprozesse, Tanken/Laden, Tank-/Ladeeinrichtungen,
Reichweite/Nutzlast, Einfluss des Fahrzeugtyps
Dispenser Ladestecker DC Schnellladestation
BEV hat Vorteile vor allem bei kurzen Strecken
FCEV hat Vorteile vor allem bei langen Strecken, größerer Nutzlast
und/oder hoher Auslastung
Quelle: VDI-/VDE-Studie, Brennstoffzellen- und Batteriefahrzeuge, 2019 Link zum Download
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u.a. weitere Studien
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Quelle: Hydrogen Council, How hydrogen empowers the energy transition, 2017 Link zum Download
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u.a. weitere Studien
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Link zum Download
Quelle: A. Sternberg, C. Hank, C. Hebling, Fraunhofer ISE, Treibhausgas-Emissionen für Batterie- und
Brennstoffzellenfahrzeuge mit Reichweiten über 300 km, 2019
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
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Infrastruktur BEV vs. FCEV
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
0%
37% 15% 9% 39%
35% 65%Kosten Infrastruktur
- “Roll-out”: Bis 1 Mio xEV-
Fahrzeuge relative gleich
- Übergangsphase: Bis 10
Mio xEV mit Umstieg
auf grünen H2 FCEV
teurer als BEV,
- Hohe Marktdurchdringung:
20 Mio xEV BEV
Ladeinfrastruktur wächst
nahezu linear mit
Fahrzeuganzahl an
Gesamtkosten Infrastruktur für BEV & FCEV
vergleichsweise ”vertretbar”
Beide Technologien ergänzen sich
Quelle: M. Robinius et al., FZ Jülich, Comparative Analysis of
Infrastructures: Hydrogen Fueling and Electric Charging of
Vehicles, 2018
Kumulative Investition [Milliarden €]
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
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Kritische Rohstoffe
Jä
hrlic
he
PK
W-
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rka
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Mio
.
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Berücksichtigt wurde der Rohstoffbedarf
(sowohl FCEV, BEV, ICE als auch alle weiteren
Anwendungen/Technologien) bis 2050
Herausforderung Anstieg der Nachfrage
BEV (Li, Ni, Co), FCEV (Pt), ICE (Pt (!))
Zur Vermeidung von
temporären Rohstoff-
Verknappungen und
Preissteigerungen ist ein
Ausbau der Förderkapazitäten
nötig, bevorzugt durch
Steigerung der Recyclingrate
Berücksichtigt u.a. Daten aus: i) International Energy Agency (IEA), Energy Technology Perspectives, 2016, ii) Öko-Institut,
Strategien für die nachhaltige Rohstoffversorgung der Elektromobilität, 2017, iii) U.S. Geological Survey (USGS), Mineral
Commodity Summaries 2017
Quelle: VDI-/VDE-Studie, Brennstoffzellen- und Batteriefahrzeuge, 2019 Link zum Download
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
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Energiebeschaffung
Berücksichtigt wurden u.a. Netz-/Systemdienlicher Betrieb,
Energiespeicherung, Zusätzliche Anwendungen, Treibhausgasemissionen
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H2-Beschaffung ist in von Markteinführung bis –hochlauf generell als
unkritisch hinsichtlich Verfügbarkeit und Kosten einzuschätzen.
Für grünen H2 muss EE ausgebaut und Reglementierung angepasst werden
H2 entwickelt sich zu globalem Handelsgut (Import H2!)
Längerfristige Speicherung nur über chemischen Speicher (H2) umsetzbar
Netzdienlicher Betrieb sowohl für FCEV und BEV von Vorteil
Sektorkopplung anstreben (Strom, Wärme, Verkehr, Industrie)
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Gliederung VDI-/VDE-Studie und Vortrag
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Kernaussaugen
Handlungsempfehlungen
Zusammenfassung
1. Einführung
2. Marktentwicklung
3. Bewertungskriterien
4. Elektromobilität – Kernaussagen
4.1 Politische Zielstellungen
4.2 Tanken und Reichweite
4.3 Infrastruktur
4.4 Energiebeschaffung
4.5 Kritische Rohstoffe
4.6 Kosten Pkw (TCO)
5. Forschungsbedarf
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VDI/VDE-Studie: Handlungsempfehlungen
Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur für den öffentlichen Personen- und
Güterverkehr und Realisierung der geplanten 400 Tankstellen.
Innerstädtischer Aufbau einer geeigneten Ladeinfrastruktur für BEV.
Unterstützung des Markthochlaufs durch Umstellung von Fahrzeugflotten
auf Elektrofahrzeuge im privaten wie öffentlichen Bereich.
Überprüfung der Regularien zur schnelleren Realisierung von Tankstellen.
Überprüfung der Kosten der Elektromobilität durch EEG-Umlagen,
Netzentgelte sowie Steuern.
Einbeziehung des Energieträgers Wasserstoff in die sektorenübergreifende
Langzeitstrategie für eine sichere Energieversorgung.
Begleitende Forschung zum Markthochlauf (Forschungsbedarf in den
Bereichen Nebensysteme, Lebensdauer bzw. Degradationsverhalten im
Realbetrieb sowie Lebenszyklusanalysen).
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Wer mehr diskutieren/mitmachen möchte…
OLEC / Arbeitskreis Wasserstoff Niedersachsen
Bereitet mit anderen H2-Akteuren die Gründung einer H2-Allianz vor
Unterzeichnung einer „Absichtserklärung" am 21.08. in Hannover
Energie-Forschungszentrum Niedersachsen (EFZN),
Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK),
Ministerium für Umwelt (MU)
12. Niedersächsischen Energietage
„Wasserstoff – Schwergewicht für die Energiewende!“ 05./06. November 2019 im Alten Rathaus, Hannover.
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
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Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!
M. Suermann, B. Bensmann, R. Hanke-Rauschenbach | Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) | 12.08.2019, Bremen
Kontaktdaten
Michel Suermann
suermann@ifes.uni-hannover.de
Hinweis: Auf den nächsten 4 Folien finden Sie weitere,
allgemeine Informationen zu den Forschungsgebieten
des Fachgebiets für elektrische Energiespeichersysteme
(IfES-EES) sowie die dazugehörigen Ansprechpartner.
28
Forschung am Fachgebiet für elektrischeEnergiespeichersysteme (1/3)
Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES)
Übergeordnete Zielsetzung: Gestaltung und Betriebsführung von vernetzten
Energie- und Stoffwandlungssystemen und Weiterentwicklung ausgewählter
Komponenten und Prozesse
Gestaltung von Fahrzeug-
energiesystemen zur Nutzung
erneuerbarer Energien in der
Straßenmobilität und Luftfahrt
Technologieauswahl- und
Auslegungsmethodiken für
elektrische Energie-
speichersysteme
29
Forschung am Fachgebiet für elektrischeEnergiespeichersysteme (2/3)
Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES)
Übergeordnete Zielsetzung: Gestaltung und Betriebsführung von vernetzten
Energie- und Stoffwandlungssystemen und Weiterentwicklung ausgewählter
Komponenten und Prozesse
Gestaltung und flexibilisierter
Betrieb von stationären Power-
to-Heat/Cold und Power-to-Gas-
Systemen
Energiesystemanalyse
30
Forschung am Fachgebiet für elektrischeEnergiespeichersysteme (3/3)
Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES)
Techno-ökonomische Bewertung
von Geschäftsmodellen im Bereich
Flexibilitäten für Stromsysteme und
für die H2-Bereitstellung
Methodisch verbindendes Element: kombinierter Einsatz von
Modellierungs-/ Simulationswerkzeugen und experimenteller
Charakterisierung/Validierung
PEM-Wasserelektrolyse im Kontext
von Power-to-Gas-Anwendungen:
Material- und
Apparateentwicklungen
31
Sprechen Sie uns gern an!
Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES)
Ihre Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Richard Hanke-Rauschenbach
Institutsleiter
hanke-rauschenbach@ifes.uni-hannover.de
Dr.-Ing. Astrid Bensmann
Gruppenleiterin Speichersystemtechnik
astrid.bensmann@ifes.uni-hannover.de
Dr.-Ing. Boris Bensmann
Gruppenleiter Wasserelektrolyse
boris.bensmann@ifes.uni-hannover.de
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