SALES-LENTZ, Luxemburg, 22.10.20081
Alternative Kraftstoffe
Dipl.-Ing. Sven Geitmann
Hydrogeit Verlag
Oberkrämer bei Berlin
Optionen für heute und morgen
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20082
Überblick
Aktueller StandEntwicklungDiesel-Alternativen
– Biodiesel / Rapsöl
Otto-Alternativen– Ethanol / Flüssiggas / Erdgas / Wasserstoff
Strom-Alternativen– Wasserstoff / Hybrid
Ausblick
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20083
Zeitliche Verfügbarkeit
169
65
42
Kohle
Erdgas
Erdöl
in Jahren
Reichweiten fossiler Primärenergieträger der Welt
15 % der Weltbevölkerung in den Industriestaaten beanspruchen
55 % des jährlichen Primärenergieverbrauchs
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20084
Limitierte Emissionen
Kohlenwasserstoffe (CnHm): organische Verbindungen
Kohlenstoff-Monoxid (CO): reiz-, farb- und geruchsloses Gas
gesundheitsgefährdend
Stickstoff-Oxide (NOX): begünstigt Atemwegserkrankungen
führt zu saurem Regen & Smog-Bildung
Ruß (C): reiner, unverbrannter Kohlenstoff
mit angelagerten polyzyklischen
aromatischen Kohlenwasserstoffen.
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20085
Nichtlimitierte Emissionen
Schwefel-Dioxid (SO2): farbloses, stechend riechendes Gas
führt zu saurem Regen
polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH): karzinogen & mutagen
Benzol, Toluol, Xylol (BTX): leicht flüchtige, aromatische Kohlenwasserstoffe
krebserzeugend
Formaldehyd (CH2O): wasserlöslich, sehr reaktionsfreudig
säuerlich-stechend riechendes, farbloses Gas
karzinogen
Kohlenstoff-Dioxid (CO2): farblos, nicht brennbar, geruchlos, ungiftig
natürlicher Bestandteil der Atmosphäre
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20086
Ölpreis-Entwicklung
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20087
Entwicklung der erneuerbaren Energien
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20088
Technische Entwicklung
1. Optimierung bereits vorhandener Techniken
Effizienz-Steigerung Emissions-Reduzierung
Probleme: - weitestgehend ausgereizt - geringe Wirkungsgradverbesserungen
2. Verstärkte Nutzung alternativer Energieträger
Technik ist vorhanden, aber noch nicht ausgereift
Potential: + sofortige Schadstoffreduzierung + Schonung der fossilen Ressourcen
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.20089
Verkehrswirtschaftliche Energiestrategie (VES)
Start: Mai 1998
Vertretern der deutschen Automobil- und Mineralöl-Wirtschaft
Verkehrsministerium mit BMW, DaimlerChrysler, MAN, Opel,
Volkswagen, Aral, BP, RWE und Shell
Berlin als Testgebiet für zwei Kraftstoffe: Erdgas & Wasserstoff
bis 2007: Etablierung von Betriebstankstellen
Zwei öffentliche H2-Stationen in Berlin (CEP)
Ziel: Test unterschiedlicher Kfz-Antriebstechniken für Pkw und Bussesowie deren Versorgung mit alternativen Kraftstoffen CUTE & HyFleet:CUTE
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200810
Decarbonisierung
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200811
Biodiesel
Biodiesel (DIN EN 14214) ...
+ ist fast schwefelfrei
+ enthält keine Aromate und kein Benzol
+ besitzt hohe Schmierfähigkeit (hoher Sauerstoffgehalt: 11%)
+ reduziert die Ruß-Emissionen
+ wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt
+ ist weistestgehend CO2-neutral
+ ist biologisch abbaubar, kein Gefahrgut (ungiftig)
+ verfügt über einen höheren Energiegehalt als Benzin
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200812
Biodiesel
Biodiesel = Rapsmethylester RME = Fatty Acid Methyl Ester FAME
• verfügt über einen niedrigeren Energiegehalt als Diesel
• unterschreitet die meisten Abgaswerte von Diesel
− zieht Wasser an (hygroskopisch)
− wirkt wie Lösungsmittel, greift Lack an, verdünnt Motoröl
− kann Ablagerungen bilden und den Kraftstofffilter zu setzen
− benötigt zur Umesterung Methanol verschlechtert Umweltbilanz
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200813
Biodiesel
Vertrieb in BRD zwischenzeitlich an 1.800 Tankstellen (insg. 15.000)
Biodiesel kostete ca. 10 Cent/l weniger als Diesel; März `08: 7 Cent/l
Besteuerung seit 2006 mit 9 Cent/l, seit 2008 mit 15 Cent/l
Koalitionsaussch.: 2009 halbierte Steueranhebung (3 statt 6 Cent/l)
Beimischungspflicht: 7 % Bioenergie am Dieselkraftstoff
EU will bis bis 2020 auf über 10 % steigern
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200814
Biodiesel
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200815
Pflanzenöl
Rudolf Diesel, 1912
„Der Gebrauch von Pflanzenöl als Kraftstoff mag heute
unbedeutend sein. Aber derartige Produkte können im
Laufe der Zeit ebenso wichtig werden wie Petroleum und
diese Kohle-Teer-Produkte von heute.“
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200816
Pflanzenöl
Pflanzenöl ist …
reines, kalt gepresstes Öl aus Raps oder Sonnenblumen
nicht chemisch aufbereitet wie Biodiesel
unschädlich fürs Grundwasser und gut biologisch abbaubar
zähflüssig, hohe Viskosität, Stockpunkt von Rapsöl bei -15 °C
zündunwillig und schwer entflammbar
mischbar mit Dieselkraftstoff
Derzeit fahren rund 40.000 Fahrzeuge in Deutschland mit Pflanzenöl.
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200817
PflanzenölUmrüstung Kraftstoffleitungen mit größerem Durchmesser Einbau: Handpumpe, Standheizung (bei Direkt-Einspritzern),
Zweit-Kraftstofffilter, Nebenstromölfilter Neue Spritzkörper für die Einspritzdüsen (Zapfendüsen) Einbau von Dauerglühkerzen Kraftstofferwärmung (z. B. beheizter Filter, Wärmetauscher) Änderung an der Einspritzpumpe Relais für längere Vorglühzeit Temperaturschalter Eintrag in die Fahrzeugpapiere Umbaukosten: 2.500 - 3.500 Euro
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200818
Pflanzenöl
Vertrieb über wenig inoffizielle Tankstellen
Rapsöl kostet etwa 90 Cent/l, in größeren Mengen weniger
Besteuerung seit 2008 mit 10 Cent/l
2009 halbierte Steuersteigerung: 3 anstelle von 6 Cent/l ?
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200819
Ethanol
Erzeugung aus zucker- & stärkehaltigen Pflanzen
Mais, Weizen, Roggen, Kartoffeln, Zuckerrüben
auch aus Holz und sonstiger Biomasse
Gärung: aus Glucose wird Ethanol + Kohlendioxid
E85 = 85 % Ethanol + 15 % Benzin
November 2006 erste Zapfsäule in Berlin, Anfang 2008: 140
Heizwert niedriger als Benzin 30 % Mehrverbrauch
Oktanzahl (110) Leistungssteigerung, 20 % Effizienzsteigerung
Ethanolpreis: 90 Cent/l
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200820
Ethanol
Flexi Fuel Vehicle (FFV)
Ford Focus & Ford C-max, Volvo S40 & C30, Saab
Schweden seit 2001, 90 % der Focus-Käufer, insgesamt 80.000
Brasilien macht seit den 1970er-Jahren Ethanol aus Zuckerrohr
VW, GM & Fiat bieten dort fast ausschließlich FFV an
Aufpreis von 300 Euro
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200821
Flüssiggas
TS Butan = -0,5 °C TS Propan = -42 °C
Butan C4H10 Propan C3H8
Treibgas = Autogas = Liquefied Petroleum Gas (LPG)
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200822
Flüssiggas
Normalzustand: gasförmig, schwerer als Luft farb- und geruchlos (odoriert) ungiftig, wirkt in hohen Dosen leicht narkotisierend relativ hohe Oktanzahl relativ hoher gravimetrischer Heizwert Butan ist billiger und hat einen höheren volumetrischen Heizwert bei gleicher Leistung ein volumetrisch höherer Kraftstoffverbrauch gesetzlich limitierten Emissionen (CO, HC und NOX) sind erheblich
niedriger als bei Benzin oder Dieselöl kein Schwefel 15 % weniger CO2 Befahren von Tiefgaragen ist zulässig
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200823
Flüssiggas
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200824
Flüssiggas flüssig, Speicherung unter Druck (4 bis 8 bar) I: 2 Mio., PL: 2 Mio., T: 1,5 Mio., NL: 0,33 Mio., F: 0,3 Mio., D: 0,2 Mio. 2006: weltweit 8 Mio. Fahrzeuge rund 3.500 Tankstellen in Deutschland leiser Motorbetrieb, wegen geringem Druckanstieg Umrüstungskosten: 1.800 EUR - 2.500 EUR Kraftstoffkosten: 50 % (Benzin) bzw. 30 % (Diesel) niedriger
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200825
Flüssiggas
Druckregler /Verdampfer
Gasfilter
Gasdosier-Einheit
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200826
Flüssiggas
Gasdosier-Einheit
Schrittmotor
Gasschlauch zum Motor
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200827
FlüssiggasFuhrpark der Wiener LinienNormalbusse Type Gräf / Steyr NL 205 M12 - 179 Fahrzeuge - Baujahre 1992 - 1999 Type Gräf / Siemens NL 243 LPG - 50 Fahrzeuge - Baujahre 2001 – 2002 Type MAN NL 273 LPG (2-türig) - 30 Fahrzeuge - Baujahre 2005 - 2006 Type MAN NL 273 LPG (3-türig) - 32 Fahrzeuge - Baujahre 2006 – 2007
Gelenkbusse Type Gräf / Steyr NG 235 M18 - 97 Fahrzeuge - Baujahre 1995 - 2001 Type MAN NG 243 LPG - 66 Fahrzeuge - Baujahre 2003 - 2005 Type MAN NG 273 LPG - 20 Fahrzeuge - Baujahr 2005
Die gesamte Busflotte der Wiener Linien wird mit Flüssiggas (LPG)angetrieben.
Stand: 30. Oktober 2007
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200828
Erdgas
Compressed Natural Gas (CNG) Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan (CH4) gasförmig, Speicherung unter Druck (200 bis 350 bar) 70.000 Erdgasfahrzeuge in Deutschland weltweit über 1,5 Mio. Kfz Über 800 Tankstellen in Deutschland leiser Motorbetrieb, wegen geringem Druckanstieg niedrige Energiedichte von Drucktanks Mit etwa 60 l Erdgas liegt die Reichweite bei etwa 250 km Umrüstungskosten 3.000 EUR bis 4.500 EUR Kraftstoffkosten: 50 % (Benzin) bzw. 30 % (Diesel) niedriger
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200829
Erdgas
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200830
Erdgas
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200831
Wasserstoff
Wasserstoff = H2• ungiftig und nicht reizend• umweltneutral, nicht wassergefährdend• nicht radioaktiv, nicht krebserzeugend• geruchlos, geschmacksneutral, unsichtbar• leicht flüchtig• im Freien nicht explosiv• sehr leicht flüchtig• brennt im ultravioletten Bereich (310 ŋm)• kann Sonnenbrand verursachen• 10-mal geringere Wärmeabstrahlung als Benzin/Diesel• Entspannung bei TN Erwärmung: neg. Joule-Thompson-Effekt• kann Materialversprödung bewirken
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200832
Wasserstoff
Wichtige Kenngrößen: Schmelzpunkt TSch = -259,15 °C = 13,9 K
Siedepunkt TS = -252,76 °C = 20,39 K
Dichte bei 20,3 K, 1.013 mbar ρLH2 = 70,79 g/l
Dichte bei TN ρGH2 = 0,090 g/l Dichteverhältnis zu Luft: = 0,0695
Heizwert HU = 10,8 MJ/Nm3 = 3,0 kWh/Nm3
Zündbereich in Luft: = 4,0 - 77,0 Vol.-%
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200833
H2-Verbrennungsmotor
H2R
BMW-Motor
Hydrogen 7
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200834
H2-Verbrennungsmotor
Ford V10-Motor
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200835
HyFleet:CUTE
Wasserstoffbusflotte in Berlin Fortsetzung von CUTE & ECTOS 14 MAN Lion’s City Busse mit H2-Verbrennungsmotor
CUTE-Busse laufen weiter erst 9, jetzt 6 Busse in Hamburg gefördert von der Europäischen Kommission 31 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft & Politik
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200836
CUTE
Demonstrationsprojekt: Clean Urban Transport for Europe mit Brennstoffzellen von Ballard (Mark 900) weltweit erste Kleinserie von BZ-Fahrzeugen Präsentation im April 2000 Einsatz von zunächst 27 Citaro-Bussen in 9 europ. Großstädten Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxemburg, Madrid, Porto, Stockholm und Stuttgart Kaufpreis je 1,25 Mio. EUR Projekt-Start: Mai 2003 in Madrid Luxemburg hatte am meisten Kilometer
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200837
Brennstoffzelle
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200838
Brennstoffzelle
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200839
Entwicklung der Brennstoffzelle
1839Erfindungder Brenn-stoffzelle
1894 1920erste
BZ-Entwürfe
1960
erster Einsatz einer
Brennstoffzelle
1970militärische
Nutzung
1980
H2- & BZ-Forschungen
2002Prototypen &Testprojekte
W. OstwaldSir W. Grove Gemini/Apollo-Programm
Necar-Serie
2015
Markt
2008
NOW-Gründung &
NIP-Start
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200840
Hybrid
Tesla Roadstermit 6.381 Lithium-Ionen-Akkus
Toyota Prius IIVoll-Hybrid-Modell für 25.000 Euro
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200841
Ausblick
SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200842
Hydrogeit VerlagAlternative KraftstoffeErdgas & Flüssiggas - Biodiesel & Pflanzenöl - Ethanol & WasserstoffWomit fahre ich am besten?204 Seiten mit 58 Abbildungen und 34 TabellenISBN 978-3-937863-12-2, Hydrogeit Verlag, Oberkrämer, Okt. 2008Preis: 19,90 Euro
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SALES-LENTZ, Luxemburg, 23.10.200843
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