Nachhaltige Mobilität

Nachhaltigkeitsstrategie für Mobilität?

Für den Verkehr gibt es drei Nachhaltigkeitsstrategien:

Vermeiden
Reduzierung von Ortsveränderungen bzw. Distanzen mit motorisierten Verkehrsmitteln

Verlagern
Durchführung des verbliebenen Verkehrs mit umweltfreundlicheren Verkehrsmitteln

Verbessern
technische und/oder organisatorische Verbesserungen des Verkehrs

Teil der Verbesserungsstrategie ist die Entwicklung von nachhaltigen Antriebstechnologien. Aus der Klimaschutzperspektive stellt Elektromobilität gegenwärtig die zentrale Lösungsoption für den Zweirad-, Pkw- und Bus-Verkehr der Zukunft dar. Darüber hinaus sollen Anwendungen wie Lkw, Flugzeuge, Schiffe, Bahnen und mobile Arbeitsmaschinen durch Power-to-Fuel (PtF) Produkte klimaverträglich gemacht werden. Der Beitrag beider Lösungsoptionen zum ­Klimaschutz im Jahr 2050 hängt vom bis dahin erreichten erneuerbaren Anteil im Strom-mix und dem Ausbau der Versorgungsinfrastruktur ab.

Materialien zum Thema nachhaltige Mobilität im Verkehr

Unsere Expert*innen für nachhaltige Mobilität im Verkehr

Solare Wasserstoff Tankstelle mit drei Fahrzeugen

Solare Wasserstoff Tankstelle des Fraunhofer ISE

Solare Wasserstoff Tankstelle mit drei Fahrzeugen ©Fraunhofer ISE

Nachhaltige Mobilität

Die theoretischen Marktpotenziale für Elektrofahrzeuge und PtF-Produkte sind hoch. Für die Marktdiffusion müssen die Kosten für Batterien bzw. Brennstoffzellen gesenkt, ihre Reichweite und Lebensdauer erhöht sowie die Ladeinfrastruktur für Strom bzw. Wasserstoff ausgebaut werden. Zusätzlich können, vor dem Hintergrund autonomer Fahrsysteme, in Verbindung mit Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeugen zukünftig gänzlich neue nachhaltige Mobilitätssysteme entstehen, die den Mobilitätsumfang zusätzlich vergrößern können. Die Bereitstellung von PtF- Produkten wird wesentlich durch Herausforderungen bei der CO2-Bereitstellung und Biomassenutzung sowie bei der noch aufzubauenden Erzeugungsinfrastruktur bestimmt.

Der Umstieg auf Elektromobilität bedeutet eine Systeminnovation, die Fahrzeugantriebe, Infrastrukturen, Energiebereitstellung und die gesamte Wertschöpfungskette im Automobilsektor umfasst.

Vereinfachend lassen sich diese nachhaltigen Antriebstypen unterscheiden:

  • rein batterieelektrische Antriebe
  • hybride Antriebe
  • Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektroantriebe

Die Einführung von PtF-Kraftstoffen erfordert die Schaffung einer neuen Erzeugungsinfrastruktur zur Synthese und umfasst das folgende Produktspektrum:

  • Methan als Compressed Natural Gas (CNG) oder als Liquefied Natural Gas (LNG)
  • synthetische Kohlenwasserstoffe für Otto- oder Dieselmotoren
  • sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe wie Alkohole, Ether oder Ester (Oxygenate)

Pluspunkte von nachhaltige Mobilität

  • Eine künftige Elektroflotte bietet das Potenzial, perspektivisch als Zwischenspeicher für Strom aus fluktuierenden erneuerbaren Quellen dienen zu können. Wie und in welchem Umfang dieses Flexibilisierungspotenzial gehoben werden kann, ist Gegenstand weiterer Forschungen.
  • Auch die Verwendung von Wasserstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeuge oder der Betrieb mit nachhaltig gewonnenem Methan erlaubt eine großtechnische Energiespeicherung und Netzflexibilisierung sowie eine nachhaltige Mobilität auch im Langstreckenverkehr.
  • Die Verwendung von PtF-Kraftstoffen verbindet die hohe Energiedichte mit einfacher Handhabung und dem weitgehenden Erhalt bewährter Antriebstechnologie und Versorgungsinfrastruktur.

Lithium-Ionen-Batterien

speichern Elektrizität (Elektronen) durch den Austausch von Lithiumionen (Li +) zwischen Anode und Kathode beim Laden und Entladen. Dabei erreichen sie eine im Vergleich zu anderen Akkus hohe spezifische Energiedichte

Pluspunkte von Lithium-Ionen-Batterien

  • Diese Fahrzeuge sind mit ihrem hohen Wirkungsgrad und ihrer lokalen Emissionsfreiheit ideale Stadt- und Lieferfahrzeuge. Die meist noch auf von 100–200 km begrenzte Reichweite und die notwendigen Ladezeiten sind für diese Anwendungen in der Regel kein Problem. Es gibt auch schon Systeme mit Reichweiten bis zu 400 km. Zudem lässt die schnelle Entwicklung der Akkumulatoren erhebliche Effizienzsteigerungen und Preissenkungen erwarten

Brennstoffzellen

erzeugen mit Wasserstoff elektrischen Strom, der zum Antrieb eines Elektromotors eingesetzt wird. Der benötigte Kraftstoff wird im Fahrzeug in Druckgastanks mitgeführt.

Pluspunkte von Brennstoffzellen

  • Wasserstoff kann in entsprechenden Tanksystemen mit hoher Energiedichte transportiert werden. Daher ermöglichen Brennstoffzellenfahrzeuge Reichweiten von mehreren hundert Kilometern.
  • Durch die effiziente und emissionsfreie Umwandlung von Wasserstoff in elektrische Energie sind Brennstoffzellen vielversprechend für den CO2-freien Verkehr. Ihr Wirkungsgrad ist doppelt so hoch wie der von Verbrennungsmotoren.
  • Der Wasserstoff wird mittels großskaliger Elektrolyseanlagen effizient und in ausreichenden Mengen aus erneuerbaren Energien erzeugt und erlaubt durch Speicherung in großvolumigen Salzkavernen die Entkopplung von regenerativem Stromangebot und Lastgang.

Power-to-Fuel

liefert flüssige oder gasförmige Kraftstoffe aus Wasserstoff und Kohlendioxid oder Biomasseabfällen, die entweder die Eigenschaften mineralölbasierter Kraftstoffe aufweisen oder im Falle von Alkoholen bzw. Oxygenaten über vergleichbare oder bessere Eigenschaften verfügen.

Auf dem Weg zur nachhaltigen Mobilität haben Bundesregierung und Wirtschaft eine Kaufprämie für Elektrofahrzeuge ausgelobt. Daneben hat sich die H2 Mobility Initiative darauf verständigt, das deutsche H2-Tankstellennetz bis 2023 auf 400 Stationen auszubauen. Die für Pkw, Kleintransporter und Busse anlaufende Markteinführung der Elektromobilität wird sich auf die Umstellung kleiner Nahverkehrszüge ausweiten. Weitere Verkehrsanwendungen zu Wasser und in der Luftwerden folgen. Die Einführung von PtF-Kraftstoffen für Lkw, Flugzeuge, Schiffe, Bahnen und mobile Arbeitsmaschinen erlaubt einen klimaverträglichen Betrieb des erheblichen und wachsenden Transportsektors unter weitgehender Beibehaltung der Nutzungstechnologien und der Versorgungsinfrastruktur.

Pluspunkte von Power-to-Fuel

  • Die Leistungsfähigkeit der Fahrzeugantriebe bleibt weitgehend erhalten.
  • Das Nutzungsverhalten (Betankung, Sicherheit) bleibt weitgehend unverändert.
  • Die vorhandene Versorgungsinfrastruktur kann weiter genutzt werden.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf

  • Erarbeitung einer abgestimmten Gesamtstrategie zur stärkeren Verbreitung und Akzeptanz der Elektromobilität und PtF
  • Anpassung von Rahmenbedingungen und Ausbau der Infrastruktur (u.a. Erarbeitung von Finanzierungsmechanismen)
  • Untersuchungen zur Systemintegration von Elektromobilität (Vehicle-to-Grid, Smart Home, Batterie und Brennstoffzellen) und PtF (Synthesanlagen, CO2-Abtrennung und Transport); für die Zukunft auch im Kontext automatisierter bzw. autonomer Fahrassistenzsysteme (Car-to-x Kommunikation)
  • Kriterien wie Lebensdauer und Kosten, Sicherheit und Funktionalität müssen durchgängig verstanden und optimiert werden.
  • Die Forschung erarbeitet Lösungen für die gesamte Bandbreite der Technologien, von Systemtechnik, Optimierung von Komponenten, Synthese neuer Materialien bis zu Fertigungstechnologien.
  • Entwicklung eines neuen Produktspektrums für die breite Anwendung einer nachhaltigen Mobilität:
    Elektromotoren, Brennstoffzellen, Batterien, Systemtechnik, mit EE-/Biokraftstoffen betriebene Range Extender (Reichweitenverlängerer) sowie Ladeinfrastruktur und -konzepte wie Schnellladung und induktives Laden
  • Anbindung an dezentrale Erzeuger wie PV- und KWK-Anlagen sowie die optimale Einbindung in das Stromnetz, auch zum Ausgleich von Fluktuationen und zur Netzstabilisierung
  • Strategien für den effizienten Einsatz erneuerbarer Kraftstoffe sind zu entwickeln. Diese müssen im Einklang mit einer übergeordneten Biomasse-Allokationsstrategie stehen. Allerdings ist vor dem Einsatz solcher Energieträger vorrangig auf eine deutlich höhere Effizienz der Fahrzeuge sowie auf Möglichkeiten zur Reduktion des motorisierten Verkehrs zu achten

Aktuelle Materialien

Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema „Nachhaltige Mobilität“. Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.

Artikel aus "Themenhefte"

Themen 2021: Mit Wasserstoff zur Klimaneutralität – von der Forschung in die Anwendung

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Wasserstoff kann einen entscheidenden Beitrag für die dringend notwendige Klimaneutralität des Energiesystems leisten. Grüner Wasserstoff auf Basis von erneuerbaren Energien…

Wasserstofftechnologie und Fahrzeuge

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  In Studie der wurde untersucht, wie sich die Kosten für verschiedene elektrische Fahrzeugtypen bis 2050 entwickeln und wann sie…

Potenziale von Wasserstoff und regenerativen Kraftstoffen in der zukünftigen Mobilität

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Klimaneutrale Mobilität wird zunächst eine Veränderung des Mobilitätsverhaltens erfordern und im Sinne der Effizienzerhöhung eine Verringerung des motorisierten Individualverkehrs hin…

Themen 2020: Forschung für den European Green Deal

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Mit dem Green Deal will Europa bis 2050 der erste klimaneutrale Kontinent werden. Der FVEE zeigte auf seiner Jahrestagung 2020…

Photovoltaik für den Straßenverkehr im Energiesystem der Zukunft

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Artikel aus "Programmbroschüren"

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Forschungsziele 2019

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Diese Broschüre informiert über die Forschungsthemen im FVEE zu: Energiebereitstellung Systemkomponenten Energienutzung Energiesystemgestaltung Außerdem finden Sie hier die Ziele des…

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Expert*innen

DBFZ

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DBFZ
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DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe, 51147 Köln
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Fraunhofer IEE
Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik
Joseph-Beuys-Straße 8, 34117 Kassel
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Fraunhofer ISE

Ulf Groos

Brennstoffzellensysteme
Fraunhofer ISE
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2, 79110 Freiburg
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IZES
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme
Altenkesseler Straße 17, 66115 Saarbrücken
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IZES

Dr. Andrea Amri-Henkel

IZES
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme
Altenkesseler Straße 17, 66115 Saarbrücken
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Jülich

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Jülich
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Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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Jülich

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Zukünftige Kraftstoffe
Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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Jülich

Prof. Dr.-Ing. Detlef Stolten

Elektrochemnische Verfahrenstechnik; Niedertemperatur-Brennstoffzelle
Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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Mobile Arbeitsmaschinen
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Prof. Dr. Thomas Koch

Emissionsbildung, CO2-Reduzierung, Wirkungsoptimierung
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Prof. Dr.-Ing. Jörg Sauer

Herstellverfahren für E-Fuels
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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Wuppertal Institut

Georg Wilke

Elektromobilität
Wuppertal Institut
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH
Döppersberg 19, 42103 Wuppertal
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Wuppertal Institut

Dr. Karin Arnold

Biokraftstoffe, Biomasse; Erneuerbare Kraftstoffe
Wuppertal Institut
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH
Döppersberg 19, 42103 Wuppertal
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ZAE Bayern

Stephan Vidi

ZAE Bayern
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V.
Magdalene-Schoch-Straße 3, 97074 Würzburg
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ZSW

Maike Schmidt

ZSW
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Meitnerstraße 1, 70563 Stuttgart
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