E-DES FFM
Anteil CO2-Emissionen des Transportsektors
an den globalen Emissionen
Die weltweiten CO2-Emissionen (ohne Äquivalente) sind in Europa und den USA in den letzten zwanzig Jahren leicht gesunken, während China durch sein exorbitantes Wirtschaftswachstum diesen Rückgang deutlich kompensiert hat. Seit 2010 hat sich die Entwicklung in China stabilisiert, und damit ist die Steigerungskurve deutlich abgeflacht. Indiens CO2-Emissionen sind seit 2005 stärker gestiegen, sodass hier durch mögliche weitere ökonomische Dynamiken ebenso ein Emissionssprung zu befürchten ist. Die nicht dargestellten Länder tragen bereits seit 1980 zu deutlich wachsenden Emissionen bei. Die restlichen asiatischen Staaten (außer China und Indien) sind insbesondere für diesen Anstieg von CO2 verantwortlich.
Wie dargestellt erreichen die Anteile von Europa und den USA zusammen nicht den Ausstoß von China. Die Entwicklung in China ist leicht stagnierend. Jedoch werden die restlichen asiatischen Staaten die Stagnation auf hohem Niveau kompensieren. Indien ist zudem auf dem Weg, sein Wirtschaftswachstum deutlich zu erhöhen, sodass hier ein neuer großer Emittent wachsen könnte.
Was kann Europa, insbesondere Deutschland, mit einem eher geringen Anteil an den weltweiten CO2-Emissionen, bewirken?
Welche Maßnahmen sind sinnvoll?
Deutschland setzt weltweite Industriestandards und hat somit eine Vorreiterrolle inne. Technologien, die hier erfolgreich entwickelt und eingesetzt werden, können nach einiger Zeit in der ganzen Welt als Maßstab gelten. Zusätzlich wird vom Ausland genau beachtet, mit welchen Methoden und Maßnahmen Deutschland seine CO2-Ziele erreicht. Ein Nachahmungseffekt kann dabei erwartet werden. Es stellt sich die Frage, welche Dekarbonisierungspotenziale der Verkehr bzw. der Transport von Personen und Gütern weltweit besitzt.
Der weltweite Straßengüterverkehr (Fahrzeuge mit mehr als 3,5 Tonnen Gesamtgewicht, keine Pkw) hat an den Emissionen einen Anteil von ca. 5% (ca. 2 Mrd. Tonnen CO2) und wächst stetig, sodass hier eine Trendumkehr wichtig wäre. Deswegen ist dieser Wirtschaftszweig auf seine Dekarbonisierungspotenziale hin zu prüfen. Das Projekt E-DES FFM soll dazu beitragen.
Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung von https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC117610, sowie Wyatt, D., Electric Trucks 2020-2030, Analysis of the medium and heavy-duty truck markets; detailed production and market penetration forecasts at both global and regional levels, Key enabling technologies for battery electric trucks and fuel cell electric trucks, http://www.IDTechEx.com/research, 2020. S.22
Der Straßenverkehr ist weltweit für 15% der CO2 Emissionen (mit allen Äquivalenten) verantwortlich. Damit ist er der zweigrößte Erzeuger von CO2-Emissionen neben der Elektrizität- und Wärmeproduktion. Bei den Einheiten handelt es sich um Million Metric Tons also Millionen Tonnen CO2-Äquivalent.
Quelle: In Anlehnung an https://www.destatis.de/Europa/DE/Thema/Umwelt-Energie/CO2_Strassenverkehr.html und Wyatt, D., Electric Trucks 2020-2030, Analysis of the medium and heavy-duty truck markets; detailed production and market penetration forecasts at both global and regional levels, Key enabling technologies for battery electric trucks and fuel cell electric trucks, http://www.IDTechEx.com/research, 2020. S.22
CO2-Emissionen Transport Anteil Europa
In Europa teilen sich diese 15% auf nach Straßengüterverkehr und Pkw-Verkehr und betragen 26% der gesamten Emissionen. Der Schwerlastverkehr von Fahrzeugen mit mehr als 12 Tonnen Gesamtgewicht erzeugt in Europa 26,2% von 26% des Verkehrsemissionsanteils der gesamten CO2-Emissionen inklusive der Äquivalente, somit hat der Straßengüterverkehr in Europa einen Anteil von 6,8% an den gesamten CO2-Emissionen.
Wesentliches Problem bei dem Straßengüterverkehr ist, dass sich seine CO2-Emissionen in den letzten 26 Jahren deutlich erhöht haben. Andere Sektoren wie Energie, Landwirtschaft, Industrie und die Haushalte konnten dagegen ihre Emissionen absolut senken. Während seit 1990 die CO2-Emissionen in der Industrie in Europa um fast 40% zurückgingen, sind diese im Vergleichszeitraum im Straßengüterverkehr um 25% gestiegen.
Quelle: Wyatt, D., Electric Trucks 2020-2030, Analysis of the medium and heavy-duty truck markets; detailed production and market penetration forecasts at both global and regional levels, Key enabling technologies for battery electric trucks and fuel cell electric trucks, http://www.IDTechEx.com/research, 2020. S.22
Ziel ist es, die Emissionen gerade im Straßengüterverkehr zu senken und ein ökonomisches Wachstum zu schaffen, bei dem die Emissionen generell sinken. Bei den Emissionen wie Feinstaub, Ammoniak, Methan, Stickoxide, Schwefeloxide und Flüchtige organische Verbindung ohne Methan ist es gelungen, das ökonomische Wachstum zu steigern und gleichzeitig den Ausstoß von Emissionen zu reduzieren. Dieses Ziel gilt es auch für die CO2-Emissionen zu erreichen.
Quelle: EEA Report, No 09/2020 Air quality in Europe — 2020 report European Environment Agency, S.31, https://www.eea.europa.eu//publications/air-quality-in-europe-2020-report .
Besonders im Transportsektor werden die Ziele in Europa bisher weit verfehlt. Um 2050 die Ziele von max. 337 Mio. Tonnen zu erreichen, müssen 610 Mio. Tonnen jährlich weniger ausgestoßen werden. Der Trend geht derzeit leider in die andere Richtung.
Quelle: Kalley, Eigene Darstellung in Anlehnung an EEA (2019b).
Aufgrund dieser Probleme und Schwierigkeiten ist es wesentlich, den Straßenverkehr zu dekarbonisieren. Während beim Pkw die Elektrifizierung gelingt, gibt es nur Prototypen und wenig Erfahrungen beim E-Lkw oder anderen vergleichbaren Antrieben. Ein Pkw stößt pro Jahr etwa 2 bis 4 Tonnen CO2 aus, ein Diesel-Lkw mit 40 Tonnen Gesamtgewicht in etwa 94 Tonnen im Jahr. Das ist mehr als das 20-Fache (Siehe Abb.: Aufteilung der Antriebstypen je Nutzfahrzeug in Hessen). Die Fahrzeug (FZ)-Klassen werden vom Kraftfahrzeugbundesamt in drei Kategorien eingeteilt. Fahrzeuge mit weniger als 3,5 Tonnen Gesamtgewicht werden als N1 bezeichnet, Fahrzeuge mit weniger als 12 Tonnen mit N2 und Fahrzeuge mit mehr Tonnen, als N3, Details sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.
Mit über 99% in allen Fahrzeugklassen beherrscht der Diesel den Straßengüterverkehr. Dekarbonisierungspotenziale bieten alternative Kraftstoffe. Dabei wird im Folgenden nur der elektrische Antrieb weiter betrachtet. Ein E-Lkw spart 20 Tonnen pro Jahr im Vergleich zu einem Diesel-Lkw ein. Selbst unter ungünstigsten Bedingungen kann der Einsatz eines E-Lkw mit 26 Tonnen Gesamtgewicht die CO2-Emissionen von mehr als fünf konventionellen Pkw kompensieren. Dabei sind die Emissionen, die durch die Herstellung der Batterie entstehen, und die Emissionen durch den deutschen Strommix 2021 bereits berücksichtigt. Zusätzlich wird der lokale Feinstaub um mindestens 50% reduziert, die NOX- Emissionen auch um 50%. Es lohnt sich somit, diese alternative Antriebsart genauer zu analysieren.
Power-to-Liquid sind synthetische Flüssigtreibstoffe, für deren CO2-neutrale Herstellung erneuerbare Energie benötigt wird. Durch die vergleichsweise geringe “Well-to-Wheel” Energie-Effizienz würde für eine komplette Umstellung des EU-Frachtverkehrs mehr Ökostrom benötigt, als in der EU insgesamt zur Verfügung steht (Stand 2017).
Alle hier gezeigten Technologien erfordern den Einsatz erneuerbarer Energien, um CO2-neutral zu sein. Bezüglich ihrer Energieeffizienz sind Wasserstoff-Lkw (Elektromotor, Energiegewinnung aus einer Brennstoffzelle) und konventionelle Verbrenner-Lkw, die mit Öko-Fuels betankt werden, den batteriebetriebenen E-Lkw klar unterlegen.
Quelle: Grafische Darstellung in Anlehnung an: https://www.transportenvironment.org/discover/roadmap-climate-friendly-land-freight-and-buses-europe/
Volkwirtschaftliche Kosten und Nutzen der Dekarbonisierung
Die Fahrzeug (FZ)-Klassen werden vom Kraftfahrzeugbundesamt in drei Kategorien eingeteilt Fahrzeuge mit weniger als 3,5 Tonnen Gesamtgewicht werden als N1 bezeichnet, Fahrzeuge mit weniger als 12 Tonnen mit N2 und Fahrzeuge mit mehr Tonnen, als N3. 80% aller Nutzfahrzeuge in Deutschland haben weniger als 3,5 Tonnen Nutzlast, Stoßen aber nur 36% der CO2-Emissionen aus. Dafür stoßen 13% aller N3 Fahrzeuge 57% aller CO2- Emissionen im Straßengüterverkehr aus.
Derzeitig kurzfristige Emissionsreduzierungspotenziale bietet die Modernisierung des Lkw Fuhrparks. 8% aller Fahrzeuge sind noch Euro 3- und Euro 4-Fahrzeuge, ein Wechsel von Euro 4 auf Euro 6 würde ca. 10% weniger CO2-Ausstoß bedeuten. (Quelle: https://www.eurotransport.de/artikel/lkw-verbrauchswerte-von-1966-bis-2014-immer-abwaerts-6550678.html)
Weitere Potenziale dieser sogenannten Low Hanging Fruit sind:
Bis zu 30% Spritersparnisse durch Aerodymaik und Fahrassistenz beim Fahrer und Bremsen sind möglich. Da 50% aller Schwertransporte nicht voll ausgelastet sind, liegt hier zusätzliches Potenzial. Die Schienenverkehre könnten etwa 5% mehr Güter transportieren, wenn sich die Direktinvestitionen dort um 30% steigern lassen. Quelle(https://www.transportenvironment.org/discover/roadmap-climate-friendly-land-freight-and-buses-europe/)
Exakte Aussagen über die Verteilung des Straßengüterverkehrs sind schwierig. So werden 61% der Tonnage in einem Radius unter 50 km vom Zulassungsstandort transportiert, was jedoch nur 15% aller gefahrenen Kilometer entspricht. 14% aller Güter werden über eine Entfernung von mehr als 150 km transportiert, jedoch machen diese Verkehre mehr als 59% aller Fahrten aus.
Datenauswertung
Um das Dekarbonisierungspotenzial der Fahrten der Dieselfahrzeuge bestimmen zu können, müssen zunächst die aktuellen Daten analysiert werden. Die tatsächliche Reichweite des elektrischen Lkw ist unbekannt, die Realdaten dazu existieren nicht. Diese Daten werden erst im Rahmen der Telematikauswertung der Fahrten des E-Lkw ermittelt. Deswegen wird das Dekarbosisierungspotenzial zunächst auf Basis der Herstellerangaben und der Erfahrungswerte aus den Vorprojekten EMOLSE2020 und EN-WIN bestimmt. Dafür wurden fünf Intervalle gebildet, die sie sich wie folgt ableiten:
Intervall 1 zeigt die untere Intervallschranke und damit einen Bereich, den der E-Lkw auf jeden Fall schaffen sollte. Der Wert von 116 km wurde auf Basis der Datenanalyse von zwei Vorprojekten berechnet. Das 2. Intervall (obere Schranke) basiert auf den Angaben des Herstellers, der eine Reichweite von bis zu 200 km verspricht, und einem Abschlag von 30%, was einer möglichen Reichweite von 154 km entspricht. Dieser Abschlag wurde ebenso im Rahmen der zwei genannten Vorprojekte berechnet. Das Intervall 3 basiert auf den Berechnungen des Intervall 1, jedoch mit der Möglichkeit, die Batterie mit 185 kWh Energie (Bruttokapazität) in einer Tourpause komplett aufzuladen. Dies gilt auch für das Intervall 4. Neben einer Vollladung wäre es auch denkbar, eine Batterie mit doppelter Kapazität einzusetzen, also mit 370 kWh Energiespeicherfähigkeit. Das 5. Intervall ist aufgrund der Batteriekapazität selbst mit einer Zwischenladung nicht realisierbar und zeigt den Anteil an Fahrten, die nicht mit diesem eingesetzten E-Lkw durchführbar sind.
E-LKW Einsatzintervalle
Beschreibung | Reichweite | |
Intervall 1 | Mussbereich (untere Schranke) | weniger als 116 km |
Intervall 2 | Kannbereich (obere Schranke) | zwischen 116 und 154 km |
Intervall 3 | mit Vollladung als Zwischenladung (untere Schranke) | weniger als 232 km |
Intervall 4 | mit Vollladung als Zwischenladung (obere Schranke) | zwischen 232 und 308 km |
Intervall 5 | Kein E-LKW einsetzbar | Mehr als 308 km |
Durch Zuordnung der gefahrenen Touren in die Intervalle wird sichtbar, wie viele Touren durch einen E-Lkw ersetzt werden können. Für diese Analyse werden die Rohdaten aus dem Datenlogger betrachtet und zuerst nach Datum getrennt, da man von keinen tagesübergreifenden Nachtfahren ausgeht und damit eine Tour immer am gleichen Tag enden sollte, an dem sie gestartet ist.
Im nächsten Schritt werden die Standzeiten betrachtet. Bei einem Stillstand von ca. 4 Stunden kann man annehmen, dass eine Tour beendet wurde, und so können die einzelnen Touren an einem Tag voneinander abgegrenzt werden. Auch die Standzeiten während einer Tour, die länger als 30 Minuten sind, sollten analysiert werden, da sie eine Möglichkeit zum Laden darstellen.
Da die Fahrt während einer Tour mehrmals unterbrochen wird, müssen die gefahrenen Kilometer addiert werden, bevor die Tour einem Intervall in der entsprechenden Tabelle zugeordnet werden kann. Nach der Analyse der bisherigen Touren ergeben sich folgende Ergebnisse: