TREMOD – Überleitung der Ergebnisse aus GermanHy in das Emissionsrechenmodell

Im Zentrum des Interesses stehen technische Entwicklungen, die bei erfolgreicher Markteinführung einen signifikanten Beitrag zur Versorgungssicherheit, zur Effizienzsteigerung und zur CO₂-Reduktion leisten. Doch woher soll der Wasserstoff für die Verkehrsinfrastruktur kommen? Wie wird er hergestellt und verteilt? Und schließlich, kann man heute schon die zu erwartenden Einsparungen bei der CO₂-Emission beziffern? Bestehen also realistische Chancen, die ambitionierten Klimaziele Deutschlands einer 80 %igen Treibhausgasreduktion bis 2050 gegenüber dem Stand von 1990 auch wirklich zu erreichen? Hier setzt die Untersuchung „TREMOD-GermanHy“ [1] an, um von unabhängiger Seite und auf technisch-wissenschaftlich fundierter Basis Antworten auf diese spannenden Fragen formulieren zu helfen. Sie wird von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) koordiniert und in Zusammenarbeit mit dem Heidelberger Institut für Energie und Umwelt (IFEU), dem Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (FhG-ISI), der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (LBST) und dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie durchgeführt (WI).

Als Ausgangsbasis der Arbeiten diente die Vorgängerstudie zu Wasserstoff als Energieträger »German- Hy – woher kommt der Wasserstoff in Deutschland«. Hier sind die grundlegenden Aspekte, wie z. B. die industriellen Herstellungs- und Transportwege, die damit verbundenen Energieaufwände und Emissionen zusammengestellt, beziffert und bewertet worden. Im Ergebnis findet man einen Ausblick bis ins Jahr 2050, wie eine Marktentwicklung für Wasserstoff als Energieträger im Verkehr aussehen könnte, und wie sich unterschiedliche politisch-ökonomische Randbedingungen auf die Dynamik dieser Entwicklung auswirken. Allerdings konnte „GermanHy“ das Einstiegsszenario in das Wasserstoff-Zeitalter lediglich pauschal in Form eines Gesamtenergiebedarfs für den Straßenverkehr angeben, der im Kern auf den Prognosen zur Fahrleistungsentwicklung aus der Leitstudie 2010 basiert. Doch welche konkreten Einführungsszenarien müsste man für Brennstoffzellenfahrzeuge für die nächsten Jahre fordern, mit welcher Dynamik würden sich die Fahrzeuge dann im Bestand entwickeln und wie sähe die Zusammensetzung der Fahrzeugflotte im Feld aus, um die Prognosen der „GermanHy-Studie“ bis ins Jahr 2050 zu erfüllen?

Das Verkehrsemissionsmodell „TREMOD“ (Transport EMission MODel) stellt die notwendigen simulationstechnischen Voraussetzungen zur Verfügung, um das Wasserstoff-Szenario auf Basis eines differenzierten Mengengerüsts von Brennstoffzellenfahrzeugen unterschiedlicher Segmente aufzustellen. Wenn vielleicht auch nicht die letzten Antworten auf die hier aufgeworfenen Fragen, so gibt „TREMOD“ doch wesentlich plastischere und realitätsnähere Bilder über eine zukünftige Entwicklung des Fahrzeugbestands als bislang möglich.

In „TREMOD“ ist nicht nur der gesamte deutsche Fahrzeugbestand nach Fahrzeugsegmenten und Klassen in Jahresscheiben hinterlegt, sondern auch die spezifischen Fahrleistungen und Emissionen der Fahrzeuge inklusive der in der Vorkette, bei der Treibstoffherstellung emittierten Emissionen. Darüber hinaus fließen bei der Berechnung der Fahrleistungen nach Segmenten auch empirische Erkenntnisse ein, wie z. B. dass neue PKW eine höhere jährliche Kilometerleistung aufweisen als ältere, Oberklasse-PKW höhere als Fahrzeuge aus dem Kompaktsegment, Dieselfahrzeuge höhere als Ottofahrzeuge, usw. Emissionen und Verbräuche werden im Modell dergestalt ermittelt, dass je Fahrzeugsegment die jeweiligen Fahrleistungen, nach Verkehrssituation, Straßenkategorien und Längsneigung differenziert, mit den entsprechend differenzierten Emissions- und Verbrauchsfaktoren verknüpft und im Anschluss aggregiert werden.

Im Trendszenario können Fahrzeugbestand und Fahrleistungen jahresfein in die Zukunft fortgeschrieben werden. Bei diesem Szenario-Entwurf kann z. B. ein neuer Fahrzeugbestand in die Flotte eingeführt werden, der einen Teil des Altbestands ersetzt.

Zentrale Aufgabe des Projekts war es nun, das Wasserstoff-Verkehrsszenario aus der Vorstudie „GermanHy“ in einen zwar noch fiktiven, aber hinsichtlich seiner spezifischen Fahrleistungen und Verbrauchsdaten konkreten Fahrzeugbestand umzusetzen. Die zukünftigen Brennstoffzellenfahrzeuge sollten in drei Segmenten (»klein«, »mittel«, »groß«) vorkommen. Bezüglich deren technischer Eigenschaften (Verbrauch, Überlebenskurven) und der Einführung in den Fahrzeuggesamtbestand musste eine Reihe von Annahmen getroffen werden, jedoch immer so, dass die Konsistenz des Szenarios in Bezug auf die Interaktion mit anderen alternativen Antriebsarten, der Primärenergieverfügbarkeit und ökonomischer Grundannahmen gesichert war. Die folgenden Abbildungen zeigen einen Überblick zu den Kernaussagen der Studie. Insbesondere findet man als Konsequenz eines bis im Jahr 2050 weitgehend auf Brennstoffzellen-, Plugin-Hybrid- und batterieelektrischen Antrieb umgestellten PKW-Verkehrs, eine Reduktion der CO₂-Emission um mehr als 100 Mio. t gegenüber dem heutigen Stand, was einem Rückgang von mehr als 80 % der durch PKW erzeugten Treibhausgase entspricht.

Die Studie beantwortet allerdings nicht die Frage, unter welchen Randbedingungen eine solche Strategie umgesetzt werden kann, insbesondere, wie realistisch die angenommene Einführungsstrategie aufgrund von vorhandenen Restriktionen (Kosten, Ordnungsrahmen, Akzeptanz, Technik und Sicherheit) wirklich ist. Hierzu bedarf es weiterer Informationen und Erkenntnisse. Mit dem aktuellen „TREMOD“ liegt ein Instrumentarium vor, mit dem solche Details in größerer Tiefe modelliert und ihr Einfluss auf die Treibhausgasemissionen berechnet werden kann.