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Methan für Transport und Mobilität

 

Synthetisches Erdgas (synthetic natural gas, SNG) kann als erneuerbarer Treibstoff zu einem nachhaltigen Strassenverkehr beitragen. Die dafür erforderlichen Technologien und grosse Teile der Infrastruktur sind schon heute vorhanden. Die beiden wesentlichen Parameter, die über den gesamten Lebenszyklus verbessert werden müssen, sind die CO2-Emissionen pro km und die Produktionskosten von SNG.

Hintergrund (abgeschlossenens Forschungsprojekt)

Erneuerbare synthetische Treibstoffe wie SNG sind vielversprechend, weil sie zwei Probleme gleichzeitig lösen: (i) Der Ausbau der Photovoltaik und Windenergie führt zu grossen Schwankungen in der Stromproduktion. Die Umwandlung von Elektrizität in Treibstoff kann dazu beitragen, das Stromnetz zu stabilisieren und Überschüsse sinnvoll zu nutzen. (ii) Zwar hat die Schweiz das Kyoto-Klimaprotokoll unterzeichnet, die CO2-Emissionen durch den Strassenverkehr, die 50 % der anthropogenen CO2-Emissionen ausmachen, sinken jedoch nicht. SNG ist neben den Bemühungen um Änderungen im Mobilitätsverhalten eine sinnvolle Ergänzung für die Elektromobilität mit Blick auf einen nachhaltigen Strassenverkehr.

Ziel

Ziel des Projekts war die Evaluation des Potenzials von SNG als Treibstoff für den Strassenverkehr im Hinblick auf die Umsetzung der Energiestrategie 2050 und die Reduktion der CO2-Emissionen im Strassenverkehr.

Resultate

Zur Produktion von SNG werden Wasser, CO2 und Strom benötigt. Limitierender Faktor auf der Beschaffungsseite ist die verfügbare Menge an erneuerbarer Elektrizität. Zur Produktion von SNG für einen Personenwagen mit einer durchschnittlichen Fahrstrecke von 12'000 km werden pro Jahr 12'000 kWh elektrische Energie benötigt, was einer Photovoltaikfläche von 90 m2 entspricht.

Auf der Nachfrageseite sind der Preis für SNG an der Tankstelle und die Akzeptanz bei den Konsumentinnen und Konsumenten limitierende Faktoren. Die relevantesten Einflussfaktoren für die Produktionskosten sind der Strompreis und die Investitionskosten für den Elektrolyseur. Unter optimalen Bedingungen sind Produktionskosten von 12 Rp./kWh (Brennwert) erreichbar, unter normalen Bedingungen liegt der Preis im Bereich von 30 Rp./kWh. Die Preisdifferenz zwischen erneuerbarem SNG und fossilen Treibstoffen lässt sich in erster Linie durch regulatorische Massnahmen beeinflussen, etwa durch eine kostenlose Nutzung des Stromnetzes oder eine Lenkungsabgabe auf fossile Treibstoffe.

In welchem Umfang SNG-Treibstoffe künftig zum Einsatz kommen, ist gemäss den Erkenntnissen aus dieser Arbeit in erster Linie eine politische und weniger eine technische Frage.

Bedeutung

Bedeutung für die Forschung

In diesem Projekt wurden erstmals die wesentlichen CO2-Flüsse in einem Land umfassend erhoben und dargestellt. Auf dieser Grundlage konnten die Forschenden Argumente zur Eignung bestimmter CO2-Quellen für die Produktion von erneuerbarem SNG entwickeln.

Zum ersten Mal wurden SNG-Produktionsanlagen in eine Simulation der Stromproduktion und des Stromverbrauchs in der Schweiz mit Zeitintervallen von 15 Minuten einbezogen. Dies ermöglicht es, verschiedene Betriebsstrategien von Anlagen für die Produktion von SNG zu untersuchen.

Für weitere Forschungen zu effizienteren Elektrolyseuren wurde ein parametrisiertes Modell zur Berechnung der Effizienz entwickelt.

Bedeutung für die Praxis

Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen, dass praktisch keine Beschränkungen für den Ausbau von Photovoltaik und Windkraft bestehen. Jegliche Überschüsse können für die Produktion von SNG genutzt werden.

Abgesehen vom Bau von Produktionsanlagen für SNG sind nur wenige Anpassungen erforderlich, um SNG als Treibstoff im grösseren Massstab einzuführen. Dazu müssten das Netz an Gastankstellen ausgebaut und je nach Menge an eingespeistem SNG das Gasnetz auf bidirektionalen Betrieb erweitert werden.

 

Originaltitel

Renewable Methane for Transport and Mobility (RMTM)

Projektverantwortliche

  • Prof. Markus Friedl, Institut für Energietechnik, Hochschule für Technik Rapperswil, Rapperswil
  • Prof. Andreas Züttel, EPFL Valais Wallis, Sion
  • Peter Graf, Sankt Galler Stadtwerke, St. Gallen
  • Prof. Karl Frauendorfer, Institut für Operations Research und Computational Finance, Universität St. Gallen
  • Prof. Urs Baier, Institut für Biotechnologie, ZHAW Wädenwsil