Herausforderungen bei der Umstellung von Fahrzeugflotten auf erneuerbare Energien

Im Verkehrssektor entstehen grosse Mengen an CO₂-Emissionen, die zur Klimaerwärmung beitragen. Eine Möglichkeit, diese Emissionen zu reduzieren, ist die Umstellung bestehender Fahrzeugflotten hin zu klimafreundlich betriebenen Autos. Christian Bach von der Empa berichtet in diesem Artikel über die komplexe Umstellung von ganzen Fahrzeugflotten auf erneuerbare Energien und berichtet über die Herausforderungen bei der Versorgungsinfrastruktur.

Die Transformation von Fahrzeugflotten

Autor: Christian Bach, Empa, März 2023

Die Transformation ganzer Fahrzeugflotten hin zu klimafreundlichen Fahrzeugen ist komplex. Dies insbesondere aus drei Gründen: 1) Mit erneuerbarer Energie angetriebene Fahrzeuge sind (noch) nicht in gleichem Masse universell einsetzbar und teilweise auch deutlich teurer als Fahrzeuge, die mit fossiler Energie betrieben werden. 2) Die Versorgungs­infrastruktur für erneuerbare Energie sind investitionsintensiver und für grössere Flotten teilweise nur schwer umsetzbar. 3) Die Nutzung von erneuerbarer Energie ist bei genauerer Betrachtung umständlicher. Oftmals stellen deshalb nicht die Fahrzeuge an sich den Engpass für die Flottentransformation dar, sondern: 1) die Zeiten, bei denen erneuerbare Energie verfügbar ist, 2) die ausreichende Bereitstellung von erneuerbarer Energie an sich, 3) der Ausbau der Energieversorgungs­infrastruktur sowie 4) die Kosten.

Klar ist, dass mit fossiler Energie betriebene Fahrzeuge der Vergangenheit angehören. Aus Klimagründen ist die energetische Zukunft auch im Bereich der Strassenfahrzeuge erneuerbar. Unbestritten ist zudem, dass dieser Umstieg schnell erfolgen muss und dass zumindest während einer Überganszeit mit Mehr­kosten gerechnet werden muss. Der Umstieg auf erneuerbare Energie ist allerdings komplexer, als dies auf den ersten Blick erscheint. Für das Klima ist beispielsweise die Nutzung von erneuerbarer Energie notwendig, aber nicht hinreichend. Wird nämlich erneuerbare Energie für eine bestimmte Anwendung einfach aus dem Energie­system bezogen, kann es sein, dass diese lediglich anderen Anwendungen und Sektoren entzogen wird und dort somit als Folge mehr fossile Energie eingesetzt werden muss.

Dies wiederum führt insgesamt nicht oder nur begrenzt zu einer CO₂-Reduktion, sondern primär zu einer Verschiebung von Emissionen. Bei der Transformation von Fahrzeug­flotten muss deshalb die zeit­gerechte «Additionalität» von erneuerbarer Energie beachtet werden. Nur wenn durch oder mit der Umstellung von Fahrzeugflotten auch mehr erneuerbare Energie in das Energiesystem integriert wird oder ansonsten nicht nutzbare (z.B. überschüssige) erneuerbare Energie nutzbar gemacht werden kann, resultiert insgesamt eine CO₂-Reduktion.

Erneuerbare Energien im Verkehr: wichtiger Beitrag zur Emissionsreduktion

Neben der Menge spielt auch die Herkunft der erneuerbaren Energie eine Rolle. Vorrang hat natürlich die erneuerbare einheimische Energie, die hauptsächlich in Form von erneuerbarer Elektrizität vorliegt. Die Schweiz wird aber auch langfristig nicht um den Import von erneuerbarer Energie herumkommen, beispielsweise für die Aviatik, Langstrecken-Güterverkehr, industrielle Hochtemperaturprozesse, Spezial­maschinen, die Landwirtschaft oder allenfalls auch für die Stromproduktion im Winter.

Beim Import von Energie gilt deshalb insbesondere nach den jüngsten Erfahrungen auf dem internationalen Energiemarkt mehr denn je, dass «man nicht alle Eier in den gleichen Korb legen sollte». Die Diversifizierung bei Energie­trägern und Antriebssystemen kann deshalb durchaus auch ein Element einer Flotten­transformationsstrategie darstellen.

Klimafreundliche Lösungen

Wie so oft bei mehrschichtigen systemischen Fragestellungen ist der Schlüssel auch bei der Transformation von Fahrzeugflotten nicht offensichtlich und bedarf detaillierter Analysen. Migros und Empa haben deshalb vor fünf Jahren gemeinsam einen anwendungsorientierten Ansatz entwickelt (Abb. 1), der mit der prädiktiven Analyse von klimafreundlichen Antriebskonzepten (Abb. 2) für spezifische Transportaufgaben auf Einzelfahrzeug- und Einzelroutenbasis beginnt (Abb. 3).

Der Ansatz wird aktuell mit einem Total Cost of Ownership (TCO)-Ansatz erweitert, der auch parametrierbare Kostenmodelle in die Zukunft beinhaltet.

Damit kann der Einfluss von Änderungen bei den Anschaffungskosten von Fahrzeugen, Energiepreisen oder von Energie- und Transportabgaben (z.B. Mineralölsteuer und/oder der leistungsabhängigen Schwer­verkehrs­­­abgabe) auf modellierte Fahrzeugflotten ermittelt werden.

Zudem wird der Ansatz mit Modellen zur Energiebereitstellung- und -versorgung erweitert. Das Ziel ist, die CO₂- und TCO-günstigsten Flottentransformations­ansätze zu ermitteln, abgestützt auf dem sich stark verändernden Energiesystem.

Weitere Informationen

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Nachhaltige Mobilität heisst unter anderem, fossile Treibstoffe vollständig durch erneuerbare Energie zu ersetzen und den CO₂-Ausstoss massiv zu senken. Eine Chance bietet die direkte Nutzung von erneuerbarer Elektrizität in Elektrofahrzeugen sowie die Verwendung von erneuerbarer Energie für die Herstellung von CO₂-armen Treibstoffen wie Wasserstoff oder Methan. Diese können als Treibstoffe für den Langstrecken- und Lastverkehr eingesetzt werden. Im move zeigt die Empa in Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung, Wirtschaft und öffentlicher Hand, wie die Mobilität der Zukunft ohne fossile Energie funktionieren könnte.