Zwei wesentliche Handlungsfelder zur Verwirklichung einer CO2-neutralen und nachhaltigen Mobilität sind erstens Biokraftstoffe in fortschrittlichen Verbrennungsmotoren als Brückentechnologie und zweitens die Entwicklung von Mobilitätskonzepten auf Basis von umweltfreundlich produzierter Elektrizität. Bei den Biokraftstoffen ist die Verminderung der Konkurrenz besteht der Maßstab des Entwicklungsfortschritts. Bei Getreidekörnern, Rapssamen oder Palmfrüchten stehen die Herstellpfade für Biokraftstoffe noch in direkter Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln und Viehfutter. Mit Agrarholz, Grassilage oder Energiepflanzen reduziert sich die Konkurrenzsituation und bei Kraftstoff aus landwirtschaftlichen Reststoffen wie Stroh oder Restholz besteht keine Konkurrenz zu Agrarfläche und Nahrung mehr, nur noch die Biomasse selbst konkurriert mit anderen Nutzungsmöglichkeiten (Wärmeerzeugung). Vollkommen aufgehoben wird die direkte Konkurrenz erst sein, wenn Biokraftstoffe von Mikroorganismen mittels modifizierter Photosynthese hergestellt werden. Die Herstellung von Ethanol aus Zuckerrohr in Brasilien weist einen Kraftstoffertrag von ca. 3 Tonnen Benzinäquivalent pro Hektar und Jahr auf, wobei die Effizienz der Photosynthese des Zuckers durch die Pflanze 1,5% bis 2% beträgt. Dieser theoretische Wert ist bei photosynthese-betreibenden Mikroorganismen mit etwa 5% deutlich höher. In der Biokraftstoffproduktion dient Zucker (Glukose) als Drehscheibe, er wird auf unterschiedliche Weise aus Biomasse gewonnen und kann auf ebenso unterschiedliche Weise zu Kraftstoff weiterverarbeitet werden. Neben den fermentativen Verfahren mit Mikroorganismen gibt es chemisch-katalytische Verfahren, die nasse Biomasse bei moderaten Druck- und Temperaturbedingungen direkt nutzen können. Ein ganz anderer Pfad ist die elektrochemische Energiespeicherung mittels Wasserelektrolyse. Der hierfür benötigte elektrische Strom ist nur dann zu verantworten, wenn er aus Erzeugungsüberschüssen erneuerbarer Energien (Wind, Sonne) stammt. Der hergestellte Wasserstoff kann als Kraftstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen eingesetzt werden. Ein künftiger Pfad zur Bildung von synthetischen Kohlenwasserstoffen ist die katalytische Methanisierung von Wasserstoff mit Kohlendioxid. Das Produktgas kann als vielfältig nutzbares Erdgassubstitut (SNG, Subsitute Natural Gas) gelten. Zeitlich näher liegt die Batterieentwicklung. Aktuelle Lithiumionenbatterien werden bereits in den nächsten fünf Jahren durch neue Elektrodenmaterialien verbessert. Hochenergiematerialien auf der Kathode können die Energiedichte um ca. 50% steigern. Hierfür müssen die anderen Zellkomponenten angepasst werden, beispielsweise die Stabilität des Elektrolyten bei höheren Spannungen. Neue Batterieformate wie die Folienzelle oder Pouchzelle machen die Batterieproduktion schneller und kostengünstiger. Die Optimierung der Konstruktion oder Anordnung der Batteriezellen innerhalb einer Batterie kann die Energiedichte erhöhen und den Einsatz leichter Werkstoffe wie Carbon oder Magnesium ermöglichen. Sehr innovative Konzepte wie Lithium-Schwefel-Batterie oder Lithium-Sauerstoff-Batterie stecken noch in der Grundlagenforschung. Die Integration der Elektromobilität mit Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeugen ermöglicht auf lange Sicht den vollständigen Umstieg auf erneuerbare Energien. Hohes Potenzial für den Einsatz von umweltfreundlich hergestellter Elektrizität in der Langstreckenmobilität zeigen die derzeit im Stadium der Demonstration befindlichen 'Power-to-Gas' Technologien.
Zukünftiges Energieportfolio für Pkw
2012
11 Seiten, 7 Bilder, 1 Quelle
Conference paper
German
Abfall (Landwirtschaft) , Biokraftstoff , Biomassenutzung , Brennstoffzellenfahrzeug , Elektrofahrzeug , Elektromobilität , Energiedichte , Futurologie , Kohlendioxidumwandlung , Kraftstoffproduktion , Lithium-Ionen-Akkumulator , Neuentwicklung , Personenkraftwagen , Photosynthese , regenerative Energie , Übersichtsdarstellung , Wasserelektrolyse , Wasserstoffproduktion , Zuckerrohr
Zukünftiges stationäres Heilverfahren
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