Für die Zukunft werden weitere substantielle Steigerungen der Verkehrsleistung aller Modi vorausgesagt. So geht die Verflechtungsprognose 2030, die der aktuellen Bundesverkehrswegeplanung zugrunde liegt, im Zeitraum 2010-2030 von +12,2% der Verkehrsleistung im motorisierten Individualverkehr (MIV) und + 38% im Straßengüterverkehr Deutschlands aus, vgl. [ITP14a]. Das Erreichen der sektoralen CO2-Minderungsziele der Bundesregierung (- 32,5 % des Endenergieverbrauchs bis 2030, weitgehende Dekarbonisierung bis 2045, vgl. [BMWi19f]) ist demnach mit großen Herausforderungen verbunden. Der Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU), welcher in seinem Gutachten Umsteuern erforderlich: Klimaschutz im Verkehrssektor für das ambitioniertere Minderungsziel von 95% bis 2050 plädiert, schlägt dazu eine umfassende Dekarbonisierungskaskade für den Verkehrssektor vor. Diese folgt dem Verlauf der Emissionsentstehung und besteht aus Maßnahmen der Verkehrsvermeidung und -bündelung, der Verlagerung auf umweltfreundlichere Verkehrsträger sowie einer Steigerung der Energieeffizienz und der Energieversorgung aus regenerativen Quellen für das Verkehrssystem der Zukunft, vgl. [SRU17, S. 77 f.].

Hier soll sich auf grundsätzliche technologische Optionen für den Verkehrssektor mit Bezug zur Sektorkopplung konzentriert werden. Diese bilden einen zentralen Baustein für alle Anstrengungen zur Erreichung von CO2-Minderungszielen. Sie zielen auf eine direkte oder indirekte Elektrifizierung des Verkehrs mittels Strom aus erneuerbaren Energien ab. Daneben können Kraftstoffe aus Biomasse in einem gewissen Maße zur Zielerreichung beitragen. Abbildung 2 zeigt die grundsätzlichen Antriebsoptionen und die dazugehörigen Prozessketten beispielhaft für Pkw. Diese Optionen kommen - mit spezifischen Einschränkungen aufgrund der Charakteristika und Anforderungsprofile der jeweiligen Fahrzeuge - auch für andere Verkehrsmittel in Betracht.

Technisch möglich sind drei verschiedene Konzepte, um Fahrzeuge mit Strom aus erneuerbaren Quellen anzutreiben. Den höchsten energetischen Wirkungsgrad weist dabei die direkte Elektrifizierung durch den Einsatz von batterieelektrischen Fahrzeugen auf; er beträgt für die gesamte Prozesskette (well to wheel) 70-80% der eingesetzten Energiemenge. Mehr als doppelt so viel Strom für die gleiche Kilometerleistung benötigen nach aktuellem technischen Stand Brennstoffzellen-Pkw. Für den Betrieb der Brennstoffzellen wird über Elektrolyse Wasserstoff hergestellt; dieser wird zurück in Strom gewandelt, der wiederum einen Elektromotor antreibt. Bei all diesen Prozessen treten Umwandlungsverluste auf. Die dritte Option ist der Antrieb eines klassischen Verbrennungsmotors mit synthetisch hergestellten, flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffen aus Biomasse oder Strom. Ihr Wirkungsgrad liegt im Falle von PtX nur bei 12-20% der ursprünglich eingesetzten Energiemenge; es wird also vier- bis sechsmal so viel Strom für die gleiche Strecke benötigt, wie es bei batterieelektrischen Fahrzeugen der Fall ist.