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Infrastrukturbedarf und Standardisierung

Erstellt am: 20.06.2023 | Stand des Wissens: 20.06.2023
Synthesebericht gehört zu:

Zur Versorgung des Personen- und Güterverkehrs mit neuartigen Antriebsenergien bedarf es geeigneter Infrastrukturen. Für die Versorgung des Verkehrs mit regenerativem Strom müssen insbesondere das Verteilnetz ausgebaut sowie Ladepunkte und Oberleitungen geschaffen werden. Ebenso erfordern Wasserstoff und flüssiges Erdgas (Liquified Natural Gas LNG) eine neue Verteil- und Tankinfrastruktur. Flüssige synthetische Kraftstoffe und Biokraftstoffe werden dagegen oftmals als sogenannte Drop-in-Kraftstoffe hergestellt. Diese ähneln fossilen Kraftstoffen in ihren Eigenschaften so sehr, dass an konventionellen Verbrennungsmotoren keine oder nur geringfüge Anpassungen notwendig sind, um die Drop-in-Kraftstoffe einzusetzen. Die Verteil- und Tankinfrastruktur von Benzin, Diesel oder Kerosin kann direkt von den Drop-in-Kraftstoffen genutzt werden. Konventionelles, biogenes oder synthetisches Erdgas (Compressed Natural Gas CNG) kann bei der Verteilinfrastruktur auf das vorhandene deutschlandweite Erdgasnetz zurückgreifen. Zur Nutzung in Fahrzeugen sind allerdings spezielle CNG-Tankstellen und CNG-Fahrzeuge notwendig [BMVI18r]. Die weitergehenden Ausführungen befassen sich ausschließlich mit dem Ausbaubedarf, Ausbaustand und der Standardisierung von regenerativem Strom und Wasserstoff zur Nutzung im Verkehrssektor, da diese die einzigen beiden als klimaneutral geltenden Antriebsenergien sind, die eine gesonderte Infrastruktur benötigen.

Die Bundesregierung beabsichtigt, ein bedarfsgerechtes, flächendeckendes und nutzerfreundliches Netz an Ladeinfrastruktur bereitzustellen. Der Ausbau der Ladeinfrastruktur soll parallel zum Markhochlauf der batterieelektrischen Fahrzeuge verlaufen. Bis 2030 sollen 15 Millionen batterieelektrische Fahrzeuge (ohne Hybridfahrzeuge) und eine Million öffentlich zugängliche Ladepunkte Teil des Verkehrssystems werden [SGF21]. Neben der Anzahl der Elektrofahrzeuge spielen die Mischung aus Normal-, Schnell- und High-Power-Charger-Ladepunkten (HPC) sowie der Anteil der Ladepunkte im privaten Raum eine Rolle für die Abschätzung des Infrastrukturbedarfs auf öffentlichen Flächen. Daher wird der Fokus der Bunderegierung auf das Versorgungsverhältnis von 15 Elektrofahrzeugen zu einem öffentlichen Ladepunkt von Experten in Frage gestellt. Vielmehr solle die Anzahl der Ladesäulen im öffentlichen Raum durch eine höhere Leistungsfähigkeit (Schnell- oder HPC-Ladepunkte) und die Förderung der privaten Ladeinfrastruktur reduziert werden. Eine möglichst große Anzahl an Ladepunkten im privaten Raum wäre auch aus netzdienlichen Gründen vorteilhaft, da die Fahrzeuge zu Hause oder bei der Arbeit über einen längeren Zeitraum angeschlossen wären und über eine intelligente Steuerung des Ladevorgangs und bidirektionales Laden zur Stabilisierung des Stromnetzes beigetragen würden. So würde sich auch der Ausbaubedarf des Verteilnetzes verringern. Das Verteilnetz bestehend aus Hochspannungs-, Mittelspannungs- und Niederspannungsnetz müsse ausgebaut und ertüchtigt werden, um zukünftig dem Bedarf einer großen Anzahl gleichzeitig nachfragender oder anbietender Stromverbraucher oder -erzeuger gerecht zu werden [AgVe20a]. Zum 1. Oktober 2022 meldet die Bundesnetzagentur 59.228 Normalladepunkte und 11.523 Schnellladepunkte im öffentlichen Raum [BNetzA]. Die Anzahl der privaten Ladepunkte wird zwar nicht erfasst, jedoch lässt die Zahl der Anträge im Zuge des Förderprogramms für private Ladepunkte der Bundesregierung darauf schließen: Bis einschließlich Mai 2021 wurden rund 470.000 Förderanträge gestellt [Köst21]. Das Programm lief im Oktober 2021 aus [ADAC22f]. Normungs- und Standardisierungsaktivitäten im Bereich der Ladeinfrastruktur zielen darauf ab, eine durchgängige Interoperabilität der beteiligten Systeme zu gewährleisten und den Ladevorgang möglichst komfortabel und sicher zu gestalten [BDEW20a]. Die Aktivitäten adressieren beispielsweise die an Anforderungen Steckertypen, Bezahlsysteme und Datenschnittstellen. Solche und viele andere Mindestanforderungen sind in der Ladesäulenverordnung (LSV) geregelt [BNetzA].

Parallel zum Aufbau von Infrastruktur zur Elektrifizierung des Verkehrs plant die Bundesregierung den Aufbau eines flächendeckenden und bedarfsgerechten Netzes von Wasserstofftankstellen. Mit 95 in Betrieb befindlichen Tankstellen im Jahr 2022 wurde eine Basisabdeckung erreicht [H2MO23]. Sie stellen eine Grundversorgung in deutschen Metropolen, entlang der Verkehrsachsen zwischen diesen Metropolen und im deutschen Teil des transeuropäischen Verkehrsnetzes (TEN-V) sicher [BMVI16aa]. Der weitere Ausbau wird sich in den kommenden Jahren verstärkt auf die Nachfrage von Nutzfahrzeugen konzentrieren [H2MO23]. Abhängig vom Marktanteil der Brennstoffzellenfahrzeuge könnten im Jahr 2025 bis zu 400 Tankstellen verfügbar sein [BMVI16aa]. Der zunehmende Einsatz von Wasserstoff zur Substitution von Erdgas und Erdöl im Verkehr, der Industrie und dem Wärmesektor setzt ebenfalls die Verfügbarkeit einer entsprechenden Verteil- und Transportinfrastruktur voraus. Die Belieferung von Wasserstofftankstellen erfolgt momentan über Sattelzüge. Diese können Wasserstoff in flüssiger und gasförmiger Form liefern. Sollten größere Mengen von Wasserstoff an Tankstellen für den Straßen-, Schienen-, Flug- oder Schiffsverkehr nachgefragt werden, müssten Wasserstoffleitungen in Betracht gezogen werden [DIHK20]. Die Nationale Wasserstoffstrategie hält hierzu fest, dass in Zukunft ein neues Wasserstoffnetz geschaffen sowie ein Teil des bestehenden Erdgasnetzes umgenutzt werden soll [BMWi20b]. Für den Import von Wasserstoff aus fernen sonnen- und windreichen Ländern steht vor allem der Transport per Schiff zur Debatte. Dazu kann Wasserstoff entweder verflüssigt oder an gasförmige (zum Beispiel Ammoniak) oder an flüssige Trägermedien (zum Beispiel Methanol) gebunden werden [DIHK20]. Zurzeit (2022) gibt es allerdings noch großen Forschungs- und Entwicklungsbedarf im Bereich der Verteil- und Transportinfrastrukturen für Wasserstoff auf kurzen wie langen Strecken. Ebenso fehlen passende Standards, Sicherheitsvorschriften und internationale Regelungen zum Transport. Das Projekt TransHyDE setzt hier seit 2021 an und entwickelt mehrere Transport-Technologien und die dazugehörigen Standards, Normen und Zertifizierungen für den Markteinstieg [BMBFa].
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Energiewende im Verkehr durch klimaneutrale Antriebsenergie (Stand des Wissens: 21.06.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?572442
Literatur
[ADAC22f] Thomas Paulsen Förderung für Wallboxen: Wo es jetzt noch Geld gibt., 2022/12/30
[AgVe20a] Agora Verkehrswende (Hrsg.) Weiter denken, schneller laden: Welche Ladeinfrastruktur es für den Erfolg der Elektromobilität in Städten braucht. , 2020/07
[BDEW20a] Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (Hrsg.) Der Technische Leitfaden Ladeinfrastruktur Elektromobilität, 2020/01
[BMBFa] Bundesministerium für Bildung und Forschung (Hrsg.) Wie das Leitprojekt TransHyDE eine Wasserstoff-Transport-Infrastruktur entwickeln will, 2023
[BMVI16aa] Bundesministerium für Digitales und Verkehr (Hrsg.) Nationaler Strategierahmen über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe als Teil der Umsetzung der Richtlinie 2014/94/EU, 2016/08
[BMVI18r] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) (Hrsg.) Die Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung (MKS), 2018/08/07
[BMWi20b] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Hrsg.) Die Nationale Wasserstoffstrategie, 2020/06
[BNetzA] Bundesnetzagentur (Hrsg.) Elek­tro­mo­bi­li­tät: Öf­fent­li­che Ladein­fra­struk­tur, 2023/02/02
[DIHK20] Deutscher Industrie- und Handelskammertag e. V. (DIHK) (Hrsg.) Wasserstoff Faktenpapier, 2020/06
[H2MO23] H2 MOBILITY Deutschland (Hrsg.) Das Tankstellennetz für Wasserstoffautos in Deutschland , 2023
[Köst21] Stefan Köstlinger Statistiken und Zahlen zur Elektromobilität in Deutschland, 2021/12/08
[SGF21] Sozialdemokratische Partei Deutschlands , BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN, Freie Demokratische Partei (Hrsg.) Koalitionsvertrag - Mehr Fortschritt wagen, 2021/12/07
Glossar
CNG Compressed natural gas = komprimiertes Erdgas (CH4) wie es zum Beispiel in Fahrzeugen getankt werden kann. Durch die Kompression auf ca. 200 bar erhöht sich der Energiegehalt bezogen auf das Volumen und somit z.B. die Reichweite eines Fahrzeuges bei gleichem Tankvolumen.
LNG
Liquified natural gas = Flüssigerdgas (CH4) wie es zum Beispiel in Fahrzeugen getankt werden kann. Durch Abkühlen auf -164 Grad Celsius schrumpft das Volumen auf ein sechshundertstel des Normvolumens. Damit erhöht sich der Energiegehalt bezogen auf das Volumen und somit zum Beispiel die Reichweite eines Fahrzeuges bei gleichem Tankvolumen. Für die aufwendige Verflüssigung werden circa 10 bis 25 Prozent der im Erdgas gespeicherten Energie aufgewendet, daher findet man im Straßenverkehr hauptsächlich compressed natural gas = komprimiertes Erdgas (CNG).
CH3OH = Methanol. Ist eine farblose, brennend schmeckende, giftige, bei Einnahme durch den Menschen zur Erblindung oder zum Tod fuehrende, leicht brennbare und sehr fluechtige Fluessigkeit. Methanol verbrennt mit blauer, fast unsichtbarer Flamme und bildet mit Luft explosionsfaehige Gemische. In der Natur kommt es in Baumwollpflanzen, Heracleum-Fruechten, Graesern und in aetherischen Oelen vor. Methanol ist eines der wichtigsten Ausgangsstoffe fuer Synthesen in der chemischen Industrie. Methanol ist giftig. Seine giftige Wirkung beruht auf der in der Leber erfolgenden Oxidation zu Formaldehyd und spaeter zu Ameisensaeure.
Trans-European Transport Network Das Trans-European Transport Network, TEN-T (dt. Transeuropäisches Verkehrsnetz, kurz TEN-V) ist ein Teilnetz der sog. Trans-European Networks, TEN (dt. Transeuropäische Netze, kurz TEN). Zu diesen zählen neben den Verkehrsnetzen bspw. auch Netzwerke der Telekommunikation oder der Energieversorgung.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?572350

Gedruckt am Donnerstag, 13. Juni 2024 01:55:43