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Neue Studie zu alternativen Kraftstoffen und Antriebstechnologien

Technologieoffene Bewertung von alternativen und klimaneutralen Kraftstoffen bzw. Antriebstechnolgien in Hinblick auf die Umsetzbarkeit für die Stadt München.

Klimaneutrale Antriebe

Ziel der Studie

Bis 2025 soll der gesamte Münchner Verkehr zu 80 Prozent durch abgasfreie Kraftfahrzeuge, den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) sowie Rad- und Fußverkehr bestehen.

Die Klimaneutralität der Stadt München soll bis 2035 erreicht werden. Zehn Jahre früher, als es die Bundesregierung in ihrem aktuellen Klimaschutzgesetz vorsieht. Gerade im Verkehrssektor, der in Deutschland mit etwa 20 Prozent den drittgrößten Anteil an Treibhausgas-Emissionen aufweist, stellt dieses Ziel eine enorme Herausforderung dar.

Durch Effizienzsteigerungen, regulatorische Vorgaben für Fahrzeughersteller*innen wie CO2-Flottengrenzwerte und die strenger werdenden Euro-Abgasnormen sind die Emissionen deutlich gesunken. Die Anteile der emissionsfreien Fahrzeuge im Straßenverkehr steigen ebenfalls.

Dem stand bis 2020 ein Anstieg des Verkehrs in Kilometern auf deutschen Straßen entgegen. Damit sind die gleichbleibenden Emissionen in den Jahren 2015 bis 2019 zu erklären. Erst die Corona-Pandemie 2020 hat eine deutliche Minderung der Emissionen um elf Prozent im Vergleich zum Vorjahr herbeigeführt.

Durch Förderprogramme wie „München emobil“, „E-Taxi“ oder auch das „Handlungsprogramm Elektromobilität“ rückte die Stadt München batteriegestützte Elektromobilität in den Fokus. Allerdings ist diese Antriebstechnologie nicht die einzige Alternative zu den herkömmlichen Verbrennermotoren.

Die Studie "Potentiale alternativer Kraftstoffe und  Antriebstechnologien im urbanen Umfeld von Mobilität und Transport" analysiert alternative und klimafreundliche Kraftstoffe und Antriebstechnologien im Hinblick auf ihre Klimabilanz und lokalen Emissionen. Damit können  Interessierte einen besseren Überblick über vorhandene und künftig am Markt verfügbare Kraftstoffe und Antriebstechnologien erhalten. Neben den klimarelevanten Kriterien wird zudem die Ein- und Umsetzbarkeit dieser Kraftstoffe und Antriebstechnologien in ausgewählten Einsatzszenarien je Fahrzeugklasse für die Stadt München bewertet. Zudem wird der Beitrag für das Erreichen der Münchener Klimaziele im Verkehrssektor und der Ziele der Luftreinhaltung beurteilt.

Ergebnisse der Studie

Batterieelektrische Fahrzeuge weisen nicht zuletzt wegen der besseren Klimabilanz (schon beim heutigen Strommix minus 40 Prozent im Vergleich zu Benzin) und der lokalen Emissionsfreiheit über sämtliche Kriterien hinweg gute bis sehr gute Ergebnisse auf.

Ihre technische Entwicklung kommt stark voran, sie verfügen über die höchste Energieeffizienz und sind insbesondere in der urbanen Mobilität und bei leichten Nutzfahrzeugen bereits heute alltagstauglich. Doch nicht überall können sie sinnvoll eingesetzt werden.

Besonders bei schweren Nutzfahrzeugen oder Bussen mit hohen Reichweiten- und Leistungsanforderungen würden beim derzeitigen Technologiestand zu große Batterien benötigt werden. Zudem ist die Verfügbarkeit bei Sondernutzfahrzeugen wie zum Beispiel Löschfahrzeugen der Feuerwehr noch nicht gegeben. Während bei Letzteren  Hybrid-Lösungen (Verbrenner und Strom oder auch Wasserstoff und Strom) mittelfristig Abhilfe leisten können, könnten auf der Langstrecke für den Lkw- und Busverkehr auch elektrische Oberleitungen zum Einsatz kommen.

Verschiedene (inter-)nationale Vorgaben treiben den Umstieg auf Batterie-Elektromobilität voran: Zu nennen ist hier der sogenannte „European Green Deal“, mit dem die Europäische Union bis 2050 als erster Kontinent klimaneutral werden möchte. Für den gesamten Verkehr sieht das Konzept vor, 55% der Treibhausgase bis 2030 („Fit for 55“) und 90% bis 2050 zu reduzieren. Die Verringerung der Emissionen für PKW und leichte Nutzfahrzeuge in Fahrzeugflotten wird dabei in der EU-Verordnung 2019/631 genauer festgelegt.

Für den ÖPNV und öffentlich beschaffte Flotten ist über die EU-Richtlinie „Clean Vehicles Directive“ geregelt, dass ein größerer Anteil der Neuanschaffungen als zurzeit „sauber“ bzw. emissionsfrei sein muss.

Alternative Antriebstechnologien sind in ihrer Anschaffung teurer als herkömmliche Fahrzeuge. Besonders Brennstoffzellenfahrzeuge sind aufgrund ihrer niedrigen Stückzahlen und fehlender Infrastruktur noch nicht wettbewerbsfähig.

Zwar gibt es in Deutschland für Elektro- und Wasserstoffmobilität schon länger Subventionen und Förderprogramme für Fahrzeuge und Ladepunkte („Innovationsprämie“, „Förderprogramm Elektromobilität“, „Schnellladegesetz“). Jedoch laufen wasserstoffspezifische Infrastrukturprojekte wie die „HyLand“-Projekte erst jetzt so richtig an. Dies spiegelt sich aktuell darin wider, dass es entsprechend auch von Herstellerseite kaum Brennstoffzellenfahrzeuge für das Pkw-Segment gibt.

Besonders bei schweren Nutzfahrzeugen oder Bussen mit hohen Reichweiten- und Leistungsanforderungen ist jedoch damit zu rechnen, dass Brennstoffzellenfahrzeuge einen relevanten Marktanteil erlangen. Die Energieeffizienz der Brennstoffzelle ist aufgrund der doppelten Umwandlung zwischen Strom und Wasserstoff niedriger als bei einer Batterie. Allerdings können durch die deutlich höhere Energiedichte im Vergleich zur Stromspeicherung in Lithium-Ionen-Akkus längere Reichweiten bei schweren Fahrzeugen erzielt werden.

Dieser Trend ist auch bei den Hersteller*innen erkennbar, bei denen der Anteil an Wasserstoffbussen und -Lkws kontinuierlich steigt.

Damit Wasserstoff einen positiven Einfluss auf die Klimabilanz haben kann, muss dieser auch nachhaltig produziert werden. Aktuell wird in Deutschland größtenteils grauer Wasserstoff (Herstellung aus Erdgas) produziert, der sogar schlechtere Werte in der Klimabilanz aufweist als Benzin oder Diesel. Durch die Umstellung auf blauen (mit Kohlendioxid-Speicherung – aktuell in Deutschland nicht unterstützt), türkisen Wasserstoff (mittels Methanpyrolyse – aktuell nicht ausgereift) oder grünen Wasserstoff (durch Elektrolyse aus grünem Strom) kann dieser erst nachhaltig werden.

In der Vergangenheit gab es zu den Benzin- oder Diesel-Verbrennern kaum Alternativen. Gasgestützte Kraftstoffe wie CNG oder LNG bzw. LPG („Autogas“) konnten sich im Pkw-Segment nicht etablieren und entsprechen – je nach Anwendung – circa einem Prozent.

Perspektivisch ist hier keine große Veränderung zu erwarten. Diese Kraftstoffe – auch wenn es Verbesserungen beim lokalen Stickstoffoxid-Ausstoß gibt – keine nennenswerten Vorteile in der Klimabilanz im Vergleich zu Benzin und Diesel aufweisen.

Das Potential von synthetischen und Biokraftstoffen wird immer stärker diskutiert. Diese Kraftstoffe verwerten in ihrer Produktion Kohlenstoffdioxid und weisen daher – abhängig von der Stromquelle, die zur Erzeugung verwendet wird – eine sehr gute Klimabilanz auf. Neben den offensichtlichen Einsatzmöglichkeiten im Schwerlastverkehr, bei Bussen mit langen Umläufen oder auch schweren Sondernutzfahrzeugen könnten diese Kraftstoffe auch im Pkw-Segment relevant werden.

Hintergrund ist, dass das Erreichen der Dekarbonisierungsziele (für München die Klimaneutralität bis 2035) aufgrund der langen Lebenszeit der Bestandsflotte an Verbrennern nur schwer zu erreichen ist. Hier können insbesondere synthetische Kraftstoffe (für Biokraftstoff ist die Verfügbarkeit an Biomasse zu gering) als Übergangslösung helfen, die Klimabilanz der Bestandsflotte durch Umrüstung deutlich zu verbessern. Zwar sind die technischen Verfahren etabliert, ausreichende Produktionskapazitäten sind dafür heute jedoch nicht vorhanden und müssten gezielt aufgebaut werden.

Aktuell ist davon auszugehen, dass lediglich ein Prozent des heutigen Dieselbedarfs 2030 durch E-Diesel abgedeckt werden kann.

Nicht nur bei synthetischen Kraftstoffen, sondern bei allen alternativen Antriebstechnologien spielen grüne Energien (zum Beispiek Strom und Biomasse) eine bedeutende Rolle. Neben dem Einsatz als Strom für Batterien und für die Herstellung von E-Diesel (oder auch E-CNG im Fall von synthetischem Erdgas) wird grüner Strom auch für die Herstellung von grünem Wasserstoff benötigt.

Aktuell liegt der Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Strommix bei etwa 50 Prozent. Ohne den starken Ausbau von treibhausgasarmen Energien wie Wind-, Photovoltaik- und Geothermieenergie oder auch einen möglichen Hochlauf von Biogasanlagen sind die Ziele der Stadt München im Verkehrsbereich schwer zu erreichen. Hinzu kommt, dass die Stadt München und ihr näheres Umland aufgrund der hohen Einwohnerzahl eine hohe Energienachfrage haben, jedoch aufgrund ihrer Lage für die Produktion von großen Mengen an Strom auf andere Regionen angewiesen sind – in Deutschland existiert ein starkes Nord-Süd-Gefälle hinsichtlich erneuerbarer Energien.

Entsprechend relevanter kann für eine Stadt wie München die unterstützende Rolle von Wasserstoff werden, da dieser gut transportiert und gespeichert werden kann.

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