The future role of synthetic fuels in German road transport - estimation of potential fuel demand using technology-based scenario analyses

The reduction of CO2 emissions from road transport in Germany has been minimal, with only a 6 percent decrease since 1990. However, the national aim is to eliminate greenhouse gas emissions by 2045. This paper outlines a scenario model that estimates the adoption of alternative drive systems and energy sources in the car and truck sector, as well as the resulting energy demand in Germany until 2050. The findings indicate that battery electric vehicles will rapidly become the norm in all scenarios, although even with stricter CO2 fleet regulations, the German government's climate goals may not be reached without additional measures. The use of climate-neutral synthetic fuels, in combination with other transportation policy instruments, could help to attain the CO2 sector targets for German transportation

Techno-Economic Analysis of Different Battery Cell Chemistries for the Passenger Vehicle Market

The introduction of battery electric vehicles on the global market has triggered a sustained upheaval in the automotive industry. In this process, the new properties of a battery-electric powertrain lead to a different set of central requirements, such as increasing the range, lifetime or the fast-charging capability of the vehicle battery. This paper develops a bottom-up systematic model to assess the current and future impact of different battery technologies on vehicle costs. For this purpose, it summarises the scientific findings of automotive battery cell chemistries and, flanked by novel expert interviews and teardown data, derives key values for them. Based on the data obtained, modelling is carried out to demonstrate the technical and economic suitability of the identified cell chemistries and their impact on the range and total cost of electric vehicles. Lithium iron phosphate batteries appear to be able to achieve a price saving of up to 21% in the small vehicle segment compared to nickel-rich cell chemistries, provided that customers are prepared to accept a reduced range. At the same time, further efficiency improvements of the powertrain lead us to expect that, in combination with future high-energy cells, ranges of more than 800 km can be achieved even in the mid-size vehicle segment. It turns out that depending on whether the focus of the vehicle is on cost, range or performance, different battery technologies are likely to be used in the future

Cost Benefit Analysis of an Innovative and Modular Autonomous Vehicle: The Case of U-Shift

The study presents a Cost-Benefit Analysis (CBA) of future implementation of “U-Shift” vehicles. “U-Shift” is an autonomous vehicle concept currently developed at the German Centre for Aerospace (DLR). The CBA was prepared in 2020 as part of a feasibility study on behalf of the German Ministry for Economy to assess the possible impacts of a hypothetical large-scale implementation of these vehicles. It compares two future scenarios for roll-out in 2040 in Stuttgart, a mid-sized city in Germany’s automotive centre, with a Base Case. Scenario 1 reflects the preferred approach for implementation pursued by DLR, where autonomous driving of vehicles is enabled by sensors as part of the road infrastructure and the vehicles’ movements are orchestrated by a central traffic management centre. Scenario 2 reflects the current approach for automation, where autonomous driving technology is part of the vehicle itself and their movements are not coordinated by a central agency. The CBA quantifies capital and recurrent costs, road safety, CO2 emissions and air pollution. Costs and benefits are quantified for one year only, 2040, a plausible year for large-scale implementation. As it only considers recurrent costs and benefits of one year, investment costs were apportioned accordingly, taken the expected asset life into account

Future renewable energy targets in the EU: Impacts on the German transport

The transport sector is at the center of discussions on accelerating the energy transition due to its still increasing contribution to greenhouse gas emissions worldwide; therefore, the EU has set binding targets for the use of renewable energy in transport through the Renewable Energy Directive. To analyze the economic impact of these targets, we developed an optimization model that considers bio- and electricity-based fuel options, various transport sectors, and future policy requirements. Our study of the German transport sector found that imported alternative fuels play a key role in reducing fossil fuel usage. We also identify two technological and managerial obstacles: policymakers need to prioritize the rapid electrification of vehicles in the near future; and in the distant future, more attention is needed in research for new technologies in commercial transport. Although our findings are tailored to Germany, the employed approach can be transferred to other models and countries

Verkehr

Bis zum Jahr 2030 hat die direkte Elektrifizierung das größte Treibhausgas-(THG)-Emissionsminderungspotenzial im Verkehrssektor. Da für Pkw und teilweise auch für die Lkw schon jetzt kommerziell wettbewerbsfähige und technisch ausgereifte batterieelektrische Lösungen verfügbar sind, können sich kurzfristige Dekarbonisierungsanstrengungen auf diese Segmente konzentrieren. Selbst mit einem massiven Anstieg des Anteils batterieelektrischer Fahrzeuge werden die Sektorziele aus dem Bundes-Klimaschutzgesetz bis zum Jahr 2030 nicht erreicht und müssen entsprechend von anderen Sektoren kompensiert werden. Die kurzfristigen Minderungspotenziale durch eine reine Antriebswende sind durch die Langlebigkeit der fossilen Bestandsfahr-zeuge begrenzt. Selbst bei einer deutlichen Kostendegression von batterieelektrischen Fahr-zeugen, sehr schnellem Ladeinfrastrukturausbau und hohen CO2-Preisen werden kurzfristig zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein, um das Verkehrssektor-Ziel im Jahr 2030 zu erreichen. Hierfür kommen vor allem Maßnahmen zur Änderung des Mobilitätsverhaltens, wie der Wechsel auf andere Verkehrsträger, in Frage. Die indirekte Elektrifizierung (Nutzung der Energieträger Wasserstoff und E-Fuels) bildet bis zum Jahr 2045 in Teilbereichen des Güter-, Personenschienen-und Busverkehrs sowie für den Flugverkehr eine sinnvolle und für Verbrenner-Restbestände bei den Pkweine notwendige Alternative zur direkten Elektrifizierung. Die Nutzung dieser Energieträger erfordert jedoch im Vergleich zur direkten Elektrifizierung einen erheblich größeren Einsatz an Energie, insbesondere erneuerbarem Strom

Size and Shape Distributions of Primary Crystallites in Titania Aggregates

The primary crystallite size of titania powder relates to its properties in a number of applications. Transmission electron microscopy was used in this interlaboratory comparison (ILC) to measure primary crystallite size and shape distributions for a commercial aggregated titania powder. Data of four size descriptors and two shape descriptors were evaluated across nine laboratories. Data repeatability and reproducibility was evaluated by analysis of variance. One-third of the laboratory pairs had similar size descriptor data, but 83% of the pairs had similar aspect ratio data. Scale descriptor distributions were generally unimodal and were well-described by lognormal reference models. Shape descriptor distributions were multi-modal but data visualization plots demonstrated that the Weibull distribution was preferred to the normal distribution. For the equivalent circular diameter size descriptor, measurement uncertainties of the lognormal distribution scale and width parameters were 9.5% and 22%, respectively. For the aspect ratio shape descriptor, the measurement uncertainties of the Weibull distribution scale and width parameters were 7.0% and 26%, respectively. Both measurement uncertainty estimates and data visualizations should be used to analyze size and shape distributions of particles on the nanoscale

Roadmap für strombasierte Kraftstoffe 03EIV116A-G

Synthetische Kraftstoffe können die Defossilisierung des Verkehrssektors mit vorantreiben. Besonders bei hohen Transportvolumina oder für große Entfernungen sind diese Kraftstoffe eine vielversprechende Option, etwa in der Luft- und Schifffahrt oder zu Teilen im Schwerlastverkehr. Auf Basis von Strom aus erneuerbaren Energien hergestellte Kraftstoffe sollen in Zukunft entscheidend dazu beitragen, die CO2-Bilanz zu verbessern und Klimaneutralität im Verkehrssektor zu erreichen. Die Forschung dockt damit an die Schnittstelle zwischen Energie- und Verkehrssektor an. Im Rahmen der BMWK-Forschungsinitiative Energiewende im Verkehr (EiV) haben von 2018 bis 2023 insgesamt 16 industriegeführte F&E-Projekte die Entwicklung synthetischer Kraftstoffe für den Luft-, See- und Straßenverkehr deutlich vorangebracht. In den Projekten wurde eine Vielzahl verschiedener Kraftstoffe, Herstellverfahren und Anwendungen betrachtet. Dabei war es die Aufgabe der „Begleitforschung Energiewende im Verkehr“ (BEniVer), als einer der 16 EiV-Projektverbünde, die Projektergebnisse der technischen Forschungsvorhaben der Förderinitiative auf Basis eigenständiger wissenschaftlicher Analysen vergleichbar zu machen. Dazu wurden einheitliche Rahmenannahmen und Methodikleitfäden entwickelt. Die Ergebnisse der Forschungsprojekte wurden in einer Gesamtbetrachtung zusammengeführt und dienten als Grundlage für technische, ökonomische und ökologische Bewertungen. Dabei beruhten die technologie-orientierten Bottom-Up-Analysen auf den neuesten Forschungsarbeiten. Diese wurden mit systemorientierten Top-Down-Analysen des Energie- und Verkehrssystems sowie möglichen Transformationspfaden auf dem Weg zur Klimaneutralität kombiniert. Weitere Analysen zur Akzeptanz und zur Markteinführung adressieren zudem gesellschaftliche Dimensionen und Auswirkungen der Einführung von strombasierten Kraftstoffen. Auf Basis der ganzheitlichen Analysen wurden Schlussfolgerungen abgeleitet. Als Ergebnis der langjährigen und fachübergreifende Begleitung der EiV-Forschungsvorhaben ist mit der Roadmap für strombasierte Kraftstoffe ein Leitfaden entstanden mit Handlungsoptionen für die Erforschung, Entwicklung, Produktion und Markteinführung dieser Kraftstoffe

Forschungsinitiative Energiewende im Verkehr, Kurzbericht zur „Roadmap für strombasierte Kraftstoffe“ 03EIV116A-G

Synthetische Kraftstoffe können die Defossilisierung des Verkehrssektors mit vorantreiben. Besonders bei hohen Transportvolumina oder für große Entfernungen sind diese Kraftstoffe eine vielversprechende Option, etwa in der Luft- und Schifffahrt oder zu Teilen im Schwerlastverkehr. Auf Basis von Strom aus erneuerbaren Energien hergestellte Kraftstoffe sollen in Zukunft entscheidend dazu beitragen, die CO2-Bilanz zu verbessern und Klimaneutralität im Verkehrssektor zu erreichen. Die Forschung dockt damit an die Schnittstelle zwischen Energie- und Verkehrssektor an. Im Rahmen der BMWK-Forschungsinitiative Energiewende im Verkehr (EiV) haben von 2018 bis 2023 insgesamt 16 industriegeführte F&E-Projekte die Entwicklung synthetischer Kraftstoffe für den Luft-, See- und Straßenverkehr deutlich vorangebracht. In den Projekten wurde eine Vielzahl verschiedener Kraftstoffe, Herstellverfahren und Anwendungen betrachtet. Dabei war es die Aufgabe der „Begleitforschung Energiewende im Verkehr“ (BEniVer), als einer der 16 EiV-Projektverbünde, die Projektergebnisse der technischen Forschungsvorhaben der Förderinitiative auf Basis eigenständiger wissenschaftlicher Analysen vergleichbar zu machen. Dazu wurden einheitliche Rahmenannahmen und Methodikleitfäden entwickelt. Die Ergebnisse der Forschungsprojekte wurden in einer Gesamtbetrachtung zusammengeführt und dienten als Grundlage für technische, ökonomische und ökologische Bewertungen. Dabei beruhten die technologie-orientierten Bottom-Up-Analysen auf den neuesten Forschungsarbeiten. Diese wurden mit systemorientierten Top-Down-Analysen des Energie- und Verkehrssystems sowie möglichen Transformationspfaden auf dem Weg zur Klimaneutralität kombiniert. Weitere Analysen zur Akzeptanz und zur Markteinführung adressieren zudem gesellschaftliche Dimensionen und Auswirkungen der Einführung von strombasierten Kraftstoffen. Auf Basis der ganzheitlichen Analysen wurden Schlussfolgerungen abgeleitet. Als Ergebnis der langjährigen und fachübergreifende Begleitung der EiV-Forschungsvorhaben ist mit der Roadmap für strombasierte Kraftstoffe ein Leitfaden entstanden mit Handlungsoptionen für die Erforschung, Entwicklung, Produktion und Markteinführung dieser Kraftstoffe

Screening und Monitoring von F&E-Aktivitäten zu synthetischen Kraftstoffen

Monitoring von F&E-Aktivitäten zu synthetischen Kraftstoffen im internationalen Vergleich auf Basis von Patentanalysen