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| Book/Dissertation / PhD Thesis | FZJ-2025-01802 |
2025
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag
Jülich
ISBN: 978-3-95806-802-5
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Please use a persistent id in citations: urn:nbn:de:0001-2503101128490.226261584821 doi:10.34734/FZJ-2025-01802
Abstract: Die gesetzten Klimaschutzziele der Bundesregierung erfordern eine vollständige Defossilisierung des Verkehrssektors. Trotz der Kenntnis möglicher Umsetzungsoptionen wurde im Verkehrssektor bis 2021 lediglich eine vernachlässigbar geringe Reduktion der Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 erzielt. Zudem wird weiterhin diskutiert, welche Technologie in welchen Anwendungsfeldern eingesetzt werden soll. Folglich ist das Ziel dieser Arbeit modellbasierte Analysen zu entwickeln, welche zum einen die Techno-Ökonomie der Verkehrsmittel in Abhängigkeit relevanter Faktoren beleuchtet. Zum anderen werden modellgestützte Transformationspfade des Verkehrssektors erarbeitet, welche die sektorspezifischen Treibhausgasreduktionsziele berücksichtigen. Die techno-ökonomische Analyse der Verkehrsmittel erfolgt mittels eines entwickelten Modells, welches die Total Cost of Ownership berechnet. Im Vergleich zur Literatur zeichnet sich das Modell durch eine detaillierte Bestimmung der drei wesentlichen Kostenarten, den Herstellungs-, Wartungs- und Kraftstoffkosten, aus. Die mit dem Modell berechneten Fahrzeugparameter werden nicht nur zur antriebsspezifischen Analyse der Verkehrsmittel genutzt, sondern dienen ebenso als Input des entwickelten Optimierungsmodells zur Analyse möglicher Transformationspfade des Verkehrssektors. Dieses Modell zeichnet sich durch eine hohe Auflösung der Verkehrsnachfrage und die Abbildung der Effekte der Elektrifizierung und Sektorenkopplung aus. Die Ergebnisse der techno-ökonomischen Analyse der Verkehrsmittel zeigen den zukünftigen Vorteil vollelektrifizierter Antriebe auf. Dieser Vorteil entsteht insbesondere infolge der mittels des Lernkurvenansatzes berechneten Kostendegression der Komponenten elektrifizierter Antriebe. Des Weiteren nimmt die Differenz der Gesamtbetriebskosten von batterie- und brennstoffzellenelektrischen Fahrzeugen über den Betrachtungszeitraum ab. Dabei hängt der techno-ökonomische Vorteil nicht nur von der Fahrzeugklasse, sondern von den Anforderungen der Anwendungen hinsichtlich Fahrleistung, Reichweite und Energiebedarf ab. Der intermodale Vergleich verdeutlicht, dass die Elektrifizierung den energetischen Vorteil des öffentlichen Verkehrs reduziert, sodass die Relevanz der Auslastung verstärkt wird. Die Analyse der Transformationspfade des Verkehrssektors unterstreicht die zukünftige Dominanz der Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeuge im Straßenverkehr. Wie zuvor in der Fahrzeuganalyse herausgestellt hängt die Wahl der vollelektrischen Antriebsoption von den Anforderungen der Verkehrsnachfrage ab. Im Kurzstreckenverkehr mit kleineren Fahrzeugen wird der batterieelektrische Antrieb priorisiert. Demgegenüber findet der Brennstoffzellenantrieb verstärkt im Schwerlastverkehr Anwendung. Die Elektrifizierung führt zu einem steigenden Wasserstoff- (85 TWh) und Strombedarf (122 TWh) des Verkehrssektors bis 2045. Im Gegenzug sinkt die Flüssigkraftstoffnachfrage stark. Trotz der vollständigen Elektrifizierung der Neuzulassungen macht die zeitverzögerte Bestandselektrifizierung den Einsatz synthetischer Kraftstoffe zur Defossilisierung des gesamten Verkehrssektors erforderlich. Darüber hinaus zeigen die szenariobasierten Analysen, dass die Kosten des Transformationspfades stärker vom sozialen als vom technologischen Wandel abhängen.
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