Nach jahrzehntelangen Auseinandersetzungen vereinte die COP26-Konferenz im letzten Jahr in Glasgow die Welt in einer Wahrheit: Der Klimawandel ist die existenzielle Krise unserer Zeit. Und wir befinden uns an einem kritischen Punkt in diesem Kampf. Die Daten zeigen deutlich, dass eine Obergrenze von 900 Gigatonnen CO2 erreicht werden muss, um die globale Erwärmung unter 2o Celsius zu halten 1. Mittlerweile steht der Transportsektor weiterhin im Mittelpunkt und ist der größte Verursacher von Treibhausgasemissionen in den Vereinigten Staaten, dieser übertrifft sogar die Stromerzeugung. Aber so wie die Geschichte immer von Innovationen geprägt war, haben wir auch die notwendigen Lösungen, um unseren Weg umzudrehen, wenn wir mutig genug sind, das Problem frontal anzugehen und entschlossen zu handeln.
Kohlenstoff ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum und das Epizentrum der Klimakrise, da er drei Viertel der THG ausmacht. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft besteht kein Zweifel daran, dass die vom Menschen verursachten Kohlenstoffemissionen die Menschheit an einen Punkt ohne Wiederkehr treiben, aber die Quellen dieser Emissionen sind immer noch das Objekt erheblicher Schuldzuweisungen. Wenn wir uns zurückziehen und versuchen, unsere sich verändernde Welt durch eine klare Linse zu sehen, ergibt sich ein grundlegendes Paradigma, das nicht ignoriert werden kann, wenn wir den Klimawandel an der Wurzel bekämpfen wollen: Wachsender wirtschaftlicher Wohlstand ist eine wichtige Ursache für den Anstieg der Kohlenstoffemissionen.
Mit dem Wachstum der Weltwirtschaft haben wir mehr als eine Milliarde Menschen aus extremer Armut geholt und die Mittelschicht erweitert. Das Brookings Institute beispielsweise bezeichnete 2018 als das erste Jahr, in dem mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in der Mittelschicht und reichen Haushalten lebte. Dieser zunehmende wirtschaftliche Wohlstand förderte den Handel, die Entwicklung der Infrastruktur und die industrielle Aktivität – und trieb leider das Wachstum der Kohlenstoffemissionen voran. Dieser untrennbare Zusammenhang zwischen Wohlstand und Kohlenstoffemissionen wirft die Frage auf: Können ein gesundes Wirtschaftswachstum und ein gesunder Planet nebeneinander bestehen? Ja, Investitionen in die Dekarbonisierung sind eine der vielversprechendsten Wachstumschancen für unsere Generation, und Fortschritte in diesem Bereich können unsere Gesellschaft wohlhabender und unseren Planeten gleichzeitig gesünder machen.
Diese Reise zum Ziel Null, die den Weg von Cummins zur Eliminierung von Kohlenstoffemissionen aufzeigt, basiert auf einem umfassenden Technologieplan für Transport und Mobilität mit drei Hauptkomponenten: Emissionsfreie Technologien wie wie Batterie- und Brennstoffzellenelektrik, kohlenstoffarme bis kohlenstofffreie Kraftstoffe und kraftstoffunabhängige Antriebsplattformen als Übergangstechnologien.
Nr. 1: Emissionsfreie Technologien wie Batterie- und Kraftstoffzellenelektrik
Heutzutage batterie- und kraftstoffzellenelektrische Lösungen für ausgewählte kommerzielle Transportanwendungen wirtschaftlich und betrieblich realisierbar. Diese kohlenstofffreien Technologien helfen bereits bei der Lösung lokaler Emissions- und Luftqualitätsprobleme, da sie vom Tank bis zum Rad keinen Kohlenstoff ausstoßen. Wenn die Energiequelle umweltfreundlich ist, z. B. die Verwendung erneuerbarer Energien bei batterieelektrischen Bussen, können diese Technologien aus der Perspektive „well-to-wheel" null Kohlenstoffemissionen bieten. Wir arbeiten bereits mit Herstellern von Schul- und Linienbussen für vollelektrische Anwendungen zusammen, und es gibt sogar einen Personenzug im kommerziellen Betrieb, der von Kraftstoffzellen-Elektrotechnologie angetrieben wird.
Wir verfügen über hervorragende Technologien, dennoch gibt es viele kommerzielle Transportanwendungen, die auf dem Weg zur Elektrifizierung auf große Hindernisse stoßen. Wirtschaftliche Rentabilität, Erfüllung der Aufgaben und Unterstützung der Infrastruktur sind die Schlüsselfaktoren für diese schwer zu elektrifizierenden Anwendungen. Eine Ansicht ist, dass man abwarten sollte, bis batterie- oder kraftstoffzellenelektrische Technologien diese Anwendungen einholen, aber wir können es uns einfach nicht leisten, jeden Tag mehr Kohlenstoffemissionen freizusetzen, die wir nicht zurückholen können. Jedes Gramm Kohlenstoff, das ausgestoßen wird, trägt zum Klimawandel bei. Allein in den USA stoßen mittelschwere und schwere Lkw jeden Tag über eine Million Tonnen CO2 aus2. Für diese schwer zu elektrifizierenden kommerziellen Transportanwendungen gibt es heute Möglichkeiten, die Kohlenstoffemissionen erheblich zu reduzieren oder ganz zu vermeiden: kohlenstoffarme bis kohlenstofffreie Kraftstoffe.
Nr. 2: Emissionsfreie Technologien wie Batterie- und Kraftstoffzellenelektrik
Kohlenstoffarme bis kohlenstofffreie Kraftstoffe emittieren weniger Kohlenstoff als Dieselkraftstoff, wenn sie zur Stromerzeugung verwendet werden. Ich unterteile diese kohlenstoffarmen bis -freien Kraftstoffe in vier Gruppen.
Die erste Gruppe sind kohlenstoffarme Kraftstoffe. Diese Kraftstoffe stoßen bei ihrer Verbrennung immer noch Kohlenstoff aus, aber weniger als Dieselkraftstoff. Die zweite Gruppe sind kohlenstoffneutrale Kraftstoffe Auch bei diesen Kraftstoffen wird bei der Verbrennung Kohlenstoff freigesetzt, aber die Kohlenstoffemissionen werden durch eine andere Aktivität vollständig ausgeglichen. Drittens: Kohlenstofffreie Kraftstoffe. Bei der Verbrennung dieser Kraftstoffe wird überhaupt kein Kohlenstoff freigesetzt. Grüner Wasserstoff zum Beispiel ist ein kohlenstofffreier Kraftstoff. Zur vierten Gruppe gehören Kohlenstoffnegative Kraftstoffe Dies sind Kraftstoffe, bei denen die Auswirkungen der Kraftstofferzeugung und des Verbrauchs zu einer Nettoreduzierung der Treibhausgasemissionen führen.
Von diesem überfüllten Feld kohlenstoffarmer bis kohlenstofffreier Kraftstoffe werden nur wenige die größte Wirkung haben: Wasserstoff, Erdgas und Biodiesel. Jenseits dieser drei sind synthetische Kraftstoffe – auch bekannt als E-Kraftstoffe – eine spannende zusätzliche Technologie, die sich in Zukunft als dominierender Faktor herausstellen kann.
Wasserstoff wird immer häufiger als Energiequelle eingesetzt. Dies liegt in erster Linie daran, dass es sich um einen kohlenstofffreien Kraftstoff handelt, wenn er mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar-, Wind- und Wasserkraft zur Elektrolyse von Wasser erzeugt wird. Wasserstoff kann Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor oder wasserstoffbetriebene Kraftstoffzelle antreiben und zu einer beeindruckenden Verringerung der Kohlenstoffemissionen führen. Ein Modelljahr 2027 der Klasse 8 mit Schlafkabine , das von einem Wasserstoffmotor angetrieben und von grünem Wasserstoff betankt wird, würde im Vergleich zu seinem dieselbetriebenen Pendant über seine gesamte Lebensdauer 1.437 Tonnen CO2 einsparen.3 Dies sind beeindruckende Umweltgewinne, aber Wasserstoff steht heute vor zwei Hindernissen: der Bereitstellung der Infrastruktur und der reichlichen Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff – einem kohlenstofffreien Kraftstoff, der gut zu fahren ist.
Im Gegensatz zu Wasserstoff ist Erdgas ein fossiler Brennstoff, produziert aber weniger Kohlenstoff als andere fossile Brennstoffe wie Diesel. Erdgas bietet auch bedeutende Emissionssenkungen, da sich die Infrastruktur für kohlenstofffreie Technologien weiter entwickelt. In bestimmten Anwendungsfällen kann erneuerbares Erdgas (RNG) ebenfalls kohlenstoffneutral sein. Zum Beispiel hat RNG, das aus dem Abbau organischer Stoffe gewonnen wird und die ansonsten Methanemissionen freisetzen würde, eine negative Kohlenstoffbelastung. Inzwischen gibt es zwei aktuelle Diskussionen über die Rolle von Erdgas bei der Reduzierung der Kohlenstoffemissionen. Erstens wird weithin akzeptiert, dass ein Teil der Emissionssteigerungen von Erdgas durch Methanlecks in den Pipelines ausgeglichen wird. Zweitens, die Berechnungen hinter der negativen Kohlenstoffintensität von RNG. Es ist wichtig zu erkennen, dass nicht jedes RNG eine negative Kohlenstoffintensität aufweist, und wir sollten bewerten, wie das aufgefangene Methan entstanden ist und wie effizient der RNG-Transport ist, um festzustellen, ob die anschließende Nutzung von RNG zu einer Nettoverringerung der Treibhausgasemissionen führt.
Biodiesel ist ein erneuerbarer Kraftstoff, der hauptsächlich aus Fetten und Pflanzenölen hergestellt wird. Die Pflanzen, die als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Biodiesel verwendet werden, entziehen der Atmosphäre Kohlenstoff, und wenn Biodiesel verbrannt wird, gibt er die gleichen Kohlenstoffatome zurück in die Atmosphäre; theoretisch macht dies Biodiesel kohlenstoffneutral4. In der Praxis müssen jedoch auch die Emissionen berücksichtigt werden, die beim Anbau dieser Pflanzen und bei der Herstellung von Biodiesel entstehen. Der B20 ist bereits heute in vielen Motoren zu finden, die damit betrieben werden können; der nächste Schritt zur Senkung der Emissionen wird darin bestehen, Motoren zu entwickeln, die mit B40 und dann mit B100, also reinem Biodiesel, betrieben werden können.
Synthetische Kraftstoffe oder E-Kraftstoffe gibt es in verschiedenen Formen; E-Diesel und E-Benzin sind die beiden, die für kommerzielle Transportanwendungen relevanter sind. Diese Kraftstoffe können mit CO2 und grünem Wasserstoff hergestellt werden; Daher sind sie kohlenstoffneutral, da sie den Kohlenstoff, der ursprünglich zu ihrer Herstellung verwendet wurde, wieder an die Atmosphäre abgeben. Darüber hinaus können sie auch unsere bestehende Kraftstoffinfrastruktur nutzen. Derzeit bestehen zwei Hindernisse für diese Kraftstoffe: ihre hohen Kosten und die eingeschränkte Verfügbarkeit.
Die Bereitschaft zur Nutzung der Infrastruktur ist ein häufiges Hindernis für die verstärkte Einführung einiger kohlenstoffarmer oder -freier Kraftstoffe. Inzwischen gibt es kommerzielle Transportanwendungen, die kein umfangreiches Netzwerk an Tankstellen und anderer Infrastruktur benötigen. So können beispielsweise Flotten, die mittelschwere und schwere Lkw betreiben, Routen mit einer kleinen Anzahl von Tankstellen entlang fester Strecken erstellen. Dies kann den erforderlichen Infrastrukturaufbau fördern.
Heutzutage sind diese kohlenstoffarmen bis kohlenstofffreien Kraftstoffe für diejenigen verfügbar, die ihre Bemühungen um eine Dekarbonisierung vorantreiben wollen. Und ihre Nutzung kann mit Hilfe einer vertrauten Technologie ausgeweitet werden: Verbrennungsmotoren - allerdings mit einer innovativen Wendung: kraftstoffunabhängige Motorplattformen. Diese Plattformen werden uns helfen, die Vorteile kohlenstoffarmer bis kohlenstofffreier Kraftstoffe zu nutzen.
Nr. 3: Kraftstoffunabhängige Motoren- und Antriebsstrangplattformen können die Verwendung von kohlenstoffarmen bis -freien Kraftstoffen erweitern
Kraftstoffunabhängige Motorplattformen bestehen aus einer Reihe von Motorversionen, die von einem gemeinsamen Basismotor abgeleitet sind. Das untere Ende des Motors sieht gleich aus, und die eincelnen Zylinderköpfe sind so konzipiert, dass sie mit einem anderen kohlenstoffarmen oder -freien Kraftstoff betrieben werden können. Jede Motorversion wird mit einem bestimmten Kraftstofftyp betrieben, einschließlich Diesel, Propan, Erdgas oder Wasserstoff. Diese Motoren nutzen die Vorteile bestehender Technologien und können die GHG-Emissionen durch kohlenstoffarme und -freie Kraftstoffe reduzieren. Sie sind mit den Betriebspraktiken, der Fahrzeuginstallation und den Leistungsmerkmalen der heutigen Dieselmotoren vertraut. Diese kraftstoffunabhängigen Plattformen sind ideal für Anwendungsfälle, in denen batterieelektrische und kraftstoffzellenbetriebene Lösungen noch nicht finanziell oder betrieblich machbar sind. Dies ist ein Novum in der Branche, dass wir von Grund auf kraftstoffunabhängige Verbrennungsmotoren entwickeln. Dies ist unser Bestreben, auf dem Weg zu einer emissionsfreien Zukunft die richtigen Motoren für die richtigen Anwendungen zu kombinieren.
Es ist auch wichtig, sich daran zu erinnern, dass diese drei Komponenten innerhalb der Technologie-Roadmap keine binären Entscheidungen sind. Man kann batterieelektrische Lösungen mit kraftstoffunabhängigen Antriebsplattformen kombinieren, um Hybridlösungen für die richtigen Anwendungsfälle zu schaffen.
Der Klimawandel ist die belastende Krise unserer Zeit, und immer mehr Regierungen und Unternehmen auf der ganzen Welt haben sich bereits verpflichtet, kohlenstofffrei oder negativ zu sein. Diese Lösungen bieten einen praktikablen Weg auf dieser Reise in den nächsten paar Jahrzehnten. Aber die Endverbraucher sollten nicht warten, bis sie konkrete Schritte auf ihrem Weg unternehmen. Jetzt ist der richtige Zeitpunkt für eine Dekarbonisierung. Unser Planet kann nicht warten. Und jetzt haben die Endverbraucher die Werkzeuge und Innovationen, die sie brauchen, um ihren eigenen Weg zum Ziel Null zu gehen.
Verweise:
1Intergovernmental Panel on Climate Change. (August 2021). Klimawandel 2021, Die Grundlage für die physische Wissenschaft [PDF-Datei]. Abgerufen aus https://www.ipcc.ch
2 United States Environmental Protection Agency. (Dezember 2021). Treibhausgasemissionen im US-Transportsektor. [PDF-Datei]. Abgerufen aus https://www.epa.gov/
3 Analyse mit dem Treibhausgas-Emissionsmodell (GEM) der U.S. EPA für die Einhaltung der Vorschriften für mittelschwere und schwere Fahrzeuge. Angenommene 19 Tonnen Nutzlast, 120.000 Tausend Meilen pro Jahr Nutzung. Abgerufen aus https://www.epa.gov/
4 United States Energy Information Administration. (n.d.). Biofuels explained, Biomass-based diesel and the environment.(Biokraftstoffe erläutert, Diesel auf Biomassebasis und die Umwelt.) [Website]. Abgerufen aus https://www.eia.gov/
Srikanth Padmanabhan
Srikanth Padmanabhan ist Vizepräsident und Präsident des Geschäftsbereichs für Motoren, dem größten der vier Geschäftsbereiche von Cummins. In dieser Rolle definiert er die Grenzen der kundenorientierten Innovation neu, um Cummins als führenden Anbieter von Antriebssträngen zu positionieren, deren Portfolio Diesel- und Erdgas- sowie Hybrid- und Elektroantriebe umfasst. Erfahren Sie mehr über Srikanths mehr als 30 Jahre bei Cummins.
