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Erweiterung der Software TREMOD um zukünftige Fahrzeugkonzepte, Antriebe und Kraftstoffe

Im Zuge strengerer Gesetze zur Minderung klimarelevanter Emissionen und Luftschadstoffe kommt dem Einsatz alternativer Antriebstechnologien und Kraftstoffe im Straßenverkehr eine wachsende Bedeutung zu. Deshalb erweiterte die Bundesanstalt für Straßenwesen das Emissionsrechenmodell TREMOD (Transport Emission Modell) um Datensätze zu alternativen Antriebstechnologien und Kraftstoffen. Im Rahmen von Trendszenarien können so die Auswirkungen einer zunehmenden Marktdurchdringung solcher Technologien auf den Kraftstoff- und Energieverbrauch sowie die Klimagas- und Luftschadstoffemissionen bis zum Jahr 2050 in Deutschland abgeschätzt werden.

Das Foto zeigt die Entwicklung des Pkw-Fahrzeugbestandes nach Antriebskonzepten 2010-2050 im SzenarioEntwicklung des Pkw-Fahrzeugbestandes nach Antriebskonzepten 2010-2050 im Szenario (CNG: Compressed Natural Gas; el: electric; PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle; LPG: Liquefied Petroleum Gas; BEV: Battery Electric Vehicle) (Bild: IFEU)

Aufgabenstellung

Der motorisierte Verkehr wird für verschiedene Verkehrsträger in Deutschland (Straße, Luft, Schiene und Wasser) durch das Emissionsrechenmodell TREMOD abgebildet, das sowohl Verkehrs- und Fahrleistungen als auch den Energie- und Kraftstoffverbrauch und die zugehörigen Luftschadstoff- und Klimagasemissionen für den Zeitraum 1960 bis 2030 erfasst. Grundlage für die Berechnungen sind differenzierte Angaben zu Fahrleistungen und Emissionen aller relevanten Verkehrsteilnehmer, die in TREMOD miteinander verknüpft werden.

Untersuchungsmethode

Bei der Erweiterung von TREMOD wurden alle für die Berechnungsabläufe relevanten Parameter untersucht und angepasst. So wurden etwa die in TREMOD klassifizierten Fahrzeugschichten um alternative Antriebe ergänzt und die verwendeten Kraftstoffarten um alternative Kraftstoffe und deren Mischungen erweitert. Zudem wurden die Bestandsdaten um Fahrzeugbestände mit alternativen Antriebstechnologien mit alternativen Kraftstoffen auf Basis von KBA-Zulassungsstatistiken ergänzt sowie die jährlichen Fahrleistungen der Verkehrsträger abgeschätzt und Datensätze in TREMOD implementiert. Anhand von Ergebnissen aus nationalen und internationalen Untersuchungen zu Emissionen von Kraftfahrzeugen war es möglich, Emissionsfaktoren von mit alternativen Kraftstoffen und Antriebstechnologien betriebenen Fahrzeugen abzuschätzen und diese als Berechnungsgrundlage bei der Szenarienrechnung in TREMOD zu verwenden. Dabei wurden neben direkten Emissionen auch die zur Herstellung und Bereitstellung der Kraftstoffe und Energieformen relevanten Vorkettenemissionen mit einbezogen. Unter Berücksichtigung dieser Arbeiten wurde schließlich ein Trendszenario bis 2050 definiert und mit TREMOD berechnet.

Ergebnisse

Aus der Szenarienrechnung geht hervor, dass der Energieverbrauch des Straßenverkehrs in Deutschland bis 2050 um etwa 35 Prozent abnimmt. Am höchsten fällt der Rückgang in der Fahrzeugkategorie Pkw mit rund 49 Prozent aus. Neben Effizienzverbesserungen am Fahrzeug wirken sich hier vor allem die Umstellung auf Elektrofahrzeuge und der Rückgang der Verkehrsleistungen nach 2030 aus. Bei den schweren Nutzfahrzeugen hingegen werden die Effizienzverbesserungen am Fahrzeug durch eine steigende Verkehrsleistung kompensiert. Der Energieverbrauch in dieser Fahrzeugkategorie bleibt bis 2050 nahezu konstant. Der Anteil des Stroms am Endenergieverbrauch des Straßenverkehrssektors liegt im Jahr 2050 bei rund zehn Prozent. Für Wasserstoff wird ein Anteil am Endenergieverbrauch von etwa zwei Prozent bis 2050 für den Straßenverkehr erwartet. Die Kohlendioxidemissionen des Straßenverkehrs nehmen bis 2050 um zirka 44 Prozent ab, der höchste Rückgang entfällt auf die Fahrzeugkategorie Pkw mit rund 61 Prozent. Bei den Stickoxidemissionen des Straßenverkehrs ist von einem Rückgang bis 2030 von 77 Prozent auszugehen, die Masse der emittierten Partikel reduziert sich im gleichen Zeitraum um etwa 85 Prozent. Bedingt durch eine weitere Flottendurchdringung mit neuen Fahrzeugen und Technologien und das Ausscheiden von Fahrzeugen älterer Baujahre aus dem Markt ist von einer weiteren Halbierung der Stickoxid- und Partikelemissionen bis zum Jahr 2050 gegenüber 2030 auszugehen.

Folgerungen

Die Erweiterung des TREMOD-Modells um alternative Antriebstechnologien erlaubt die Berechnung der Emissionen und Verbräuche bis zum Jahr 2050 unter Berücksichtigung einer sich verändernden Bestands- und Fahrleistungssituation in Deutschland. Einbezogen in die Kalkulation werden neben neuartigen Antriebstechnologien im Fahrzeug auch die Verfügbarkeit und Verwendung alternativer Energieträger mitsamt deren Mischungen. Die Repräsentativität der Berechnungen mit TREMOD hängt jedoch maßgeblich von der Qualität der verwendeten Eingangsdatenbasis ab. Aus diesem Grunde ist eine kontinuierliche Fortschreibung der Eingangsdaten für Bestand, Fahrleistung und Emissionsfaktoren für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben um aktuelle Entwicklungen erforderlich.

Extension of the emission and calculation model TREMOD to future vehicle concepts and fuels

The availability of actual data of emissions and fuel consumption from the traffic sector is an essential basis for environmental reporting, the preparation of regulations and policy decisions. Due to the continuous development of environmental regulations, detailed information of the emissions of road users are increasingly required. For this reason, the development of the emission calculation model TREMOD was initiated in the early 90’s in order to query detailed information concerning emissions, fuel- and energy consumption for road-, rail-, air-, and waterway transport in Germany. The input database of the road traffic sector in TREMOD consists of data of real emission- and fuel consumption of almost all current vehicle categories as well as information regarding annual traffic and fleet composition. As a part of this project current alternative drive concepts and new energy sources were implemented into TREMOD in order to assess their impacts on the fuel- and energy consumption and the relevant emissions of road traffic in Germany. The features of the new concepts and technologies and their characteristic are described in detail within this report. Finally, an example of a trend scenario is carried out by means of modeling with TREMOD taking into account the newly introduced technologies.

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Zusatzinformationen

Forschung kompakt 10/16
Bericht
Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Heft F 113, 2016

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