Mobilität ist ein zentraler Baustein der Lebensgestaltung und bedeutet individuelle Freiheit und gesellschaftliche Teilhabe. Der Verkehrssektor ist der größte Energieverbraucher in Deutschland und nach der Energiewirtschaft der drittgrößte Sektor bei der Erzeugung von Treibhausgasemissionen. Die deutsche Fahrzeugindustrie ist eine der Säulen unserer Wirtschaft und von großer Bedeutung für die wirtschaftliche Entwicklung und die Sicherung der Beschäftigung in Deutschland. Für eine nachhaltige Mobilität der Zukunft ergibt sich daraus eine große Herausforderung: Es gilt die Klimawirkung zu reduzieren und durch innovative Maßnahmen die Wettbewerbsfähigkeit und die soziale Teilhabe gleichzeitig zu stärken. Auf den ersten Blick scheinen diese Herausforderungen unvereinbar zu sein. Dabei kann gerade die Innovationskraft in Wirtschaft und Wissenschaft und besonders ein gemeinschaftlich getragener Wille zu maßgeblichen Veränderungen führen. Dies spiegelt der politische Auftrag der Nationalen Plattform Zukunft der Mobilität (NPM) und deren Zusammensetzung wider. Unter Einbeziehung unterschiedlicher Akteure aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft geht es darum, eine Strategie einer bezahlbaren und nachhaltigen Mobilität zu erarbeiten. Der Klimaschutz stellt eine der besonderen Herausforderungen unserer Zeit dar. Deutschland ist bindende internationale Verpflichtungen eingegangen: Die Treibhausgasemissionen sollen bis 2030 um 55 % gegenüber 1990 sinken. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung den Klimaschutzplan 2050 verabschiedet und damit die Weichen für die Umsetzung der internationalen Verpflichtungen gestellt. Der Klimaschutzplan gibt für den Prozess zum Erreichen der Klimaschutzziele inhaltliche Orientierung für alle Handlungsfelder und weist für die einzelnen Sektoren unterschiedliche Treibhausgasminderungsziele aus. Für den Verkehrssektor bedeutet das eine Reduktion von 40 bis 42 % bis 2030. Über die Anforderungen des Klima- und Umweltschutzes hinaus bedingen auch technische, rechtliche und gesellschaftliche Veränderungen einen tiefgreifenden Strukturwandel in unserem Mobilitätssystem. Wir erleben eine zweite Welle der Digitalisierung mit dem Trend zu Vernetzung, autonomen Systemen, digitalen Technologieplattformen, neuen Geschäftsmodellen und Dienstleistungen. Eine Herausforderung für etablierte Firmen, insbesondere im Automobilsektor, aber auch eine große Chance, gleichzeitig Umwelt- und Lebensqualität zu verbessern. Die Fachleute in der NPM und besonders der Arbeitsgruppe 1 „Klimaschutz im Verkehr“ haben sich der Aufgabe gestellt, Wege zu einer ausgewogenen, nachhaltigen Reduktion von Treibhausgasen im Verkehrssektor zu erarbeiten. Im Sinn einer ganzheitlichen Betrachtung des Themenkomplexes Mobilität erfolgt die Arbeit der AG 1 dabei in Abstimmung mit den übrigen Arbeitsgruppen der Plattform. Bei der Bearbeitung der Aufgabe haben wir die unterschiedlichen Argumente und Sichtweisen relevanter Stakeholder aufgenommen. Lösungselemente können neue Technologien wie Elektro- und Wasserstoffmobilität, defossilisierte Kraftstoffe und Nutzungsinnovationen sein. Lenkende Maßnahmen, wie zum Beispiel über den Preis oder staatliche Förderung, können hier ebenso eine Rolle spielen. Die intensive Betrachtung hat gezeigt, dass es nur mit einem Bündel von Maßnahmen und Instrumenten möglich sein wird, das gesteckte Treibhausgasreduktionsziel zu erreichen. Viele Instrumente und Maßnahmen erfordern Investitionsentscheidungen und einige erzeugen auch Lasten. Die Politik ist daher gefordert, möglichst schnell Richtungsentscheidungen mit langem Wirkungshorizont zu treffen und falls erforderlich eine gerechte Lastenverteilung vorzunehmen. Ganz im Sinne der lernenden Strategie der Bundesregierung sollte ein iterativer Ansatz verfolgt werden, um die Auswirkungen und komplexen Wirkzusammenhänge der gewählten Maßnahmen kontinuierlich zu überprüfen und gegebenenfalls bedarfsgerecht nachsteuern zu können. [aus Vorwort]:Vorwort 1 Mobilität im Wandel: Klimaschutz als Chance für ein Zukunftsfähiges Mobilitätssystem 2 Transformation gestalten: Die Arbeitsgruppe 'Klimaschutz im Verkehr' 2.1 Wissenschaftliche Grundlagen der Arbeit in der AG 1 2.2 Methodische Ansätze der Arbeit der AG 1 3 Klimaschutzziele umsetzten: Handlungsfelder für ein klimafreundliches und innovatives Verkehrs- und Mobilitätssystem 3.1 Klimaschutzziele im Verkehr: Sechs zentrale Handlungsfelder 3.1.1 Antriebswechsel: Pkw und Lkw (Handlungsfeld 1) 3.1.2 Effizienzsteigerung: Pkw und Lkw (Handlungsfeld 2) 3.1.3 Regenerative Kraftstoffe (Handlungsfeld 3) 3.1.4 Stärkung Schienenpersonenverkehr, Bus-, Rad- und Fußverkehr (Handlungsfeld 4) 3.1.5 Stärkung Schienengüterverkehr, Binnenschifffahrt (Handlungsfeld 5) 3.1.6 Digitalisierung (Handlungsfeld 6) 3.2 Notwendigkeit eines Iterativen Vorgehens 4 Schlussfolgerung und Ausblick 5 Anhänge Bibliografie Abbildungsverzeichnis Instrumente: Bündel Innovationen-Infrastruktur-Digitalisierung (IID) Maßnahmentabelle AG- und Redaktionsteammitglieder Sitzungstermine Abkürzungsverzeichnis Glossar Impressum

Die Transformation der Antriebs- und Kraftstofftechnologien bildet eine zentrale Herausforderung für die Ausgestaltung einer nachhaltigen Mobilität. Dafür hat die AG 2 folgende technologische Optionen hinsichtlich des aktuellen und zukünftig erwartbaren Entwicklungsstands unter optimalen Voraussetzungen betrachtet: technologische Elektromobilitätskonzepte, Wasserstoff und Brennstoffzellen sowie alternative Kraftstoffe für den Verbrennungsmotor. Die Technologien wurden dabei unabhängig voneinander betrachtet. Die AG 2 geht davon aus, dass 2030 7 bis 10,5 Millionen BEV und PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle) im Bestand sein werden. Die Reichweiten unterscheiden sich je nach Fahrzeugsegment: Bei Pkw besteht eine Bandbreite von bis zu 300 km im Kleinwagensegment und über 500 km bei Oberklasse-Pkw. Leichte und mittlere Nutzfahrzeuge können eine Reichweite zwischen 100 und 250 km erzielen. Erste Prototypen für batterieelektrische schwere Nutzfahrzeuge erreichen vergleichsweise geringe Reichweiten. Im Straßengüterfernverkehr werden aktuell erste Teststrecken für Oberleitungs-Lkw aufgebaut. Für die Schifffahrt bestehen Planungen für die Nutzung von Landstrom in Häfen und es wurden bereits erste Fähren elektrifiziert. Für Flugzeuge gibt es erste Prototypen, die auf lange Sicht eine Reichweite von bis zu 1.000 km erreichen können, und im Schienenverkehr existieren Prototypen für batteriebetriebene Triebzüge und Diesel-Hybrid-Rangierlokomotiven. Aus klimapolitischer Sicht wäre bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen ein Bestand von bis zu 1,4 Millionen Pkw und 400.000 Nutzfahrzeugen wünschenswert für 2030, die in Deutschland tatsächlich erreichbaren Fahrzeugzahlen sind aufgrund der zurückhaltenden Positionierung etlicher Autohersteller noch mit Unsicherheiten behaftet und sollen in dem zweiten Kurzbericht abgestimmt dargelegt werden. Der aktuelle Entwicklungsstand ist bei den einzelnen Fahrzeugen sehr unterschiedlich und reicht von ersten Erprobungsträgern bis hin zu Serienfahrzeugen. Serienanwendungen finden sich heute vor allem im Mittel- bzw. Oberklassesegment bei Pkw. Für Brennstoffzellen-Fahrzeuge ergeben sich Reichweiten, die mit denen verbrennungsmotorisch betriebener Fahrzeuge vergleichbar sind. Im Schienenpersonennahverkehr können nicht elektrifizierte Strecken durch mit Wasserstoff betriebene Nahverkehrszüge bedient werden. In der Luftfahrt werden Brennstoffzellen vor allem für elektrische Antriebe und Nebenaggregate eingesetzt. Erste Entwicklungsprojekte in der Schifffahrt statten Binnen- und Fährschiffe mit Brennstoffzellen aus und nutzen die Brennstoffzelle für die Bordstromversorgung. Technologieoptionen neuartiger alternativer Kraftstoffe konnten entlang biomassebasierter und strombasierter Kraftstoffe identifiziert werden. Diese Kraftstoffe stehen derzeit allerdings nur in geringen Mengen zur Verfügung, sodass zu deren Verbreitung Technologien für den Einsatz in Großanlagen weiterentwickelt werden müssen. Alternative Kraftstoffe sind mit der bestehenden Tankinfrastruktur kompatibel und bieten sich insbesondere für schwere Verkehrsmittel wie schwere Nutzfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge im Zusammenhang mit langen Reichweiten an. Die AG 2 hat mit dem vorliegenden Kurzbericht eine technologieorientierte Faktenbasis für alternative Antriebe und Kraftstoffe zur Reduktion von CO2 Emissionen im Verkehr geschaffen. In der weiteren Arbeit wird die AG 2 nun technologieoffen die Rahmenbedingungen und Potentiale sowie die Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft betrachten.:Vorwort 1 Executive Summary 2 Einführung und Zielsetzung 3 Grundlagen des Kurzberichtes 4 Erste Erkenntnisse der AG 2 4.1. Perspektiven batterieelektrischer Fahrzeuge 11 4.2. Perspektiven von Brennstoffzellen-Fahrzeugen 16 4.3. Perspektiven alternativer Kraftstoffe 20 5 Ausblick 6 Anhang

Die Veröffentlichung „Schwere Nutzfahrzeuge – Standards und Normen für alternative Antriebe“ der NPM AG6 analysiert den aktuellen Stand der Normung und Standardisierung im Bereich alternativer Antriebssysteme für schwere Nutzfahrzeuge und formuliert auf dieser Basis Empfehlungen an die Normungsgremien und politischen Handlungsträger. Betrachtet werden nur die Antriebstechnologien, die von den Arbeitsgruppen der NPM als Zukunftstechnologien definiert wurden. Es wird in diesem Zusammenhang keine Bewertung dieser Zukunftstechnologien vorgenommen, sondern ausschließlich der Status der Normungsarbeiten und eventuell bestehende Lücken aufgezeigt. Die betrachteten alternativen Antriebstechnologien sind die folgenden: Oberleitungs-Lkw, NFZ mit BZ-Systemen, batterieelektrische NFZ (mit Megawatt Charging System [MCS]) und strombasierte Kraftstoffe. Für die Oberleitungs-Lkw und die batterieelektrisch betriebenen Nutzfahrzeuge gibt es bereits ein umfangreiches Normenwerk, das kontinuierlich an den aktuellen Stand der Technik und an die besonderen Herausforderungen von Nutzfahrzeugen angepasst werden muss. Für mit einem BZ-System betriebene NFZ sind fahrzeugseitig ebenfalls die nötigen normativen Grundlagen bereits geschaffen. Das Normenwerk für die Betankungsschnittstellen muss geprüft und im Bedarfsfalle für höhere Drücke oder flüssigen Wasserstoff angepasst werden. Der Handlungsbedarf bei strombasierten Kraftstoffen und Wasserstoff wird derzeit durch die bestehenden Normungsgremien adressiert. Allgemein lässt sich festhalten, dass im Vergleich zu früher, die Normungsarbeit heute die nötigen Schnittstellen und die grundsätzlichen Anforderungen praktisch vor oder zeitgleich mit der Entwicklung und der Markteinführung durchgeführt werden muss. Umso entscheidender wird es in Zukunft sein, die Normungsgremien mit den dafür notwendigen Kapazitäten und Mitteln auszustatten.:Kurzfassung Executive Summary 1 Einleitung 2 Schwere Nutzfahrzeuge als besondere Herausforderung 3 Verfügbare und Betrachtete Technologien 4 Stand der Normen 4.1 Betrachtungsumfang 4.2 Oberleitungs-Lkw 4.3 Nutzfahrzeuge mit Brennstoffzelle 4.4 Batterieelektrische NFZ mit Megawatt Charging System (MCS) 4.5 Strombasierte Kraftstoffe: Wasserstoff und synthetische Folgeprodukte 5 Fazit Impressum / Based on an analysis of the current state of standardisation and norms related to alternative drive systems for heavy commercial vehicles, the publication “Heavy commercial vehicles – standards and norms for alternative drive systems” by the NPM’s WG6 contains recommendations for standardisation bodies and political actors. Only drive technologies which were deemed to be technologies of the future by the NPM’s working groups are being given consideration. In this context, the technologies are not evaluated as such, but the current state of standardisation work and potential gaps are demonstrated. The following alternative drive technologies form part of the publication: overhead line HGVs, commercial vehicles with fuel cell systems, battery-electric commercial vehicles (with Megawatt Charging System (MCS)) and electricity-based fuels. A comprehensive body of norms is already available for overhead line HGVs and battery-electric commercial vehicles. These norms need to be continuously amended to take into account the state of the art and the particular challenges posed by commercial vehicles. The necessary normative basis for commercial vehicles powered by fuel cell systems has also been established as far as vehicles are concerned. The normative body for fuelling interfaces needs to be checked and if necessary adapted to allow for higher pressure or for hydrogen. The to-do-list for electricity-based fuels and hydrogen is currently being addressed by the existing standardisation bodies. It is to be noted that in general, today’s standardisation work in terms of the necessary interfaces and basic requirements needs to be carried out prior to or simultaneously with their development and market launch. In future, it will be all the more important to provide standardisation bodies with the necessary capacities and funds.:Kurzfassung Executive Summary 1 Einleitung 2 Schwere Nutzfahrzeuge als besondere Herausforderung 3 Verfügbare und Betrachtete Technologien 4 Stand der Normen 4.1 Betrachtungsumfang 4.2 Oberleitungs-Lkw 4.3 Nutzfahrzeuge mit Brennstoffzelle 4.4 Batterieelektrische NFZ mit Megawatt Charging System (MCS) 4.5 Strombasierte Kraftstoffe: Wasserstoff und synthetische Folgeprodukte 5 Fazit Impressum

Naturwissenschaft und Technik können die globalen Energieprobleme nicht vollständig lösen – aber sie können ihren Beitrag zur Lösung liefern. Regionale biogene Rest- und Abfallstoffe, die synthetisches Erdgas für die Kommune liefern; heimische Biorohstoffe, die einer konsequenten Kaskadennutzung aus stoffl icher und energetischer Nutzung unterworfen werden; Landschaftsbiomassen, die über Vergaser und Mikroturbinen zur dezentralen Stromund Wärmeerzeugung beitragen – das alles greift nicht nach den Sternen, sondern zeigt regionale Möglichkeiten zur nachhaltigen Energiebereitstellung auf. Neben Strom und Wärme ist auch Mobilität längst zu einem Grundbedürfnis geworden. Darüber hinaus wird durch die weltweit voranschreitende Urbanisierung, verbunden mit einer wachsenden örtlichen Trennung von Wohn- und Agrarregionen, auch der Warenverkehr zunehmend essentiell. Die Substitution fossiler Energieträger im Segment der Kraftstoffe ist daher eine wichtige Säule im Prozess hin zur nachhaltigen Energiewirtschaft. Angesichts der aktuellen Diskussionen um Landnutzungsänderungseffekte und Tank-Teller-Trog-Problematik kommt hier reststoffbasierten Biokraftstoffen eine besondere Bedeutung zu. Auch wenn neue Fördermethoden für fossile Energieträger derzeit weltweit zu einer Diversifi zierung führen – das Grundsatzproblem der Treibhausgasemissionen und anderer Klima- und Umwelteffekte bleibt natürlich bestehen. Daher stellten die Biokraftstoffprojekte bisher einen wichtigen Bestandteil im BMU-Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“ dar, und darum war es 2010 auch angeraten, sie in einer eigenen „Fokusgruppe Biokraftstoffe“ zu bündeln. Zukünftig sollen reststoff- und abfallbasierte Biokraftstoffprojekte außerhalb des Förderprogramms unterstützt werden. Es ist zu wünschen, dass dieses gesellschaftlich wie wirtschaftlich bedeutende Themenfeld auch weiterhin in der Forschungslandschaft der Bundesrepublik verankert bleibt.

The side event “Thermally treated biofuels”, held on the 3rd of June 2015 within the 23rd European Biomass Conference 2015, gave a detailed overview to the concepts currently being developed and introduced. First experiences with combustion experiments of selected batches were also shown. The different lectures presented the state of the art as well as R&D results of process technologies like pyrolysis, torrefaction, hydrothermal-carbonisation. Also information on modelling, simulation and optimisation of an european-wide biomass logistics network were given. The side event was cl9osed by an insight into the Japanese wood market and research on torrefication as well as an open discussion with all the speakers. We are pleased to present you the digital conference proceeding with all the abstracts, presentations and profiles of our guests from the Netherlands, Japan, Austria and Germany.

Die Chemnitzer Symposien-Reihe "Europa und Umwelt" wurde erstmalig im Jahre 2003 als Forum für die interdisziplinäre und anwendungsorientierte Diskussion aktueller umwelt- und europapolitischer Fragestellungen initiiert. Das einmal im Jahr im Rahmen der Europawoche stattfindende Symposium wird von Prof.Dr. Klaus Dieter John und Jun.-Prof.Dr. Dirk T.G. Rübbelke veranstaltet. Die Ergebnisse des 2. Chemnitzer Symposiums "Europa und Umwelt", welches im Jahre 2004 unter dem Titel "Arbeislosigkeit in Europa: Neue Perspektiven durch die Vermarktung umweltfreundlicher Technologien?" stattfand, werden im vorliegenden Tagungsband zusammengefasst. Er enthält die überarbeiteten Referate sowie eine Darstellung der Diskussionsbeiträge. Weil der Vortrag, der sich mit der Bedeutung erneuerbarer synthetischer Kraftstoffe beschäftigt hat, nur in Form der Präsentationsfolien zur Veröffentlichung zur Verfügung stand, haben sich die Herausgeber entschlossen, diese Folien durch einen eigenen Beitrag zu ergänzen, um das Thema auch den Lesern zu erschließen, die nicht an der Tagung teilgenommen haben.

Die Chemnitzer Symposien-Reihe "Europa und Umwelt" wurde erstmalig im Jahre 2003 als Forum für die interdisziplinäre und anwendungsorientierte Diskussion aktueller umwelt- und europapolitischer Fragestellungen initiiert. Das einmal im Jahr im Rahmen der Europawoche stattfindende Symposium wird von Prof.Dr. Klaus Dieter John und Jun.-Prof.Dr. Dirk T.G. Rübbelke veranstaltet. Die Ergebnisse des 2. Chemnitzer Symposiums "Europa und Umwelt", welches im Jahre 2004 unter dem Titel "Arbeislosigkeit in Europa: Neue Perspektiven durch die Vermarktung umweltfreundlicher Technologien?" stattfand, werden im vorliegenden Tagungsband zusammengefasst. Er enthält die überarbeiteten Referate sowie eine Darstellung der Diskussionsbeiträge. Weil der Vortrag, der sich mit der Bedeutung erneuerbarer synthetischer Kraftstoffe beschäftigt hat, nur in Form der Präsentationsfolien zur Veröffentlichung zur Verfügung stand, haben sich die Herausgeber entschlossen, diese Folien durch einen eigenen Beitrag zu ergänzen, um das Thema auch den Lesern zu erschließen, die nicht an der Tagung teilgenommen haben.

The increasing CO2 concentration in the atmosphere and the resulting climate change require an immediate and efficient reduction of anthropogenic carbon-dioxide emission. This target can be achieved by the usage of CO2-neutral fuels even with current technologies (Schemme et al. in Int J Hydrogen Energy 45:5395–5414, 2020). Diesel engines in particular are amongst the most efficient prime movers. Using oxymethylene-dimethyl-ether (OME) it is possible to solve the hitherto existing Soot-NOx-Trade-off. OME has bounded oxygen in the molecular chain. This reduces the formation of soot, but equally the calorific value. But in considerance of the physical and chemical properties of OME, it could be useful to optimize the standard diesel engine into an OME engine. As a result, single-cylinder tests were performed to obtain a detailed analysis of the differences between OME3-5 and commercially available DIN EN 590 Diesel. Based on the fact that OME has gravimetrically less than half the calorific value of diesel, twice the fuel mass must be injected for the same energy release in the combustion chamber. Therefore, at the beginning of the investigations, a variation of the injector flow rate was carried out by means of different nozzle hole diameters. The evaluation of the results included the fundamental differences in the combustion characteristics of both fuels and the determination of efficiency-increasing potentials in the conversion of OME3-5. Due to the lower ignition delay and the shorter combustion time of OME, potentials in the optimisation of the injection setting became apparent. Higher energy flows over the combustion chamber wall were noticeable in operation with OME. To get to the bottom of this, the single-cylinder investigations were supported by tests on the optically accessible high-pressure chamber and the single-cylinder transparent engine. The optical images showed a narrower cone angle and greater penetration depth of the OME injection jet compared to the diesel injection jet. This confirmed the results from the single-cylinder tests. This provides further potential in the design of the injector nozzle to compensate for these deficits. Overall, this work shows that operation with OME in a classic diesel engine is possible without any significant loss in efficiency and with little effort in the hardware. However, it is also possible to achieve more efficient use of the synthetic fuel with minor adjustments.