August 2023
Die Dekarbonisierung ist eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit, um eine nachhaltige und lebenswerte Zukunft zu ermöglichen. Dazu braucht es gerade im Mobilitätsbereich den Übergang zu erneuerbaren Energien und Energieträgern sowie die Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Doch in der Umsetzung sind Dekarbonisierungsprojekte sehr komplex. Sie erfordern einen multidisziplinären Ansatz, da die relevanten Themen Energie, Mobilität, Infrastruktur und Komfort einerseits in sich anspruchsvoll sind und sich andererseits gegenseitig beeinflussen. Helbling erbringt eine Vielzahl von Dienstleistungen rund um Dekarbonisierung. Dabei geht es um Projekte mit dem Ziel, in der Herstellung und im Betrieb Energie zu sparen und zukunftsgerichtete Technologieanpassungen zu planen sowie umzusetzen. Ein wesentlicher Teil der Arbeit ist die konzeptuelle und beratende Unterstützung der entscheidenden Instanzen auf politischer und wirtschaftlicher Ebene.
Erfolgreiche Dekarbonisierungsprojekte tragen dazu bei, Umweltauswirkungen abzumildern und die Lebensqualität zu verbessern. Zudem ermöglichen sie neue wirtschaftliche Chancen. Angesprochen ist dabei insbesondere der Mobilitätsbereich. Der Verkehr war im Jahr 2021 für 38 Prozent der Schweizer CO2-Emissionen verantwortlich – und zwar ohne die internationale Luftfracht. Dabei wird die Umsetzung der Dekarbonisierung für Unternehmen durch einige Hürden erschwert, zeichnen sich die Projekte doch durch einen hohen Grad an Komplexität aus, wobei zahlreiche Abhängigkeiten berücksichtigt werden müssen.
Helbling begleitet seit Jahren Projekte von Kunden im Bereich der Dekarbonisierung. Die komplexen Fragestellungen werden dank zahlreicher Fachleute ganzheitlich angegangen und mit Blick auf die interdisziplinären Zusammenhänge schlüssig beantwortet. Verschiedene Teams und Standorte arbeiten hierfür zusammen.
Dekarbonisierung findet entlang der gesamten Verursacherkette statt
Generell lassen sich vier Herangehensweisen identifizieren.
(i) Bei Dekarbonisierungsbemühungen beginnt die Analyse zu Beginn der Verursacherkette, bei der Senkung des Energiebedarfs. Das Ziel ist dabei, CO2 erst gar nicht freizusetzen. Konkretes Beispiel ist die Elektrifizierung von bis anhin mit Verbrennungsmotoren ausgestatteten Gerätschaften und Fahrzeugen.
(ii) Ist eine Vollelektrifizierung nicht möglich, kann durch Teilelektrifizierung, Hybridisierung, eine Steigerung der Effizienz oder durch den Einsatz von biogenen Treibstoffen eine Senkung des Ausstosses von Treibhausgasen erzielt werden.
(iii) Sind auch hier die Möglichkeiten ausgeschöpft, bietet sich der Ansatz der CO2-Gewinnung aus den Abgasen an. Dies wird beispielsweise bei Gaskraftwerken angewendet.
(iv) Als letzte Option wird die Technologie der CO2-Rückgewinnung aus der Umgebungsluft sukzessive entwickelt und skaliert.
In sämtlichen vier Bereichen ist Helbling aktiv und hat über Jahre Erfahrungen sammeln können. Zentral ist dabei der EcoDesign-Ansatz, der sicherstellt, dass der ökologische Fussabdruck eines Produkts bereits in dessen Entwicklungsphase berücksichtigt und minimiert wird. Mithilfe des sogenannten Life-Cycle-Assessments wird eine systematische Analyse der Umweltbilanz von existierenden oder neuen Produkten und Dienstleistungen möglich. Beides ist bei Helbling fest etabliert, da nicht nur der Energie- und Ressourcenbedarf in der Produktion ins Gewicht fallen.
Häufig befindet sich der grösste Stellhebel zur Senkung des Energiebedarfs im Betrieb eines Produkts. Das zeigt sich etwa bei milliardenfach verwendeten Produkten in der Unterhaltungselektronik oder bei Fahrzeugen.
Folgend werden drei wichtige Schwerpunkte von Dekarbonisierungsprojekten im Bereich der Mobilität herausgegriffen. Sie stecken das Feld ab und beleuchten Helblings Herangehensweise.
1. Energieeffiziente Antriebe im Mobilitätssektor
Geht es um die Aufwendung von Energie im Transport- und Verkehrsbereich, liegt der Fokus häufig auf der Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben, die auf erneuerbare Energien zurückgreifen. Prominente Beispiele, an deren Realisierung Helbling beteiligt war, sind Wasserstoff- oder batterieelektrische Antriebe. Diese kommen sowohl bei Schienen als auch Strassen- und Spezialfahrzeugen zum Einsatz.
Als ersten Schritt empfiehlt es sich in jedem Fall, die infrage kommenden Energieträger technologieneutral zu evaluieren. Dabei ist insbesondere auf die Vergleichbarkeit zu achten. Klarheit bringt in Bezug auf Fahrzeuge beispielsweise die Analyse des Tank-to-wheel-Wirkungsgrades – also der Wirkkette von chemisch im Fahrzeugtreibstoff oder elektrisch in der Fahrzeugbatterie gespeicherter Energie bis zur Umwandlung in kinetischer Energie. Erst die Konsultation weiterer Bezugsgrössen wie Energiedichte, Preis und Technologiereifegrad geben ein abgerundetes Bild und eine Grundlage für einen Einsatzentscheid.
2. Wertschöpfungskette rund um die Elektromobilität
Aufgrund der in Grafik 1 gezeigten hohen energetischen Effizienz von elektrischen Antriebssystemen erlebt die Elektromobilität zurzeit einen deutlichen Aufschwung. Dies zieht bei Verkehrsdienstleistern und Fahrzeugherstellern Fragen nach neuen Mobilitätsdienstleistungen und der nötigen Rahmenbedingungen nach sich. Eine Schlüsselfunktion besitzen hierbei Projekte rund um die Planung und Umsetzung einer passenden Ladeinfrastruktur, bei der technisches und ökonomisches Know-how gleichermassen gefragt ist. Knackpunkte sind die Auswahl geeigneter Ladestationen, die Standortplanung, Netzintegration und die Entwicklung von Ladeinfrastrukturstrategien, die auf die fahrzeugseitigen Energieträger abgestimmt sind.
Während bei Neuanschaffungen frische Konzeptideen realisiert werden können, lohnt sich insbesondere bei kostenintensiven Spezialfahrzeugen die Umrüstung von existierenden Fahrzeugen mit Diesel- oder Benzinantrieb auf eine alternative Antriebsart. Helbing hat zu diesen Aufgabenstellungen zahlreiche Projekte realisiert und jeweils eine ganzheitliche Systemsicht eingebracht
3. Rückgewinnung von CO2
Um die immense Herausforderung der Dekarbonisierung zu bewältigen, müssen sämtliche Register gezogen werden. Das gilt auch für Anwendungen, welche in nächster Zukunft weder elektrisch noch mit synthetischen oder biogenen Treibstoffen betrieben werden können. In diesen Fällen ist die Rückgewinnung von CO2 möglich. Auch an Projekten in diesem Kontext arbeitet Helbling intensiv.
Technologisch ist dabei die Rückgewinnung aus dem Abgas aufgrund der höheren CO2-Konzentration effizienter als die Rückgewinnung aus der Umgebungsluft. Zudem ist der in Abbildung 3 schematisch dargestellte Rückgewinnungsprozess auf Wärmeenergie angewiesen, welche ebenfalls dem üblicherweise hochtemperaturigen Abgas entnommen werden kann.
Zusammenfassung: Helbling begegnet Komplexität mit Erfahrung und Multidisziplinarität
Die Komplexität der Dekarbonisierung ist durch die hohe Abhängigkeit der unterschiedlichen Aspekte wie technische Machbarkeit, Infrastrukturanforderungen, Kosten, Prozessschritte und deren Feinabstimmung gegeben. Zur erfolgreichen Realisierung ist eine enge Zusammenarbeit von unterschiedlichen Disziplinen wie Prozesstechnologie, Thermodynamik, Fluidsimulation, Mechanik, Elektronik und Software absolut zwingend. Helbling kann auf Fachleute in diesen Bereichen zurückgreifen und bringt zudem Erfahrung im Projektmanagement und Systems Engineering im Anlagentechnik ein. Denn es braucht einen ganzheitlichen Ansatz, um die Dekarbonisierung umzusetzen.
Autor: Simon Müller, David Stadler
Hauptbild: Unsplash
