Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................................ 1 I Abbildungsverzeichnis .................................................................................................................. 3 II Tabellenverzeichnis ...................................................................................................................... 4 III 1 2 2.1 2.2 2.3 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 5 5.1 5.2 5.3 5.4 6 6.1 6.2 6.3 6.4 7 7.1 Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................................... 4 Einleitung .................................................................................................................................. 6 Mobilitätsbedarf für Personenverkehr .................................................................................... 8 Historische Betrachtung.................................................................................................................. 8 Aktuelle Situation ............................................................................................................................. 9 Zukunftsprognose.......................................................................................................................... 11 Umweltbelastungen und Endlichkeit der eingesetzten Energieträger im Individualverkehr .................................................................................................................... 13 Einleitung ....................................................................................................................................... 13 Fahrzeugaufkommen und Häufigkeit der eingesetzten Antriebsarten ..................................... 13 Energieverbrauch des MIV ........................................................................................................... 15 Entstehende Umweltbelastung durch den MIV .......................................................................... 16 Fazit ................................................................................................................................................ 19 Anhang ........................................................................................................................................... 20 Öffentlicher Verkehr ............................................................................................................... 20 Einleitung ....................................................................................................................................... 20 Beförderte Personen ..................................................................................................................... 20 Energieträger ................................................................................................................................. 21 Umweltbelastung ........................................................................................................................... 22 Fazit ................................................................................................................................................ 25 Flugverkehr mit Vergleich von anderen Fahrzeugen .......................................................... 25 Alternative Verfahren zur Herstellung von Kerosin .................................................................... 27 Alternative zu Kerosin ................................................................................................................... 28 Turbinentechnik und ACARE-Agenda ......................................................................................... 29 Fazit ................................................................................................................................................ 29 Mobilitätsbedarf für Waren- und Rohstofftransport (gestern – heute – morgen in Deutschland) ........................................................................................................................... 30 Transportaufkommen .................................................................................................................... 31 Bisherige Entwicklung des Güterverkehrs in Deutschland........................................................ 31 Szenarien zur zukünftigen Entwicklung des Güterverkehrs ...................................................... 32 Masterplan „Güterverkehr und Logistik“ der Bundesregierung ................................................. 34 Umweltbelastung und Endlichkeit der eingesetzten Energieträger im Bereich Warenund Rohstofftransport............................................................................................................ 36 Einflussfaktoren auf den Güter- und Rohstofftransport ............................................................. 36

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Faktor Warenbewegung ............................................................................................................................ 36 Wirtschaftliche Einflussfaktoren................................................................................................................ 36 Faktor Waren-/ Rohstoffart........................................................................................................................ 37 Landespezifische Faktoren ....................................................................................................................... 37 7.2 7.3 7.4 8 9 Umweltbelastungen durch den Güterverkehr ............................................................................. 37 Endlichkeit der Ressourcen.......................................................................................................... 39 Ausblick .......................................................................................................................................... 40 Fazit ......................................................................................................................................... 41 Literaturverzeichnis................................................................................................................ 44

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I Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1-1: Thematische Aufgliederung der Projektarbeit (Eigene Darstellung) .... 5 Abbildung 1-2: Vorkommen und Verbrauch von Erdöl, Erdgas und Kohle in 2008 [BGR10] ............................................................................................. 6 Abbildung 2-1: PKW-Pro-Kopf in D (links) [DES11b-ol], Verkehrsleistung [DES11b-ol] ........................................................................................ 7 Abbildung 2-2: Entwicklung der Autobahnlängen in Deutschland [AUT07-ol] ............ 8 Abbildung 2-3: Anteil der Verkehrsträger an der Verkehrsleistung [ADA11-ol] .......... 9 Abbildung 2-4: Aufteilung nach Fahrzweck (links) und Modal Split (rechts) 2007 [BVB10] .............................................................................................. 9 Abbildung 2-5: Modal Split 2025 nach [BVU07-ol] .................................................... 11 Abbildung 3-1: Anteil des MIV am gesamten Verkehr im Jahr 2007 nach [BVB10] ........................................................................................... 12 Abbildung 3-2: Bestand an Personenkraftwagen nach Kraftstoffarten im Jahr 2010 nach [KBA09a-ol] ................................................................... 13 Abbildung 3-3: Die Entwicklung der alternativen Kraftstoffarten bei Personenkraftwagen [KBA09b-ol] .................................................... 13 Abbildung 3-4: Energieverbrauch des motorisierten Straßenverkehrs (links), Energiever brauch des motorisierten Gesamtpersonenverkehrs (rechts), nach [PER05-ol] ...................... 14 Abbildung 3-5: Reserven gemessen in Exajoul (EJ) im Jahr 2009 [BGR-ol] ............ 14 Abbildung 3-6: Durchschnittliche Emissionen eines PKW im Jahr 2006 in g/ Pkm nach[UBA09-ol] ............................................................... 17 Abbildung 3-7: Vergleich der Emissionen verschiedener Antriebsarten in Prozent [EMP07] .............................................................................. 17 Abbildung 3-8: CO2 Äquivalente regenerativer Treibstoff [VER07] .......................... 18 Abbildung 3-9: Vergleich Schadstoffemissionen Verkehrsmittel nach [UBA09-ol] ....................................................................................... 18 Abbildung 4-1: Beförderte Personen in Milliarden im Jahr 2010 nach [Ver11] ............................................................................................. 19 Abbildung 4-2: Beförderte Personen im Linienverkehr in 2010 [Ver11] ..................... 19 Abbildung 4-3: Personenkilometer im Linienverkehr in 2010 [Ver11] ........................ 19 Abbildung 4-4: Aufteilung der Energieverbräuche des öffentlichen Personenverkehrs nach [Dat09]........................................................ 21 Abbildung 4-5: Energieverbrauch im Jahr 2011 pro Personenkilometer (kJ/ Pkm) nach [Ind11-ol] ................................................................. 21 Abbildung 4-6: Schadstoffemissionen im öffentlichen Verkehr im Jahr 2006 [DZV09b] ................................................................................. 22 Abbildung 5-1: Entwicklung des Flugverkehrs in Personenkilometer (rot) im Verhältnis zur wachsenden Weltbevölkerung in Milliarden (schwarz) [LVS07]; Prozentualer Anteil am Erdölverbrauch [MVV11] .......................................................................................... 25 Abbildung 5-2: Prozentualer Vergleich der Verkehrsmittel in Bezug auf zurückgelegter Distanz (links), Energieverbrauch (Mitte) und Schadstoffemission (Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickoxide (NOx), Partikel und Kohlenwasserstoffe (CmHn) (rechts) nach [BGR10] ....................................................... 25 Abbildung 5-3: Prozesschema zur Herstellung von Treibstoff mittels BtL Verfahren [THK07] ........................................................................... 27 3

Abbildung 5-4: Qualitative Bewertung der alternativen Energieträger nach verschiedenen Kriterien ................................................................... 29 Abbildung 6-1: Transportleistung der Verkehrsträger im Bundesgebiet 1950 – 2011 nach [BGL11-ol] ......................................................... 30 Abbildung 6-2: Szenarien zur künftigen Transportleistung nach [IFM10-ol] .............. 32 Abbildung 6-3: Ost-West-Transitverkehr 2002 u. 2020 gemessen in LKW pro Tag [ACA07-ol] .......................................................................... 33 Abbildung 7-1: Marktanteile im Güterverkehr [DST11].............................................. 36 Abbildung 7-2: Transportweite nach Transportträgern [BMV09] ............................... 37 Abbildung 8-1: Energieverbrauch des motorisierten Straßenverkehrs [PER05-ol] ....................................................................................... 39 Abbildung 8-2: Aufteilung der Verkehrsleistung in Deutschland nach [ADA11-ol], [BGL11-ol] ..................................................................... 39

II Tabellenverzeichnis
Tabelle 2-1: Anteilige Verkehrsleistung in Mrd. Pkm, 2007 [BVB10] und 2025 [BVU07-ol]………………………………………………………...11 Tabelle 3-2: Bestand an Personenkraftwagen nach Kraftstoffarten im Jahr 2010 nach [KBA09-ol]……...………………………………………20 Tabelle 7-1: Schadstoffausstoß der Transportmittel [TRE10] …………………………37 Tabelle 7-2: Beispiel Schadstoffausstoß [DZV09]………………………………………39

III Abkürzungsverzeichnis
BBR BIP BMVBW bspw. BTL bzw. ca. CO2 E10 EU FV g/Pkm Gt KFZ kJ LKW Mio MIV MJ Mrd. Mrd.tkm nMIV NOx NO2 NFZ NV Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung Bruttoinlandsprodukt Bundesministerium für Verkehr Bau- und Wohnungswesen Beispielsweise Biomass to Liquid Beziehungsweise Circa Kohlendioxid Kraftstoff mit 10% Ethanol und 90% Benzin Europäische Union Fernverkehr Gramm pro Personenkilometer Gigatonnen Kraftfahrzeuge Kilojoule Lastkraftwagen Millionen Motorisierter Individualverkehr Megajoule Milliarde Milliarden Tonnenkilometer Nicht-Motorisierter Individualverkehr Stickoxiden Stickstoffdioxid Nutzfahrzeuge Nahverkehr 4

o.g. ÖPV ÖSPV p.a. Pkm PKW PME RME s. SPS VOC vs. z.B.

oben genannt Öffentlicher Personenverkehr Öffentlicher Straßenpersonenverkehr pro Jahr (per anno) Personenkilometer Personenkraftwagen Palmmethylester Rapsölmethylester siehe Spielstatistik Kohlenstoffverbindungen versus Zum Beispiel

5

1 Einleitung
Im Rahmen des Projektseminars „Rationeller Energieeinsatz“ am Lehrstuhl für „Nachhaltige Energiekonzepte“ der Universität Paderborn wird die Thematik „Umweltbelastung und Ressourceneinsatz durch Mobilität“ erarbeitet. Die Arbeit unterteilt sich in zwei Hauptbereiche, den Personenverkehr und den Waren- und Rohstofftransport, die jeweils mit Fokus auf den Mobilitätsbedarf, den Energiebedarf und die Umweltbelastung betrachtet werden. Wie in Abbildung 1-1 zu sehen ist, wird beim Personenverkehr zum einen der vergangene, heutige und zukünftige Mobilitätsbedarf untersucht, zum anderen die Umweltbelastung sowie die Endlichkeit der Ressourcen in drei Bereiche unterteilt. Der Reihenfolge nach werden der Individualverkehr, der öffentliche Personenverkehr (ÖPV) und der Flugverkehr betrachtet. Der Waren- und Rohstofftransport wird ebenfalls hinsichtlich des vergangenen, heutigen und zukünftigen Mobilitätsbedarfs, der Umweltbelastung und der Endlichkeit der Ressourcen untersucht.

Abbildung 1-1: Thematische Aufgliederung der Projektarbeit (Eigene Darstellung)

Die schwindenden Ressourcen sind ein Grund für die technologischen Innovationen hinsichtlich der Effizienzsteigerung des Rohstoffverbrauchs der letzten Jahre. Da die Ressource Öl als primärer Energieträger für alle Kapitel gleichermaßen Betrachtungsgegenstand ist, wird dieser Kernaspekt nachfolgend erläutert. Um einen Bezug zur Endlichkeit der fossilen Brennstoffe zu bekommen, sind nachfolgend die Daten für den derzeitigen Bedarf (Gt / Jahr bzw. Billionen m³ / Jahr) bezogen auf die weltweiten absoluten Vorkommen (Reserven und Ressourcen) der Primärenergieträger angeführt (s. Abbildung 1-2). Als Reserven werden bereits erschlossene Vorkommen bezeichnet, die mit derzeitiger Technik gefördert werden können. Ressourcen hingegen sind Vorkommen, die wegen geographischen Gegebenheiten (Permafrost, Eisschollen etc.) aktuell nur sehr schwer zu erschließen, bzw. mit der Technik nicht rentabel gefördert werden können. Im Jahr 2008 nahm der jährliche Verbrauch an Erdöl mit 3,9 Gt den absolut höchsten Wert im Vergleich zu den beiden anderen Energieträgern ein. Unter Annahme eines linear steigenden jährlichen Bedarfswachstums von ≈ 2,96 % und eines vorhandenen Vorkommens von 260 Gt (Reserven und Ressourcen), muss in ca. 50 Jahren die 6

Versorgung der meisten Transportmittel, Privathaushalte und der Industrie mit Erdöl durch einen anderen Energieträger substituiert werden. Erdgas wird ausgehend vom heutigen Bedarf in ca. 400 Jahren verbraucht sein, wohingegen Kohle (Stein- und Braunkohle) selbst bei stark steigendem Verbrauch noch mehrere Jahrhunderte verfügbar sein wird. Somit ist die Energieversorgung bzgl. der fossilen Energieträger vorerst gesichert, allerdings ist die Umstellung des Bedarfs auf die anderen Energieträger nicht trivial. Die Herausforderung liegt unter anderem in der geringeren Energiedichte der Energieträger Steinkohle (71,9 %) und Erdgas (75,8 %) in Relation zum Erdöl. Es muss proportional, bei identischem Bedarf des Verbrauchers, mehr Masse des Energieträgers mitgeführt werden. Außerdem sind die technischen Prozesse des Verbrauchers zurzeit an flüssiges Erdöl angepasst, wodurch die anderen Energieträger nicht direkt eingesetzt werden können. [BGR10]

Abbildung 1-2: Vorkommen und Verbrauch von Erdöl, Erdgas und Kohle in 2008 [BGR10]

7

2 Mobilitätsbedarf für Personenverkehr
Personenverkehr bezeichnet im Allgemeinen die Beförderung bzw. den Ortswechsel von Menschen. Dieser Begriff kann in verschiedene Merkmalsformen unterteilt werden. Mögliche Zugänge zum Personenverkehr sind der Individualverkehr oder aber der öffentliche Verkehr, wie Bus und Bahn. Der Individiualverkehr lässt sich in den motorisierten Individualverkehr (MIV) (Autos und Motorräder) und in den nicht motorisierten Individualverkehr (NMIV) einteilen, der sich aus Fußgängern und Fahrradfahrern zusammensetzt. Neben einer weiteren Gliederungsmöglichkeit nach Verkehrsmitteln wie Straßen-, Schienen-, Flug- oder Schiffsverkehr existiert auch eine Unterteilung, die die Distanz des zurückgelegten Weges betrachtet. Die hier geläufigen Begriffe sind Nah- bzw. Fernverkehr, wobei die Unterscheidung auf keiner konkreten Kilometerzahl als Grenze beruht [WLG11-ol]. In Statistiken über Beförderungsleistungen im Personenverkehr werden, wie auch im Folgenden, Personenkilometer, das Produkt aus zurückgelegter Strecke und Anzahl an Reisenden, als wichtigste Kennzahl verwendet [APS11-ol]. In diesem Kapitel wird ein kurzer Rückblick auf die Entwicklung des Mobilitätsbedarfs und deren Grund gegeben, die aktuelle Situation ausführlich beschrieben und mögliche Entwicklungen und Veränderungen in der Zukunft erörtert.

2.1 Historische Betrachtung
Aufgrund des deutschen Wirtschaftswunders der Nachkriegszeit und durch den daraus resultierenden steigenden Wohlstand waren immer mehr Menschen in Deutschland in der Lage, sich das damalige Luxusgut Auto zuzulegen. Infolgedessen entstand ein massiver Anstieg des Individualverkehrs und die Massenmotorisierung begann. Im Jahr 1970 kamen etwa 170 PKW auf 1000 Einwohner (Abbildung 2-1, links). Dieser Wert stieg bis zum Jahr 2000 auf etwa 500 PKW pro 1000 Einwohner. Die Einwohnerzahl in Deutschland stieg in diesem Zeitraum jedoch nur minimal.
100,0 Anzahl PKW und Einwohnerzahl [Mio] 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 1970 1980 PKW 1990 2000 Einwohner 13,9 23,2 30,7 78,0 78,3 79,7 84,4 Verkehrsleistung [Mrd. Pkm] 1200 1000 800 600 400 200 0 1970 1980 1990 2000 484 730 604 42,8 1045

Abbildung 2-1: PKW-Pro-Kopf in D (links) [DES11b-ol], Verkehrsleistung [DES11b-ol]

Eine weitere Entwicklung, die auch den steigenden Mobilitätsbedarf erklärt, ist die Zunahme des Pendlerverkehrs. Die Menschen lebten früher in der Nähe Ihrer Arbeitsstätte, bzw. suchten diese nach ihrem Wohnort aus. In den folgenden Jahren zog es die Menschen immer mehr aus den Kernstädten ins Umland, die Arbeitsplätze wurden jedoch beibehalten. Laut einer Studie der TU Dortmund verlassen in großen Städten im Ruhrgebiet heutzutage etwa 40 % der Einwohner die Stadt, um die Arbeitsstätte aufzusuchen (Auspendlerrate), wohingegen die Rate 1970 nur 9 % betrug [RHP11-ol]. Die Einpendlerrate ist in etwa im gleichen Größenbereich anzusiedeln. Spitzenwerte in dieser Rubrik weisen Metropolen wie Frankfurt, Berlin oder Hamburg auf, deren Ein- und Auspendlerrate bei etwa 60 % liegt. 8

Das höhere Pro-Kopf-Einkommen, kürzere Arbeitszeiten und die Möglichkeit, weiter entfernte Ziele in kürzerer Zeit zu erreichen, begründete in der Vergangenheit auch eine signifikante Zunahme des Tourismus und Reiseverkehrs. Die Reiseintensität, definiert als der Anteil der über 14-Jährigen, die mindestens einmal im Jahr für mehr als 5 Tage verreisen, stieg von etwa 40 % (1960) auf über 75 % (Anfang 2000) an [RAI11-ol]. Die Urlaubsziele verlagerten sich stetig vom In- ins Ausland, was ebenso zu einem Anstieg der Verkehrsleistung führte. Um die entstandenen Kapazitäten decken zu können, wurde die Infrastruktur in der Vergangenheit massiv ausgebaut. Der Mobilitätsbedarf hatte zur Folge, dass sich die Gesamtlänge der Autobahnen zwischen 1960 und 1980 alle 10 Jahre verdoppelte. Im Jahr 2000 betrug die Länge der Autobahnen mit insgesamt 11515 km mehr als viermal so viel wie im Jahr 1960. Der Höhepunkt des Ausbaus von Autobahnen wurde in den 70er-Jahren mit jährlich etwa 400 km neu gebauten Autobahnen erreicht, während in den 90er-Jahren nur noch zwischen 60 und 120 km pro Jahr hinzukamen.
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Gesamtlanänge der Autobahnen in km 11515 8822 7292 4110,3 2551,2

1960

1970

1980

1990

2000

Abbildung 2-2: Entwicklung der Autobahnlängen in Deutschland [AUT07-ol]

Zwar haben Autobahnen einen relativ geringen Anteil an der Gesamtlänge aller befestigten Straßen in Deutschland, jedoch lässt sich dieser Trend auch bei Gemeindeoder Bundesstraßen erkennen und unterstreicht das rasante Wachstum des Individualverkehrs in Deutschland seit den 60er-Jahren.

2.2 Aktuelle Situation
Im Laufe der jüngsten Vergangenheit lässt sich aus Abbildung 2-3 eine stetige Zunahme der Verkehrsleistung im Personenverkehr erkennen, welche jedoch nicht gleichermaßen auf die verschiedenen Verkehrsmittel aufgeteilt ist. Der Luftverkehr verzeichnete im Zeitraum von 2000 bis 2010 den stärksten Zuwachs. Dieser Trend wurde zwischenzeitlich nur durch die Ereignisse des 11. Septembers 2001 [SCH11-ol] und durch die Finanz- und Bankenkrise 2008/2009 unterbrochen [KOE11-ol]. Im Zeitraum nach 2005 sorgten rückläufige Schülerzahlen für eine sinkende Verkehrsleistung des Öffentlichen Straßenpersonenverkehrs [BAH10-ol]. Im Bereich des Eisbahnverkehrs ist im Zeitraum von 2000 bis 2010 ein leichter Anstieg zu verzeichnen. Auch der MIV nimmt in diesem Zeitraum zu und stellt den insgesamt größten Anteil am Personenverkehrsaufwand. Dennoch deutet der Verlauf der letzten Jahre auf eine zumindest kurzfristige Stagnation des MIV hin. Dies zeigt sich darin, dass der Anteil des MIV am Gesamtverkehrsaufkommen seit 2000 gesunken ist. Die Verkehrsleistung verteilt sich nicht nur auf unterschiedliche Verkehrsmittel, sondern dient auch verschiedenen Fahrzwecken. Im Jahr 2007 entfiel der größte Anteil der durchgeführten Fahrten auf den Urlaubs- und Freizeitverkehr ( 9

Abbildung 2-4 - links). Ebenso liegt der Bereich des Berufs- und Ausbildungsverkehrs deutlich über den Werten für Einkaufsfahrten, Dienst- und Geschäftsreisen sowie Begleitfahrten [BVB10]. Die dargestellten Fahrzwecke lassen sich jedoch nicht auf die gesamte Bevölkerung projizieren, da Faktoren wie Haushaltstyp, Erreichbarkeit des Ziels, Bevölkerungsgruppenzugehörigkeit oder der Zeitpunkt der Fahrt, die Zwecke und die Verkehrsmittelwahl beeinflussen [MID08-ol]. So zeigt sich, dass Rentner ab 75 Jahren nur Freizeit-, Einkaufs- und Begleitfahrten erledigen. Im Gegensatz dazu verhalten sich bspw. selbständig Erwerbstätige anders. Bei ihnen ist die Anzahl der erledigten Wege im Vergleich zu allen anderen Gruppen am höchsten, wobei der Fokus der Fahrten auf den Dienst- und Geschäftsreisen liegt. Auch Auszubildende legen über 50 % ihrer Wege mit dem PKW zurück, was oftmals auf große Entfernungen zum Ausbildungsplatz zurückzuführen ist. Diese können selten mit dem ÖSPV angetreten werden und es entsteht eine gewisse Abhängigkeit zum Automobil [DIW05-ol].
1150 90

Verkehrsleistung in Mrd. Pkm

1100
1050 1000 950 900 850 800 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Motorisierter Individualverkehr Insgesamt

Verkehrsleistung in Mrd. Pkm

75 60 45

30
15 2000

Eisenbahnen ÖSPV Luftverkehr 2002 2004 2006 2008 2010

Abbildung 2-3: Anteil der Verkehrsträger an der Verkehrsleistung [ADA11-ol]

Ein ergänzender Einfluss auf die Fahrzwecke ergibt sich anhand der näheren Betrachtung von Wochentagen. Während werktags die Fahrzwecke relativ gleichverteilt sind, zeigt sich, dass am Wochenende der Freizeitverkehr stark zunimmt. Zwar ist die Quote der gesamten Verkehrsteilnehmer geringer, jedoch steigen dafür die Wegelänge und Wegedauer. Interessant ist hierbei, dass der Wegezweck „Begleitung“ während der gesamten Woche nahezu gleiche Werte aufweist [MID08-ol].
4,9% Begleitfahrten 13,6% 43,3% 16,6% Dienst- und Geschäftsreisen Einkaufsfahrten 2,6% 3,3% 5,0% 6,9% 6,8% MIV Eisenbahn ÖSPV Luftverkehr

21,6%

Beruf- und Ausbildungsverkehr
Urlaubs- und Freizeitverkehr

75,4%

Fahrradwege Fußwege

Gesamt : 1171,5 Mrd. Pkm, incl. nMIV

Gesamt : 1171,5 Mrd. Pkm

Abbildung 2-4: Aufteilung nach Fahrzweck (links) und Modal Split (rechts) 2007 [BVB10]

Bei Betrachtung des Modal Splits (Aufteilung der Verkehrsleistung nach Verkehrsmittel) fällt auf, dass die mit über 75 % dominierende Fortbewegungsart der MIV ist (

10

Abbildung 2-4, rechts). Die zuvor erwähnte Bevölkerungsgruppenzugehörigkeit beeinflusst ebenfalls die Wahl des Verkehrsmittels. Realisieren Rentner ab 75 Jahren ihre Fahrten etwa gleichverteilt auf die unterschiedlichen Verkehrsmittel, so sind Selbständige nahezu ausschließlich mit dem MIV unterwegs. Auf die gesamte Bevölkerung bezogen lässt sich erkennen, dass lediglich beim Ausbildungsverkehr der ÖSPV einen ähnlich hohen Anteil wie der MIV aufweist. Ein Vergleich des Luftverkehrsanteils mit dem Anteil des Bahnverkehrs zeigt, dass Flugreisen überwiegend für Urlaubsreisen verwendet werden. Im Gegensatz dazu wird der Eisbahnverkehr hauptsächlich für Freizeitreisen genutzt [DIW05-ol]. Diese Erkenntnis lässt sich damit belegen, dass nach Maurer [MAU00] die Bereitschaft für Flug-, Bahn- oder Autoreisen in Abhängigkeit zur Entfernung des Ziels steht. Je weiter ein Ziel entfernt ist, desto eher tendieren Menschen dazu, die Strecke mit einem Flugzeug zurückzulegen. Eine Umfrage des Verkehrsclubs Deutschlands e.V. ergab zudem, dass Menschen durch den Gebrauch von PKW gegenüber der Bahn mehr Flexibilität, kürzere Transportzeiten und höheren Komfort empfinden [VCD09-ol], was den hohen Anteil individueller Mobilität bestätigt.

2.3 Zukunftsprognose
Bei der Betrachtung der zukünftigen Entwicklung des Mobilitätsbedarfs für den Personenverkehr fällt vor allem auf, dass demographische und soziale Entwicklungen eine erhebliche Rolle spielen werden. Zur Demographieentwicklung in Deutschland gibt es verschiedene Studien, die weitestgehend alle eine Abnahme der Bevölkerung prognostizieren ([DES09-ol], [BBR07]). Der Studie des Bundesamts für Bauwesen und Raumordnung zu Folge, muss für den Zeitraum von 2004 bis 2025 mit einem Rückgang der Bevölkerung Deutschlands um 1 % gerechnet werden [BBR07]. Dabei würde die Anzahl der über 60-Jährigen um 26 % steigen, während die Anzahl der unter 18-Jährigen um 16,3 % sinken würde. Es ergäbe sich eine um 2,3 % erhöhte Anzahl an Menschen im fahrfähigen Alter, die den Bevölkerungsrückgang im Hinblick auf die Anzahl von Personen im Verkehr höchstwahrscheinlich kompensieren wird. Das BBR geht daher für diesen Wert von einem 0,1 %igen Wachstum pro Jahr aus. Jahr MIV Eisenbahn 2007 883,31 79,66 2025 1029,70 91,20 ∆% +16,6 +14,5 ÖSPV Luftverkehr 80,83 58,58 78,70 103,00 -2,7 +75,8 Fahrrad 30,46 29,00 -4,8 Zu Fuß 38,66 36,20 -6,4 Gesamt 1171,5 1367,8 +16,8

Tabelle 2-1: Anteilige Verkehrsleistung in Mrd. Pkm, 2007 [BVB10] und 2025 [BVU07-ol]

Im Gegensatz dazu muss die Verkehrsleistung jedoch genauer betrachtet werden, da hier, wie in Tabelle 2-1 zu sehen, ein größeres Wachstum prognostiziert wird [BVU07-ol]. Gründe für die erhöhte Gesamtverkehrsleistung können bspw. in der weiteren Zunahme der Globalisierung, der wachsenden Weltwirtschaft oder der Verbesserung von Technologien im Mobilitätsbereich gesehen werden. Weiterhin wird angenommen, dass der Trend aus den Großstädten in Vororte zu ziehen („Suburbanisierung“), ungebrochen weitergehen wird. Dadurch werden die Wege z.B. zu zentralen Versorgungseinrichtungen länger werden. [BVB05-ol] Tabelle 2-1 zeigt, dass die Verkehrsleistung des MIV ungefähr proportional zur Gesamtverkehrsleistung wachsen wird (vgl. auch Abbildungen 11

Abbildung 2-4 und Abbildung 2-5). Diese Steigerung ist vor allem darauf zurückzufüh-

ren, dass weitere Strecken zurückgelegt werden können und müssen. Des Weiteren kann davon ausgegangen werden, dass durch zusätzliche Verbesserung des Gesundheitssystems ältere Menschen länger mobil bleiben und am Straßenverkehr teilnehmen können ([BVB05-ol], [MID08-ol]). Einige Experten sind außerdem der Meinung, dass die Lust bzw. der Spaß am Fahren einen starken Einfluss auf die Verkehrsleistung des MIV haben wird [BVB05-ol]. Das Fahren mit dem eigenen Auto oder Motorrad wird in diesem Sinne weiterhin mit Freiheit und Flexibilität verbunden und die resultierende Umweltbelastung eher vernachlässigt. Auch bei der Eisenbahn wird, wie in Tabelle 2-1 zu sehen ist, ein proportionaler Anstieg der Verkehrsleistung prognostiziert. Technische Verbesserungen der Hochgeschwindigkeitszüge und –gleise werden zu einer Erhöhung der zurückgelegten Strecken beitragen. Der Fernverkehr wird attraktiver [BVU07-ol]. Tabelle 2-1 und die Abbildungen
Abbildung 2-4 und Abbildung 2-5 zeigen ebenso, dass die Verkehrsleistung des ÖSPV

im Vergleich zu 2007 stark an Wichtigkeit verliert. Ein wichtiger Grund für diese Entwicklung kann in der Abnahme der Zahl der unter 18-Jährigen gesehen werden, die für Ausbildungsfahrten hauptsächlich den ÖSPV nutzen.
7,5% 5,8% 6,7% 2,1% 2,6% MIV Eisenbahn ÖSPV

Luftverkehr
75,3% Fahrradwege Fußwege Gesamt: 1367,8 Mrd. Pkm

Abbildung 2-5: Modal Split 2025 nach [BVU07-ol]

Weiterhin wird „[…] die relativ zum Auto recht hohe Inflexibilität und der damit verbundene hohe Planungsaufwand“ [BVB05-ol] als Nachteil angesehen. Auch der Trend der Suburbanisierung kann den ÖSPV negativ beeinflussen, denn je dichter Menschen zusammen leben, desto leichter ist es sie untereinander bzw. mit Versorgungseinrichtungen zu verbinden. Auch deshalb wird der Fahrrad- und Fußverkehr an Wichtigkeit verlieren. Die größte anteilige Steigerung der Verkehrsleistung wird auch in den kommenden Jahren für das Flugzeug prognostiziert [BVU07-ol]. In Zukunft wird es wahrscheinlich noch leichter für Normalverdiener sein, weit entfernte Urlaubsziele zu erreichen. Auch die verstärkte Zusammenarbeit global operierender Unternehmen könnte dazu führen, dass Mitarbeiter mobiler sein müssen. Eine wichtige Rolle für das weitere Wachstum werden dabei die Low Cost Carrier spielen [BVB05-ol]. Gerade auf innerdeutschen Strecken ist dabei ein starker Konkurrenzkampf mit der Eisenbahn abzusehen. Bei der Analyse der Entwicklung des Mobilitätsbedarfs ist es wichtig auch den Zweck der Mobilität zu betrachten. Eine höhere Anzahl an Menschen im Rentenalter führt z.B. zu einem Rückgang der Fahrten zur Arbeit und einer Steigerung der Privatfahrten. Der Bedarf der Mobilität wird sich also stärker über den ganzen Tag verteilen 12

[BVB05-ol]. Für Urlaube und Geschäftsreisen wird jeweils ein 2 %iges Wachstum prognostiziert, das größtenteils vom Flugverkehr aufgefangen wird [BVU07-ol]. Auf Basis der gezeigten Daten ist ein weiterer Ausbau der Infrastruktur unabdingbar. Hier besteht in Deutschland ein starker Nachholbedarf. Betrachtet man die Verkehrsprognose 2015 vom Bundesministerium für Verkehr Bau- und Wohnungswesen (Basisjahr 1997) [BVB01-ol], die als Grundlage für die aktuelle Bundesverkehrswegeplanung bis 2015 genutzt wird, wird deutlich, dass das Wachstum der Gesamtverkehrsleistung stark unterschätzt wurde. So ging man bspw. im „Integrationsszenario“ für 2015 von einer Verkehrsleistung im MIV von 872,7 Mrd. Pkm aus [BVB01-ol], wohingegen 2004 dieser Wert mit 887,4 Mrd. Pkm schon übertroffen wurde [BVU07-ol]. Auch in Bezug auf Flughäfen müssen die Kapazitäten enorm ausgebaut werden um die gesteigerte Nachfrage abdecken zu können. Der Frankfurter Flughafen hatte tagsüber in den Sommermonaten 2006 (26. März bis 28. Oktober) bspw. eine Auslastung von 96 % [DLR08]. Zur Abschwächung infrastruktureller Engpässe und Förderung der gleichmäßigen Verteilung von Verkehrsmitteln werden verschiedene Konzepte diskutiert. Eines dieser Konzepte ist die Intermodale Verknüpfung. Dabei wird davon ausgegangen, dass, wenn die verschiedenen Verkehrsmittel besser miteinander kombinierbar wären, man eine für sich optimale Transportkette erstellen könnte, die die Vorteile der jeweiligen Verkehrsmittel beinhaltet und die Nachteile kompensiert [ZUM05]. Bestünde also die Möglichkeit an einem beliebigen Bahnhof ein Fahrrad zu leihen, könnte damit zur nächsten ÖSPV Haltestelle gefahren werden um anschließend den Weg im Bus fortzusetzen. Das Fahrrad müsste dann als ein Service vom Bahnunternehmen wieder von der Haltestelle abgeholt werden.

3 Umweltbelastungen und Endlichkeit der eingesetzten Energieträger im Individualverkehr
3.1 Einleitung
Der motorisierte Individualverkehr (MIV) hat neben seinem Nutzen auch negative Folgen für die Umwelt. Zum einen stehen die benötigten Treibstoffe nur in endlicher Menge zur Verfügung. Zum anderen steigt pro zusätzlich beförderte Person im Verkehr der Anteil der Schadstoffe, der Lärmemissionen und der Treibhausgase an. Deshalb müssen Lösungen gegen die Schadstoffbelastung sowie Ersatztreibstoffe gefunden werden. [Ott-ol]

3.2 Fahrzeugaufkommen und Häufigkeit der eingesetzten Antriebsarten
Individualverkehr ist eine Verkehrsart, die aus MIV und aus nicht motorisiertem Individualverkehr (nMIV) besteht. [WIR09-ol] Die im Jahr 2007 vom Umweltbundesamt veröffentlichten Daten zeigen, dass der Individualverkehr (MIV 75,4 % und nMIV 5,9 %) mit 81,4 % den größten Anteil am Personenverkehrsaufwand bildet. Darauf folgen der öffentliche Straßenpersonenverkehr (ÖSPV) mit 6,9 %, der Schienenverkehr mit 6,8 % und der Flugverkehr mit 5,0 % (vergleiche Abbildung 3-1).

13

ÖSPV 6,9 Fahrradverk. 2,6 Fußwege 3,3 Luftverk. 5 ÖSPV Schienenverk. 6,8

Schienenverkehr
MIV 75,4 Luftverkehr MIV Fußwege Fahrradverkehr

Abbildung 3-1: Anteil des MIV am gesamten Verkehr im Jahr 2007 nach [BVB10]

Diese Daten zeigen, dass der motorisierte Individualverkehr bezogen auf den gesamten Personenverkehr die größte Rolle spielt. Der MIV teilt sich in 83,3 % Personenkraftwagen (PKW), 4,7 % Lastkraftwagen (LKW) und 12 % Sonstiges (Motorräder, Nutzfahrzeuge (NFZ), sonstige KFZ) [PER05-ol]. Im Folgenden werden daher ausschließlich PKW betrachtet. Diese werden nach Kraftstoffarten unterschieden. Die Angaben des Kraftfahrt-Bundesamts sind in folgender Grafik dargestellt (vgl. Anhang Tabelle -2). Wie Abbildung 3-2 zu entnehmen ist, bildet Benzin mit 73 % den größten Anteil, gefolgt von Diesel mit 26 % und 1 % Gas. Die alternativen Antriebstechniken haben sich auf dem Markt bisher noch nicht etabliert. Insbesondere ist die Anzahl Elektroautos sehr gering. Von 41,74 Mio. PKW in Deutschland am 1.Januar 2010 sind nur rund 1600 Elektroautos. Die Bundesregierung hat das Ziel bis 2020 diese Zahl um eine Million zu erhöhen. [TAG10-ol]

Benzin Diesel 26% Gas 1% Hybrid 0,029 Benzin 73% Strom ~0% Sonst. Kraftstoffe ~0% Diesel Gas Hybrid Strom Sonst. Kraftstoffe

Abbildung 3-2: Bestand an Personenkraftwagen nach Kraftstoffarten im Jahr 2010 nach [KBA09a-ol]

Wie in 3-3 zu sehen ist, hat der Anteil an Fahrzeugen, die mit Flüssiggas betrieben werden den stärksten Anstieg zu verzeichnen. Hingegen ist der Anstieg von hybridund elektrobetriebenen Fahrzeugen moderat, was sich gegenwärtig vermutlich auf die schlechte Verfügbarkeit und die hohen Anschaffungskosten dieser Antriebssysteme zurückführen lässt.

14

450.000 400.000 350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Flüssiggas Erdgas Elektro Hybrid sonstige Kraftstoffarten

Abbildung 3-3: Die Entwicklung der alternativen Kraftstoffarten bei Personenkraftwagen nach [KBA09b-ol]

3.3 Energieverbrauch des MIV
Da der Anteil des nMIV gerade mal 5,9 % des gesamten Verkehrsaufkommens ausmacht und die Umweltverträglichkeit hierbei kaum eine Rolle spielt, wird hier speziell der MIV betrachtet. Um gute Vergleichsmöglichkeiten heranzuziehen wird das Jahr 2006 betrachtet (vergleiche Abbildung 3-4). Der MIV-Anteil am gesamten Straßenverkehr beträgt 91,5 %. [UBA09-ol] Der gesamte Energieverbrauch des Personenverkehrs beläuft sich auf 2192,3 Mrd. MJ Davon wurden 1756,4 Mrd. MJ im Straßenverkehr verbraucht und somit 1607,1 Mrd. MJ im MIV. Daraus resultiert, dass der MIV einen anteiligen Energieverbrauch von 73,3 % am gesamten Personenverkehr hat. [PER05-ol] Mit den bisher ermittelten Zahlen muss auf die Endlichkeit der hier benötigten Rohstoffe im Verkehr hingewiesen werden. Die kommenden Resultate sind die Basis auf die sich andere Gruppen beziehen um einen Vergleich zum MIV zu ziehen.

8,5% 26,7% 1756, 4 Mrd. MJ 91,5% MIV Sonstiger Straßenverkehr 2192,3 Mrd. MJ MIV

Sonstiger Personenverkehr (Flugzeug, Zug…)

73,3%

Abbildung 3-4: Energieverbrauch des motorisierten Straßenverkehrs (links), Energieverbrauch des motorisierten Gesamtpersonenverkehrs (rechts), nach [PER05-ol]

Ende 2009 belief sich die Reserve von Erdöl als Energierohstoff weltweit auf 23,9 %, Erdgas 18,7 %, Kernbrennstoffe wie Uran auf 4,2 % (vergleiche Abbildung 3-5). Die restlichen Ressourcen wie Kohle werden später betrachtet. Hierbei sei erwähnt, dass die für die Transportmittel relevanteste Ressource das Erdöl darstellt. Der verblei15

bende Anteil Erdöl ist zu unterscheiden in konventionelles Erdöl 16,9 % und unkonventionelles Erdöl 7,0 %.
Erdöl 18,7 4,2 Erdgas Kernbrennstoffe Kohle

23,9 53,2

Abbildung 3-5: Reserven gemessen in Exajoul (EJ) im Jahr 2009 [BGR-ol]

Konventionelles Erdöl ist Erdöl, welches aufgrund der geographischen Lage leicht zu fördern ist. Unkonventionelles Erdöl, wie Ölsand und Ölschiefer unterscheidet sich dadurch, dass dies mit hohem Arbeitsaufwand zu Tage gebracht werden muss. [BGR-ol] Da die Ölreserven schwinden, müssen alternative Treibstoffe genutzt werden. Beispiele für alternative Kraftstoffe sind Biodiesel, Raps-, Palmöl, Bioethanol, Strom und Wasserstoff. Palmöl ist ein Öl, welches aus dem Fruchtfleisch der Ölpalme gewonnen wird. Da die Palmenplantagen riesige Flächen benötigen und die Flächen dadurch geschafft werden indem Urwälder gerodet werden, entstehen neue ökologische Probleme. Beispielsweise entstehen durch die Ölgewinnung in Ölmühlen große Mengen an Abwasser und anderen Emissionen. Fäulnisprozesse setzen Methan frei, welches noch ungenutzt als Treibhausgas in die Atmosphäre entweicht und das Ozon angreift. [POEXX-ol]. Ähnlich wie beim Palmöl ist Ethanol ein Teil eines natürlichen Kreislaufes. Bei der Verbrennung von Bio-Ethanol wird CO2 freigesetzt. Bio-Ethanol wird aus Biomasse gewonnen. Der Kreislauf besteht nun darin, dass die Nutzpflanze mittels Sonnenergie durch chemische Prozesse CO2 in Zucker umwandelt und Sauerstoff produziert. [E85-ol] Der hier bekannte Treibstoff E10, also mit einem Gemisch von 10 % Bioethanol und 90 % Benzin, ist in Amerika und Brasilien weit verbreitet. Die Vermarktung von E10 hat in Deutschland nicht funktioniert. Je höher der Ethanol Anteil ist, desto unverträglicher ist er für unmodifizierte Motoren. Zudem brauchen reine Ethanolmotoren ein Kaltstartsystem. Wasserstoff ist ein Alternativelement, welches als Treibstoff für Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen benutzt werden kann. Probleme sind jedoch Transport und Speichermöglichkeiten von Wasserstoff. Aus diesem Grund gibt es die Idee, Ethanol für den Transport zu nutzen und anschließend mit Hilfe einer Katalyse in Wasserstoff und Kohlendioxid zu trennen um dann den Wasserstoff in eine Brennstoffzelle zu überführen. Eine andere Möglichkeit besteht darin die Brennstoffzelle direkt mit Ethanol zu speisen. [HYD99-ol]

3.4 Entstehende Umweltbelastung durch den MIV
Durch den wachsenden MIV entstehen vielfältige Umweltbelastungen. Zum einen steigt der benötigte Flächenverbrauch für die Infrastruktur, zum anderen steigen die Lärmemissionen. Werden jedoch die direkten Schäden betrachtet, so stellen vor allem die durch den Einsatz von herkömmlichen Verbrennungsmotoren entstehenden Abgase das Hauptproblem dar. Sie tragen zum Klimawandel bei und führen zur Bil16

dung von Ozon und zur Entstehung von „saurem Regen“. Daher soll hier vor allem die Luftverschmutzung betrachtet werden. Der Individualverkehr in Deutschland macht mit ca. 80 % den Großteil des gesamten Verkehrsaufkommens aus. Dieser hat daher großen Einfluss auf die durch Mobilität entstehenden Emissionen. Dabei werden ca. 121,5 Mio. Tonnen CO2 pro Personenkilometer allein durch den motorisierten Individualverkehr verursacht. [UBA09-ol] Die Luft wird durch den Einsatz von konventionellen Verbrennungsmotoren, egal ob Diesel- oder Ottomotor, mit Schadstoffen belastet. Die im Abgas enthaltenen Schadstoffe eines Verbrennungsmotors setzen sich wie folgt zusammen:

CO2 NOx VOC Partikel

120,23 0,22 0,09 0,01

Abbildung 3-6: Durchschnittliche Emissionen eines PKW im Jahr 2006 in g/ Pkm nach [UBA09-ol]

An Abbildung 3-1 wird deutlich, dass Kohlendioxid (CO2) den Hauptteil der Schadstoffemissionen ausmacht, gefolgt von den flüchtigen organischen Kohlenstoffverbindungen (VOC), Stickoxiden (NO x) und Partikeln. Der Ausstoß des Treibhausgases CO2 führt hauptsächlich zur globalen Erwärmung. Obwohl die Anteile für die flüchtigen Kohlenstoffverbindungen und Stickstoffoxide sehr gering sind, sind diese jedoch extrem schädlich für Mensch und Umwelt. Aufgrund von Neuerungen im Bereich der Automobiltechnik zum Zwecke der Emissionsreduktion, beispielsweise der Einsatz von bleifreiem Benzin, Katalysatoren sowie der Optimierung der Motoren hinsichtlich des Verbrauchs, können mittlerweile die Grenzwerte von Kohlenmonoxid, Blei und Schwefeldioxid eingehalten und teils sogar unterschritten werden. Hierdurch wird das Auftreten von saurem Regen seltener. Allerdings verkürzen Feinstaub (Partikel) und bodennahes Ozon (Vorläufersubstanzen bilden NOx und VOC) und Stickstoffdioxid (NO2) die Lebenserwartung heute noch um neun Monate. [VER07] Da Benzin, Diesel und Erdgas die hauptsächlich verwendeten Kraftstoffe darstellen wird der Schadstoffausstoß dieser Antriebsarten im Folgenden vergleichen (vergleiche Abbildung 36).

17

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

100

95,5 86,6

100

100 88,4 78,9

67,1 9,9 1,2 9 2,9 0,4 4,7 0,4

CO2
Nox Partikel

Abbildung 3-7: Vergleich der Emissionen verschiedener Antriebsarten in Prozent [EMP07]

Dem Diagramm ist zu entnehmen, dass Dieselfahrzeuge bezüglich ihres CO 2 Ausstoßes zwar vorteilhafter für die Umwelt sind, allerdings sind die Stickoxidemissionen wesentlich höher als bei Diesel- und Benzinfahrzeugen. Werden als Treibstoff alternative bzw. nachwachsende Rohstoffe verwendet, so hat dies positive Auswirkungen auf die CO2-Bilanz. Hier muss jedoch das „Well to wheels“ - Verhältnis für die Gesamtumweltbilanz betrachtet werden. Also der Weg von der Rohstoffquelle bis zu den Rädern. In den heutigen Verfahren zur Gewinnung regenerativer Treibstoffe wird ausschließlich das Öl einer Pflanze verwendet. Dies resultiert in einer schlechten Ausbeute. Die synthetische Herstellung, auch Biomass to Liquid (BTL) genannt, hat hier Vorteile. Bei diesem Verfahren wird die gesamte Pflanze zu Treibstoff verarbeitet. Dieses Verfahren ist jedoch noch nicht marktfähig. In Abbildung 3-7 werden die CO2-Äquivalente von verschiedenen heute verfügbaren regenerativen Treibstoffen verglichen. [VER07]
CO2 Emissionen in kg/kg Dieselkraftstoffäquivalent

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

16,6

3,7 1,8 1,3

fossiler Diesel

RME

Bioethanol

PME

Abbildung 3-8: CO2 Äquivalente regenerativer Treibstoff [VER07]

Es ist ersichtlich, dass der Einsatz von Rapsölmethylester (RME) und Bioethanol rund die Hälfte der Emissionen einsparen, die sonst durch die Verwendung von 1 kg von fossilem Diesel verursacht würden. Die schlechte CO 2 Bilanz bzgl. des Palmmethylester (PME) lässt sich auf die Rodung des Regenwaldes zurückführen. Diese hat negative Auswirkungen auf die „Well to wheels“ - Bilanz.

18

Im Diagramm der Abbildung 3-8 werden die emittierten Schadstoffe des Individualverkehrs mit denen des sonstigen Verkehrs (Bus, Bahn) bezogen auf Personenkilometer verglichen.

60 50

Anteil in %

56 30 46 24 20 24 45

47

40 30 20 10

8 ÖPNV - Schiene ÖPNV - Bus CO2 Individualverkehr NOx Partikel

0

Abbildung 3-9: Vergleich Schadstoffemissionen Verkehrsmittel nach [UBA09-ol]

Es wird deutlich, dass der Individualverkehr die Umwelt bezüglich des ausgestoßenen Kohlendioxides pro Personenkilometer mehr belastet als Bus oder Bahn. Der Ausstoß an schädlichen Stickoxiden ist jedoch beim Linienbus auffällig hoch, da ein Großteil der Linienbusse mit Dieselkraftstoff fährt und damit eine erhöhte Menge an Stickoxiden ausgestoßen wird. Um die Luftqualität innerhalb von Großstädten zu verbessern, wurden im Jahr 2006 Regelungen bezüglich des Abgasausstoßes eines Fahrzeugs eingeführt. In der Luft dürfen an maximal 35 Tagen im Jahr mehr als 50 Mikrogramm Feinstaub pro Kubikmeter vorhanden sein. Durch die Regelung soll auch der Ausstoß anderer gefährlicher Abgase vermindert werden. Seit 2006 werden Autos in Gruppen eingeteilt. In Abhängigkeit der ausgestoßenen Menge des Treibhausgases CO2 dürfen PKW nicht mehr in Großstädten benutzt werden. [KUL11-ol]

3.5 Fazit
Bedeutend für die Endlichkeit der Rohstoffe, sowie die Umweltbelastung durch den Individualverkehr, ist vor allem der MIV. Mit einem Anteil von 75,4 % trägt dieser maßgeblich zum Verkehrsaufkommen bei. Benzin- und Dieselkraftstoffe haben mit 99 % heute den größten Anteil an den verwendeten Treibstoffen im MIV. Der MIV ist damit von der ständigen Verfügbarkeit dieser Treibstoffarten abhängig. Da die Energiereserven verknappen und die Umweltbelastung ansteigt, müssen in naher Zukunft Alternativen gefunden werden. Hier bieten sich nachwachsende Rohstoffquellen als Alternativen an. Zum Beispiel Palm-, Rapsöl oder Bio-Ethanol. Bei Verwendung dieser Treibstoffe ist zwar die CO2-Bilanz günstiger, für einen objektiven Vergleich muss jedoch das „Well to wheels“ - Verhältnis betrachtet werden.

19

3.6 Anhang
Benzin Diesel Flüssiggas (LPG) Erdgas (CNG) Elektro Hybrid sonst.Kraftstoffe * Gesamt Pkw
Tabelle 3-2:

2005 36,26 9,07 0,013 0,022 0,004 0,002 0,0004 45,37 Mio

2006 35.92 10,09 0,041 0,031 0,003 0,006 0,001 46,09 Mio

2007 35,59 10,82 0,098 0,043 0,002 0,011 0,001 46,57 Mio

2008 30,91 10,05 0,162 0,052 0,001 0,017 0,001 41,19 Mio

2009 30,64 10,29 0,306 0,061 0,001 0,022 0,0009 41,32 Mio

2010 30,45 10,82 0,369 0,069 0,002 0,029 0,002 41,74 Mio

2011 30,49 11,27 0,419 0,072 0,002 0,037 0,017 42,31 Mio

Bestand an Personenkraftwagen nach Kraftstoffarten im Jahr 2010 nach [KBA09-ol]

*Sonstige = Kraftstoffarten Vielstoff, Wasserstoff, Wasserstoff/Benzin, Brennstoffzellen sowie unplausible Angaben.

4 Öffentlicher Verkehr
4.1 Einleitung
Der öffentliche Verkehr setzt sich aus den Bereichen Bahn, Bus, Schiff und Luftfahrt zusammen. Ambrosius definiert den öffentlichen Verkehr als „Verkehrsdienstleistungen, die für jedermann zugänglich sind, insbesondere die des öffentlichen Gütertransports und der öffentlichen Personenbeförderung“ [Amb07]. Das wichtigste Merkmal des öffentlichen Verkehrs ist die allgemeine Zugänglichkeit. Daraus resultiert eine Beförderungs- und Transportpflicht. [Amb07] Der folgende Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem öffentlichen Personenverkehr. Es wird die Umweltbelastung im Bahn-, Bus- und Schifffahrtsverkehr untersucht. Der Bereich Luftfahrt wird in Kapitel 5 bearbeitet. Der Verkehr verursacht erhebliche Umweltbelastungen, die durch CO 2- Emissionen, Luftverschmutzungen, Lärmbelästigungen, Flächenverbrauch und hohen Energieverbrauch gekennzeichnet sind, welche auch als externe Kosten bezeichnet werden [Mu07]. Dies sind „Kosten, die zwar durch einzelwirtschaftliches Handeln entstehen, aber von der Allgemeinheit bzw. Dritten getragen werden“ [Gab11-ol].

4.2 Beförderte Personen
Im Jahr 2010 fanden in Deutschland insgesamt 68 Mrd. Personenbeförderungen statt. Davon entfallen 57 Mrd. Beförderungen auf den Individualverkehr, dieser stellt somit den mit Abstand größten Faktor dar. Die restlichen 11 Mrd. Beförderungen teilen sich auf die öffentlichen Verkehrsmittel auf.

20

12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

1,2%

Beförderte Personen Fernverkehr 98,8% Beförderte Personen Nahverkehr Beförderte Personen Gesamtverkehr

Abbildung 4-1: Beförderte Personen in Milliarden im Jahr 2010 nach [Ver11]

Wie Abbildung 4- zu entnehmen ist, entfallen 98 % der öffentlichen Beförderungen auf den Liniennah- und Linienfernverkehr, weshalb dieser genauer untersucht wird. Der Schifffahrtsverkehr wird im Folgenden aufgrund des geringen Anteils an der Beförderungsmenge nicht weiter untersucht. Den prozentualen Angaben in Abbildung 4-2 und 4-3 entsprechend, setzte sich der Linienverkehr aus den Personenbeförderungen von Bus (5,2 Mrd.), Straßenbahn (3,1 Mrd.) und Eisenbahn (2,4 Mrd.) zusammen. Da mit Bus und Straßenbahn meist kurze Wege innerhalb einer Stadt zurückgelegt werden, liegt der prozentuale Anteil dieser Verkehrsmittel (52,5 Mrd. Personenkilometer) deutlich unterhalb der mit der Bahn zurückgelegten Personenkilometer (83,0 Mrd. Personenkilometer). [Ver11]

22,2%

26,7%

10,7 Mrd.
29,0%

Bus 48,8% Straßenbahn Eisenbahn 61,3%

135 Mrd. Pkm
12,0%

Bus Straßenbahn Eisenbahn

Abbildung 4-2: Beförderte Personen im Linienverkehr in 2010 [Ver11]

Abbildung 4-6: Personenkilometer im Linienverkehr in 2010 [Ver11]

4.3 Energieträger
Bei den öffentlichen Verkehrsmitteln wird ein breiter Mix von Energieträgern eingesetzt. 21

Im Schienenverkehr, speziell bei der Deutschen Bahn, werden als Energieträger Strom und Diesel eingesetzt. Die deutsche Bahn verbraucht jährlich 16 Terrawattstunden (TWh) Energie. Dies entspricht ungefähr der Menge, die im Großraum Berlin jährlich verbraucht wird. Derzeit werden ca. 50 % des Stroms noch aus fossilen Brennstoffen (Kohle, Öl, Gas) erzeugt, die endliche Energiequellen darstellen. Dies hat zur Folge, dass in den nächsten Jahrzehnten die endlichen Energiequellen schrittweise substituiert werden sollen. Laut Aussage der Deutschen Bahn sollen im Jahr 2050 die Züge ausschließlich mit erneuerbaren Energien fahren. Derzeit nimmt der Anteil von erneuerbaren Energien noch einen Anteil von ca. 20 % ein. Der Atomstrom macht einen Anteil von 22 % aus. [Kir11-ol] Die Endlichkeit des Hauptrohstoffes Erdöl ist in der Einleitung des Projektberichtes erläutert worden. Des Weiteren wird noch ein Teil der Triebwagen der Deutschen Bahn mit Diesel angetrieben. Dieseltriebwagen werden hauptsächlich auf ländlichen Strecken eingesetzt, wo keine Oberleitungen angebracht sind. Im Bereich der Straßen- und U-Bahnen wird ausschließlich auf Strom als Energiequelle für den Antrieb gesetzt. Im Buslinienverkehr wird hauptsächlich Diesel als Treibstoff eingesetzt, selten wird auch Strom als Energiequelle genutzt. In naher Zukunft ist ein starker Ausbau der Hybridbusse geplant. [BMU11-ol]

4.4 Umweltbelastung
Laut verschiedener Studien ist seit mehreren Jahren ein steigendes Verkehrsaufkommen zu beobachten. Verkehr leistet einen wesentlichen Beitrag zur Belastung der Umwelt. Von allen Umweltbelastungen durch den Verkehr lassen sich speziell für die eingesetzten Energieträger drei Kategorien ableiten. Dies sind der Verbrauch von Energieträgern und Rohstoffen, die Klimaerwärmung durch CO2-Ausstoß, die Luftverschmutzung durch Stickstoff- und Feinstaub-Emissionen [Müll07]. Verbrauch Zum Antrieb der Verkehrsmittel wird sogenannte Endenergie benötigt. Zur Bereitstellung der Endenergie muss ebenfalls Energie aufgewendet werden. Dies ist Energie, die bei der Förderung der Primärenergieträger benötigt wird sowie beim Transport und der Umwandlung der Primärenergie in Kraftwerken und Raffinerien. Als Primärenergieverbrauch wird die Summe dieser beiden Energien bezeichnet. Dieser liegt im Personenverkehr von Deutschland bei 2192,3 Mrd. MJ. Davon entfallen 26,7 % (584,9 Mrd. MJ) auf den öffentlichen Personenverkehr. [Dzv09] Dieser Verbrauch lässt sich weiter auf die Öffentlichen Verkehrsmittel aufteilen, siehe Abbildung 4-.

22

25,5%

19,1%

584,9 Mrd. MJ

Schienenverkehr Luftfahrt Straßenverkehr

55,4%

Abbildung 4-4:

Aufteilung der Energieverbräuche des öffentlichen Personenverkehrs nach [Dat09]

Um die Öffentlichen Verkehrsmittel untereinander vergleichen zu können, wird die Einheit Personenkilometer verwendet. Diese berechnet sich aus der Multiplikation von der Anzahl an beförderten Personen und der gefahrenen Kilometer. Hierbei ist auch die Auslastung der Verkehrsmittel berücksichtigt. Die für diese Berechnung herangezogenen Daten für die Auslastung liegen bei 1,2 Personen pro PKW und 20 bis 25 % Auslastung der öffentlichen Verkehrsmittel. [Ind11-ol] Der Energieverbrauch pro Personenkilometer ist für die betrachteten Verkehrsmittel in Abbildung 4-5 dargestellt.
Flugzeug Reisebus Linienbus Straßenbahn, U-Bahn

Bahn-FV-Diesel
Bahn-FV-E Bahn-NV-Diesel Bahn-NV-E Auto 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Abbildung 4-5:

Energieverbrauch im Jahr 2011 pro Personenkilometer (kJ/ Pkm) nach [Ind11-ol]

Emissionen Sowohl direkt bei der Verbrennung der fossilen Energieträger, als auch indirekt bei der Erzeugung und Bereitstellung der Energieträger, die auch als „Vorkette“ bezeichnet werden, werden als Nebenprodukt auch Schadstoffe in die Umwelt freigesetzt [DZV09a]. Diese resultieren vor allem aus Kohlenstoffdioxid (CO 2), Stickstoffoxid (NOx) und Methan (CH4) [UmwStud09a]. Da CO2 im Verkehr den größten Treibhauseffekt erzeugt, gehört es zum wichtigsten von Menschen erzeugten Treibhausgasen. [UFPSt10a] [USt09a] Um öffentliche Verkehrsarten in Abhängigkeit von der Belastung der Umwelt ordnungsgemäß vergleichen zu können, werden die Umwelteinwirkungen eines Ver23

kehrssystems unter Beachtung durchschnittlicher Auslastung der Fahrzeuge betrachtet und als Einheit wird Gramm pro Personenkilometer verwendet [USt09b]. Einen genaueren Überblick über die Schadstoff- und Partikelemissionen bietet die Abbildung 4-.

Abbildung 4-6: Schadstoffemissionen im öffentlichen Verkehr im Jahr 2006 [DZV09b]

Die Spitzenstellung des CO2-Ausstoßes nimmt der Eisenbahn-Nahverkehr ein, gefolgt vom Linienbus und Metro/Tram. Die geringsten Werte liegen bei den Reisebussen und dem Eisenbahn-Fernverkehr vor. Die Ursache der höheren KohlendioxidEmission bei dem Nahverkehr ist ein höherer Treibstoffverbrauch innerorts. Die Gründe dafür sind zum einen „schlechterer Motorwirkungsgrad bei tiefer Drehzahl“ [UFPSt10b] und zum anderen ständiges Stoppen an Haltestellen und Ampeln. Eine besondere Bedeutung haben auch Stickstoffoxid-Emissionen, da sie eine Reihe verschiedener Umweltschäden mit sich bringen. Dazu gehören Beeinträchtigungen von Atemorganen, Entstehung von saurem Regen, bodennahem Ozon, des Sommersmogs und außerdem der Beitrag zur Bildung sekundärer Partikel [UFPSt10c]. Die Relation bei dem NO x-Ausstoß sieht nach Streckenfahrt im Vergleich zu CO2Ausstoß zwar ähnlich aus, es sind jedoch Unterschiede zu erkennen. Sowohl Linienals auch Fernverkehrsbusse haben einen mehr als doppelt so großen NO x-Ausstoß im Vergleich zum Schienenverkehr. Dies liegt zum einen an der Antriebsart (Diesel 24

vs. Elektro) und zum anderen an der Verwendung von Oxidationskatalysatoren bei Bussen [HNOVort08]. Die Partikelbildung aus Verbrennungsprozessen ist eine weitere Art der Luftverschmutzung. Der Durchmesser des Feinstaubs beträgt dabei generell ca. 2,5 Mikrometer. Die Partikel werden beim Ausstoß nicht sofort auf den Boden abgesetzt und befinden sich in der Außenluft. Diese toxischen Emissionen sind sehr gesundheitsgefährdend und verursachen Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Probleme [UFPSt10d]. Der Busverkehr verursacht dabei die größten Partikel-Emissionen. Das liegt hauptsächlich daran, dass die Busse vorwiegend durch Diesel-Motoren angetrieben werden.

4.5 Fazit
Der öffentliche Verkehr stellt einen wichtigen Beitrag zur Mobilität der Menschen dar und hat einen negativen Einfluss auf die Umwelt. Diese Umweltbelastung im Verkehr hängt sehr stark von den eingesetzten Energieträgern ab. Dies sind im öffentlichen Verkehr hauptsächlich Diesel und Strom. Die Endlichkeit von Diesel ist begründet durch das vorhandene Ölvorkommen. Bei der Stromerzeugung wird derzeit ein Mix aus regenerativen, fossilen und nuklearen Energieträgern verwendet, wobei jedoch in den nächsten Jahrzehnten der Anteil von regenerativen Energieträgern ausgebaut wird. Zusammenfassend ist zu sagen, dass der öffentliche Verkehr in der Regel eine Person mit 50 bis 70 % weniger Kraftstoff- bzw. Energieeinsatz befördert als ein herkömmlicher PKW. Im Nahverkehr ist der Verbrauch aufgrund der vielen Haltestellen und der damit verbundenen Fahrzyklen höher als im Fernverkehr. Wird als Energieträger ein Dieselmotor eingesetzt, sind Verbrauch und Emissionen bei Bus und Bahn nahezu identisch. Elektrisch angetriebener Schienenverkehr besitzt eine höhere Energieeffizienz und geringeren Schadstoffausstoß. Durch Nutzung des öffentlichen Verkehrs statt des Individualverkehrs lassen sich Emissionen verringern. Gleichzeitig führt eine höhere Auslastung des ÖPV zu einer geringeren Umweltbelastung bezogen auf Personenkilometer. In Zukunft lassen sich im Bereich des öffentlichen Verkehrs Emissionen und Energieverbräuche durch Substitution der Dieselantriebe und Veränderung der Stromzusammensetzung verringern.

5 Flugverkehr mit Vergleich von anderen Fahrzeugen
Der Mobilitätsbedarf der Weltbevölkerung nimmt im Zuge der Globalisierung, Dezentralisierung der Unternehmensstandorte, komplexen Kooperationsbedarfs der unterschiedlichen Geschäftsmärkte und Individualtourismus stark zu. Hier bietet der Flugverkehr das einzige Potenzial, im Vergleich zu Bahn, PKW und Schiff, zur Überbrückung großer Distanzen in akzeptabler Zeit. Bezogen auf die zurückgelegte Distanz, werden in Deutschland 80 % mit Kraftfahrzeugen und öffentlichem Straßenpersonenverkehr (ÖSPV), 15 % mit dem Flugzeug und 5 % mit der Bahn zurückgelegt (Abbildung 5-1). Begründet durch Wohlstandssteigerung in der westlichen Welt und aufstrebender Nationen wie Indien, China und Brasilien, steigt der Flugverkehr sowohl im geschäftlichen, als auch im privaten und touristischen Sektor stark an. Allerdings ist in der relativen Steigerung zu berücksichtigen, dass der absolute Anteil am Verbrauch des Energieträgers Erdöl im Vergleich zu dem der Industrie, Privathaushalten und Individualverkehr in Deutschland relativ gering ist (8 %). Die Abbildung 51 (rechts) zeigt den Anteil der Kraftstoffverteilung auf. 25

Abbildung 5-1:

Entwicklung des Flugverkehrs in Personenkilometer (rot) im Verhältnis zur wachsenden Weltbevölkerung in Milliarden (schwarz) [LVS07]; Prozentualer Anteil am Erdölverbrauch [MVV11]

Im Kontext des steigenden Bedarfs, ist eine Betrachtung der Endlichkeit der fossilen Energieträger notwendig. Flugzeugturbinen benötigen zurzeit im kommerziellen Betrieb fast ausschließlich Kerosin. Kerosin wird aus Erdöl unter Zusatz von Additiven hergestellt. Additive sind z.B. Frost- und Korrosionsschutz und sind synthetisch zu produzieren [IFA11-ol]. Da die verwendeten Additive in naher Zukunft nicht endlich, bzw. durch Innovationen im chemischen Bereich substituierbar sind, bestimmt die Endlichkeit des Energieträgers Erdöl die Dauer der Nutzung des Flugverkehrs und auch der anderen Verkehrsmittel, die vom Erdöl abhängig sind. Allerdings ist der Anteil von Kerosin am absoluten Verbrauch der Energieträger, die aus Erdöl hergestellt werden, relativ gering. Es erfordert ein globales Umdenken in der Verwendung von ölbasierten Kraftstoffen, denn der Anteil der vom Flugzeug durch technologische Optimierung eingespart wird, wird von den anderen Verkehrsmitteln schnell verbraucht, sodass eine Lösung für den Flugverkehr alleine keine langfristige Lösung darstellt. Neben den schwindenden, fossilen Energieträgervorkommen ist die Reduzierung der Umweltbelastung im Kontext der Klimaerwärmung und Umweltverschmutzung zu einem Kernaspekt heutiger Forschungen im Zusammenhang der Effizienz von Verkehrsmitteln geworden. Die Einsparungen der Emissionen der Verkehrsmittel werden durch den steigenden Bedarf kompensiert. Der Verbrauch an Kerosin hat von 1999 bis 2007 um 20 bis 25 Prozent abgenommen, somit hat sich auch die Schadstoffemission reduziert. Allerdings weist der Flugverkehr 2008, gemessen am relativen Verbrauch (5 %), im Vergleich zu den übrigen Verkehrsmitteln immer noch einen zu hohen Anteil an Schadstoffemission auf (CO2: 13 % und NOx: 12 %), der in Zukunft zu vermeiden ist (s. Abbildung 5-2).
15% 5%
Luf tverkehr

5%

7%
Luf tverkehr

80%

Schienenverkehr MIV + ÖSPV

88%

Schienenverkehr MIV + ÖSPV

Abbildung 5-2:

Prozentualer Vergleich der Verkehrsmittel in Bezug auf zurückgelegter Distanz (links), Energieverbrauch (Mitte) und Schadstoffemission (Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickoxide (NOx), Partikel und Kohlenwasserstoffe (CmHn) (rechts) nach [BGR10]

26

Aus der Aufgabenstellung ergeben sich verschiedene Potenziale, zur Vermeidung einer zukünftigen Energieknappheit und der ansteigenden Klimaerwärmung. Zum einen wäre eine Betrachtung von Beförderungsalternativen interessant, bspw. Mittelstrecken (bis 1400 km) nicht mit dem Flugzeug, sondern den Vorbildern in China (Peking – Shanghai – 1318 km – 4 h 48 min) [WEL11-ol] entsprechend mit der Bahn zurückzulegen. Dazu könnten Vor- und Nachteile bezogen auf die Schadstoffemission/Energieverbrauch und notwendigem Ausbau der Infrastruktur in Ballungszentren wie Europa untersucht werden. Ein weiteres Potenzial könnten auch Verhaltensänderungen bzgl. der Anforderungen der Verbraucher bieten. Zum Beispiel bietet ein Akzeptieren langsamer Fluggeschwindigkeiten und dadurch implizierte längere Flugzeiten bzw. Videokonferenzen für dezentrale Unternehmen eine Treibstoff-/ Emissionsersparnis. Da das zuerst genannte Potenzial hinsichtlich der Beförderungsalternativen mehr den Schwerpunkt des zweiten Kapitels trifft, wird in dieser Ausarbeitung der Fokus auf alternative Treibstoffarten für alle Verkehrsmittel, speziell für Flugzeuge, gelegt. Nachfolgend wird in der Arbeit eine Übersicht über technologische Innovationen gegeben die es ermöglicht, die ölbasierten Kraftstoffe zu ersetzen, bei gleichzeitiger Nutzung konventioneller Antriebslösungen. Die Substitute der ölbasierten Kraftstoffe bestehen sowohl aus endlichen, fossilen Energieträgern, als auch aus regenerativ hergestellten Bio-Kraftstoffen, bei denen der Flächenbedarf des Anbaus der BioMasse die größte Herausforderung darstellt. Diese Lösungen sind in naher Zukunft kommerziell umzusetzen und bieten zumindest bezogen auf die fossilen Energieträger, nur eine endliche Alternative des Energieproblems. Darauffolgend wird eine wasserstoffbasierte Lösung betrachtet, die zurzeit in der Entwicklung bei den führenden Flugzeugherstellern steht und eine geeignete, saubere und regenerative Zukunftsalternative darstellt. Dazu ist eine regenerative Stromerzeugung zur Herstellung von Wasserstoff und effiziente Wasserstoffspeicherung notwendig, die neue Herausforderungen entstehen lässt. Die erarbeiteten Lösungsalternativen werden abschließend miteinander verglichen und bewertet.

5.1 Alternative Verfahren zur Herstellung von Kerosin
Die verfügbaren Ölreserven sind limitiert, daher stellt sich aus ökonomischen und auch ökologischen Gesichtspunkten die Frage nach alternativen Erzeugungsmöglichkeiten, sowie einer Effizienzsteigerung der angewandten Technologien. Bei einer Berücksichtigung der durchschnittlichen Einsatzdauer eines Flugzeuges von 25 Jahren [FAA01] ergibt sich der Bedarf an einer frühzeitigen technologischen Veränderung. Zur Herstellung von alternativen Energieträgern stehen mehrere Herstellungsverfahren zur Verfügung. Unter anderem gibt es Verfahren zur synthetischen Herstellung von Treibstoffen für verschiedene Verbrennungsantriebe aus anderen fossilen Energieträgern (Kohle/Gas) und Biomasse. Diese synthetisch hergestellten Produkte weisen ähnlich, physikalische Eigenschaften wie etablierte Treibstoffe auf, da sie durch das XtL-Verfahren (Rohstoff zu Flüssigkeit) aus den genannten Rohstoffen flüssige Kohlenwasserstoffe erzeugen. Es existieren drei effiziente XtL-Verfahren: Coal to Liquid (CtL), Gas to Liquid (GtL) und Biomass to Liquid (BtL) [THK07]. Das XtL-Verfahren ermöglicht eine Substitution von Erdölprodukten, wobei in dieser Arbeit die Herstellung von Kerosin fokussiert wird. Alle Verfahren zur Herstellung von Kerosin setzen voraus, dass die jeweiligen Rohstoffe erst vergast werden, es entsteht ein sog. Synthesegas (Abbildung 5-3). Das Synthesegas wird mit dem „FischerTropsch-Verfahren“ bzw. an diese Synthese anknüpfende andere Synthesearten, zu 27

Kohlenwasserstoffketten umgewandelt. In einer hydrierenden Produktaufarbeitung werden aus den Kohlenwasserstoffketten mittels Cracken synthetische Kraftstoffe erzeugt. Die „Fischer-Tropsch-Synthese“ sei hier genannt, da die gängigen Verfahren zur Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen (Kerosin) auf diesem Verfahren beruhen bzw. anknüpfen. Der energetische Wirkungsgrad liegt bei ca. 30 bis 45 % [THK07].
Rohstoff SynthesegasErzeugung FischerTropschSynthese

Erdgas Kohle Biomasse

Produktaufbereitung

synthetische Kraftstoffe

Abbildung 5-3: Prozesschema zur Herstellung von Treibstoff mittels BtL Verfahren [THK07]

Nachfolgend wird das BtL-Verfahren detailliert vorgestellt, da der regenerative Anteil der Energieträger hoch ist. Die CtL- und GtL-Verfahren erzeugen wie oben erwähnt aus Kohle bzw. Gas einen flüssigen, erdölähnlichen Treibstoff, wobei die Endlichkeit durch die oben erwähnte Verfügbarkeit der Energieträger limitiert ist. Diese werden abschließend in der Übersicht der alternativen zum Erdöl als Treibstoff mit weiteren Verfahren verglichen. Biomass to Liquid Bei einer Verfügbarkeit von über 2000 nutzbaren Pflanzenarten für den BtL-Sektor stellen diese eine mögliche Alternative für die Treibstoffproduktion dar. Pflanzen wie Palmen oder Raps bieten einen hohen Flächenertrag und hohen Ölgehalt [BES07ol]. In diesen werden durch Kohlenstoffdioxid und Wasser, Triglyceride gebildet, an denen Fettsäuren angelagert werden. Der Massenanteil der Pflanzenöle besteht zu 74 bis 77 % aus Kohlenstoff und 11 bis 12 % aus Wasserstoff (die beide zur Energiegewinnung verwendet werden) und 11 bis 14 % aus Sauerstoff, der keinen energetisch nutzbaren Anteil aufweist [LHP10-ol]. Bei der Verbrennung des synthetischen Kerosins in der Turbine wird nur das gebundene Kohlendioxid freigesetzt, wodurch eine relativ positive CO2-Bilanz entsteht. Unter Berücksichtigung des Ernte- und Herstellprozesses sinkt die CO2-Bilanz, da im Herstellprozess Temperaturen von 150 °C bis 1500 °C und Drücke von bis zu 100 bar für die Vergasung, Cracken etc. benötigt werden [LEI11]. Die Realisierbarkeit des BtL-Verfahrens ist relativ kurzfristig möglich. Airbus testet bereits im A321 ein Treibstoffverhältnis von 50 % konventionellem Kerosin und 50 % synthetisch hergestelltem Kerosin [LHP10-ol]. Allerdings ist eine ausschließliche Bedarfsdeckung durch Biomasse im Flugverkehr nicht möglich, da unverhältnismäßig große Flächen zur konventionellen Herstellung der Biomasse benötigt werden. Alternativ könnten Algen als Biomasse verwendet werden, die wesentlich effizienter angebaut werden könnten [SPO11-ol].

5.2 Alternative zu Kerosin
Als Alternative zu synthetischem Kerosin bietet sich Wasserstoff als Energieträger für die Zukunft an. Bei Wasserstoff liegen theoretisch keine Rohstoffbegrenzungen vor, da die Möglichkeit besteht, u.a. Wasserstoff im Wüstengürtel mit Hilfe von Solarkraftwerken indirekt zu erzeugen. Durch die Höhe von 2000 KWh / m² pro Jahr Ein28

strahlungsdichte könnte die Wasserstoffgewinnung CO2-neutral erfolgen [SCH08]. Bei der Verbrennung von Wasserstoff bzw. bei der Erzeugung von elektrischem Strom durch eine Brennstoffzelle entsteht keine CO 2- Emission, sondern nur H2 und geringe Mengen NOx. Allerdings gelangen nur ca. 25 % der gewonnenen Energie durch Photovoltaik durch Wandlung und Transport des Wasserstoffs an den Endverbraucher. Alternativ kann Wasserstoff auch aus einer Erdgassynthese, Algen- bzw. Bakterienproduktion [HAP02], [SPO11] gewonnen werden [SCH08]. Wasserstoff hat eine hohe gravimetrische Energiedichte von 140 MJ/kg, aber eine geringere volumetrische Energiedichte. Somit hat Wasserstoff zwar 2,8-mal weniger Gewicht, nimmt jedoch in flüssiger Form das Vierfache Volumen von Kerosin ein [FAA01]. Der Siedepunkt von Wasserstoff beträgt -253 °C. Wasserstoff hat die Eigenschaft, dass es sich sehr leicht verflüchtigt. Daraus ergeben sich neue Anforderungen an die Speichereigenschaften. Der Speicher müsste zylindrisch/ sphärisch und dicht sein, woraus sich neue Bauformen für Flugzeuge ergeben [EAG11-ol]. Das Gewicht der Tanks stellt neben der bisher niedrigen Fließgeschwindigkeit zur Brennstoffzelle eine große Herausforderung dar. Durch den Einsatz von Nanotechnologien (Einfluss auf Fließgeschwindigkeit) und Verbundwerkstoffen (Einfluss auf Gewicht) soll dieses Problem gelöst werden. Ein weiterer Ansatz zur Erhöhung der Energiedichte pro Liter ist die Speicherung von Wasserstoff als Feststoff [EAG11-ol]. Prinzipiell kann Wasserstoff für die Zukunft eine Alternative zu den fossilen Energieträgern darstellen, wenn die angesprochen Probleme gelöst werden. Russland und Europa konzentrieren sich in einem Gemeinschaftsprojekt auf die Entwicklung eines wasserstoffbasierten Antriebs für die kommerzielle Luftfahrt und forcieren bereits 2014 unbemannte Flüge in einem Flugzeug der A320 Klasse [EAG11-ol] 5.3

Turbinentechnik und ACARE-Agenda

Durch technische Innovationen in der Turbinentechnik wurde in den vergangenen 30 Jahren ein Einsparpotenzial im Verbrauch von 50 % [BMU08] erreicht. Weitere Entwicklungen in der Turbinentechnik scheinen weiteres Einsparpotenzial zu bieten. Die Entwicklung in der Turbinentechnik wurde unter anderem auch durch politische und institutionelle Rahmensetzungen beeinflusst so ist z. B. vorgesehen dass die ACARE-Agenda umgesetzt wird [ACA01]. So soll durch nachhaltige Investitionen bis 2020 eine Einsparung an Emissionen von 50 % je Personenkilometer umgesetzt werden.

5.4 Fazit
Die Umweltverschmutzung, die bei der Verbrennung von Erdöl entsteht und die nahende Endlichkeit haben zu einer positiven Entwicklung der Forschung in Richtung alternativer Energieträger geführt. XtL-Verfahren bieten die Möglichkeit, in naher Zukunft den Anteil an Erdöl in den Treibstoffen zu reduzieren und durch synthetisch hergestellte Kraftstoffe zu ersetzen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Erdgas und Kohle ebenfalls endlich sind und keine endgültige Lösung des Energieproblems darstellen, wohingegen BtL-Verfahren regenerative endgültigere Lösungsansätze markieren. 29

Die Entwicklung wasserstoffbasierter Antriebssysteme weist viel Potenzial für einen sauberen, regenerativen Energieträger auf, allerdings bedarf es noch innovativer Lösungen für die Speicherung und Erzeugung von Wasserstoff, um kommerziell eingesetzt zu werden. Eine hybride Antriebslösung bietet eine weitere Alternative, wird aber beeinflusst durch die Wahl des Energieträgers zur Stromerzeugung und ist somit an die Endlichkeit der Ressourcen geknüpft. Eine weitere diskutierte Variante ist ein reiner Solarantrieb, bei dem durch Solarzellen der Strom für den Antrieb geliefert wird. Allerdings reicht die erzeugte Energie in Form von Kerosin bei einem Flug von Europa nach Amerika (8h) mit einem vollbesetzten A380 und einem für Solarzellen theoretisch möglichen Wirkungsgrad von 28 % für eine Strecke von 14 Kilometer. Anhand der erarbeiteten Lösungsalternativen wurde eine qualitative Bewertung der einzelnen Alternativen zum Energieträger Erdöl vorgenommen, um einen übersichtlichen Vergleich zu erstellen (Abbildung 5-4).

Abbildung 5-4: Qualitative Bewertung der alternativen Energieträger nach verschiedenen Kriterien

Zusammenfassend bietet ein Mix aus den genannten Energiealternativen die Möglichkeit, die langfristige Verfügbarkeit von Energie zur Deckung des Mobilitätsbedarfs der wachsenden Weltbevölkerung zu sichern. Dazu ist eine konsequente Umsetzung von notwendigen Innovationen in allen behandelten Bereichen dieser Arbeit notwendig.

6 Mobilitätsbedarf für Waren- und Rohstofftransport (gestern – heute – morgen in Deutschland)
Das anhaltende Wachstum im Handel wirkt sich auch auf die Entwicklung des Verkehrs aus. Der Güterverkehr, also der reine Waren-und Rohstofftransport, ist unverzichtbar für die Versorgung der Unternehmen mit Rohstoffen und Vorprodukten sowie der Konsumenten mit Ge- und Verbrauchsgütern. In diesem Abschnitt wird einerseits der Güterverkehr in Bezug auf das Transportaufkommen und der Transportleistung analysiert, andererseits werden Szenarien und Maßnahmen für die Zukunft vorgestellt. 30

6.1 Transportaufkommen
Das Gütertransportaufkommen hat sich zwischen 1960 und 1990 gemessen am Gewicht der transportierten Güter in der Bundesrepublik Deutschland mehr als verdoppelt. Das Wachstum hielt auch nach der Wende bis 1995 an. Danach ist ein Rückgang der Menge der transportierten Güter zu verzeichnen, so dass das Niveau 2005 nur wenig über dem von 1991 lag. Allerdings werden viele Güter leichter, so dass das in Tonnen gemessene Verkehrsaufkommen sinkt, auch wenn dieselbe Menge transportiert wird. Weiterhin lassen sich mit derselben Tonnage mehr Güter und höhere Werte transportieren. Zusätzlich werden die Verpackungsmaterialien leichter und voluminöser. [UWD09-ol] Im Folgenden wird zunächst auf die Aufteilung der wichtigsten Transportgüter und der Transportdistanz nach Verkehrsträgern eingegangen: Binnenschifffahrt, Schienen- und Straßengüterverkehr. Luftfrachtverkehr und Rohrfernleitungen werden nicht betrachtet, da dessen Aufkommen eine vernachlässigbare Größenordnung darstellt bzw. der Rohöltransport nahezu vollständig über Pipelines durchgeführt wird. Das Binnenschiff, das klassische Verkehrsmittel für Massengüter über lange Strecken, transportiert feste mineralische Brennstoffe und Mineralerzeugnisse, Erze und Metallabfälle, sowie Steine und Erden. Die mittlere Transportweite beträgt 270 km. Ähnliche Distanzen, im Mittel etwa 300 km, legen die Güterzüge zurück. Die transportierten Güter umfassen zu den o.g. Rohstoffen zusätzlich Fahrzeuge, Maschinen, sonstige Halb- und Fertigwaren, sowie besondere Transportgüter wie Container. Das Transportaufkommen im Straßengüterverkehr umfasst zu 50% Steine und Erden, zu ca. 20 % Fahrzeuge, Maschinen und sonstige Halb-und Fertigwaren und zu 25 % Nahrungsmittel. In diesem Güterkraftverkehrszweig wird bezüglich der Transportdistanz nach gewerblichem und Werkverkehr unterschieden. Auf der einen Seite werden Güter geschäftsmäßig oder gegen Entgelt befördert. Hierbei beträgt die Transportdistanz durchschnittlich 140 km. Auf der anderen Seite handelt es sich bei dem Werkverkehr um Güterkraftverkehr für die eigenen Zwecke des Unternehmens, mit einer durchschnittlichen Transportweite von ca. 60 km. [WIR11-ol]

6.2 Bisherige Entwicklung des Güterverkehrs in Deutschland
Die Transportleistung in Deutschland hat sich innerhalb der Jahre 1950 bis 2010 von 70,4 Mrd. tkm auf 619,9 Mrd. tkm nahezu verneunfacht. Zwei Ereignisse hatten in dieser Zeit starken Einfluss auf diese Entwicklung: die Wiedervereinigung im Jahr 1990 und die Finanz- und Wirtschaftskrise im Jahr 2009 (vgl. Abbildung 6-1). [BGL11-ol]

31

Abbildung 6-1: Transportleistung der Verkehrsträger im Bundesgebiet 1950 – 2011 nach [BGL11-ol]

Die Transportleistung teilt sich in Deutschland auf den Straßengüterverkehr, die Eisenbahn, die Binnenschifffahrt und seit 1958 zusätzlich auf Rohrfernleitungen auf. Der Anteil der Flugtransporte ist mit einem Anteil von unter 0,3 % zu vernachlässigen. 1950 entfielen 56 % der Transportleistung auf die Eisenbahn, 23,7 % auf die Binnenschifffahrt und 20,3 % auf den Straßengüterverkehr. Ein stetig steigender Anteil des Straßengüterverkehrs und die gleichzeitig zurückgehenden Anteile des Schienengüterverkehrs und der Binnenschifffahrt führten dazu, dass der Straßengüterverkehr im Jahr 1964 erstmals das wichtigste Transportmittel war. Diese Trends setzten sich weiter fort. Im Zuge der Liberalisierung des EU-weiten Straßengüterverkehrs wuchs die Bedeutung dieses Transportweges weiter an, so dass sich zu Beginn des 21. Jahrhunderts die Aufteilung auf die verschiedenen Transportmittel in etwa stabilisiert hat [TRA06-ol]. Im Jahr 2010 entfielen 69,8 % der Transportleistung auf den Straßengüterverkehr, 17,3 % auf die Eisenbahn, 10 % auf die Binnenschifffahrt, 2,6 % auf die Rohrfernleitungen sowie 0,3 % auf das Flugzeug als Transportmittel. Der sprunghafte Anstieg der Transportleistung im Jahr 1991 ist auf die Wiedervereinigung zurückzuführen. Die weltweite Finanz- und Wirtschaftskrise sorgte innerhalb Deutschlands für einen Einbruch der Transportleistung auf das Niveau des Jahres 2005 von etwa 580 tkm. [BGL10-ol]

6.3 Szenarien zur zukünftigen Entwicklung des Güterverkehrs
Die Szenariotechnik stellt eine geeignete Methode zur Entwicklung von Zukunftsbildern dar. Sie betrachtet verschiedene Einflüsse im Umfeld und vernetzt diese miteinander. Das Institut für Mobilitätsforschung hat für die zukünftige Mobilität in Deutschland drei unterschiedliche Szenarien erarbeitet: die globale Dynamik, der gereifte Fortschritt und der rasende Stillstand. Die Szenarien beschäftigen sich mit der Entwicklung des Personen- und des Güterverkehrs. Im Folgenden wird der Fokus auf die Aspekte gerichtet, die ausschlaggebend für die weitere Entwicklung des Gü32

terverkehrs in Deutschland sind. Diese Aspekte weisen vornehmlich gesellschaftliche sowie wirtschaftliche Hintergründe auf. [IFM10-ol] Alle Szenarien gehen von einer ähnlichen Umverteilung der Bevölkerungsstruktur in Deutschland aus. Demnach werden Ballungsräume in und um Hamburg, Berlin und München entstehen. Im Gegensatz dazu wird die Bevölkerung in Mittel- und Ostdeutschland stark zurückgehen. Des Weiteren wird in allen Szenarien eine sinkende Gesamtbevölkerung angenommen. Das Szenario „Globale Dynamik“ verzeichnet einen jährlichen Bevölkerungsrückgang von 0,09 % auf 80,6 Mio. Einwohner im Jahr 2030. Die Szenarien „Gereifter Fortschritt“ und „Rasender Stillstand“ prognostizieren für das Jahr 2030 eine Einwohnerzahl von 77,2 Mio., welches einem jährlichen Rückgang um 0,3 % entspricht. Des Weiteren ändert sich die Nachfragestruktur hinsichtlich der Marktwirksamkeit von Umweltfaktoren. Die Szenarien „Globale Dynamik“ und „Gereifter Fortschritt“ gehen von einem starken Einfluss von Umweltfaktoren auf die künftige Konsumgüternachfrage aus. Das Szenario „rasender Stillstand“ sieht hingegen, dass diese Faktoren zwar an Bedeutung gewinnen werden, jedoch das Konsumverhalten weiterhin kostenorientiert sein wird. Eine Begründung dafür ist die Annahme, dass die soziale Spreizung der Gesellschaft bis 2030 stark zunehmen wird. Im Gegensatz dazu gehen die anderen Szenarien von einer gleichbleibenden sozialen Verteilung aus. [IFM10-ol] Der grundlegende Unterschied des Szenarios „Rasender Stillstand“ zu den weiteren Szenarien ist die erhöhte Unsicherheit bei der weiteren Entwicklung der wirtschaftlichen Indikatoren infolge der Finanz- und Wirtschaftskrise. Daher wird innerhalb dieses Szenarios von einem insgesamt stagnierenden BIP mit jedoch starken Schwankungen ausgegangen. Die Szenarien „Gereifter Fortschritt“ und „Globale Dynamik“ sagen einen jährlichen Anstieg des Bruttoinlandsprodukts (BIP) von 0,7 % bzw. 1,5 % voraus. Die prognostizierten Entwicklungen des BIP gehen mit der Rolle Deutschlands in der Weltwirtschaft einher. Hier wird von einer Stagnation, einem Anstieg von jährlich 1,25 % bzw. einem Anstieg von 2,25 % der Menge p.a. für den Außenhandel ausgegangen. Die Indikatoren BIP und die Rolle in der Weltwirtschaft üben einen starken Einfluss auf den künftigen Güterverkehr in Deutschland aus. Ein weiterer wirtschaftlicher Indikator ist die Anzahl der Erwerbstätigen, welche Auswirkungen auf künftige Nachfragestrukturen und somit auf die Transportleistung hat. Hierbei besteht Einigkeit zwischen den Szenarien, dass die Anzahl der Erwerbstätigen sinken wird; wobei das Szenario „Rasender Stillstand“ einen starken Rückgang und das Szenario „Globale Dynamik“ einen schwachen Rückgang prognostiziert. [IFM10-ol] Basierend auf den prognostizierten Entwicklungen der ermittelten Indikatoren, wurden für die Szenarien unterschiedliche zukünftige Entwicklungen des Güterverkehrs in Deutschland ermittelt (vgl. Abbildung 6-2). Bei der „globalen Dynamik“ und dem „gereiften Fortschritt“ werden für die Transportleistung bis zum Jahr 2030 ein Anstieg um 50 % bzw. 20 % prognostiziert. Der „rasende Stillstand“ weist kein Wachstum der Transportleistung auf. Bei dem Modal Split besteht Einigkeit, dass der Anteil der Binnenschifffahrt abnehmen wird. Die Eisenbahn gewinnt innerhalb der „globalen Dynamik“ an Bedeutung. Im Gegensatz dazu sehen die weiteren Szenarien weiterhin den Straßengüterverkehr anteilig als zunehmend an. [IFM10-ol] Weisen die Szenarien untereinander teils große Unterschiede auf, erfordern alle eine langfristig ausgerichtete Verkehrspolitik, um künftig einen effektiven Einsatz von Transportmitteln gewährleisten zu können [IFM10-ol]. Insgesamt ist das Szenario der 33

„globalen Dynamik“ als am realistischsten einzuordnen, da der Anstieg der Entwicklung vor der Finanz- und Wirtschaftskrise gleicht.

Abbildung 6-2: Szenarien zur künftigen Transportleistung nach [IFM10-ol]

6.4 Masterplan „Güterverkehr und Logistik“ der Bundesregierung
Die im vorangegangen Kapitel aufgezeigten Szenarien werfen die Frage auf, wie der unter Umständen stark steigende Mobilitätsbedarf gedeckt werden kann. Dazu hat die Bundesregierung einen Maßnahmenplan aufgestellt. Die darin enthaltenen Maßnahmen sind: A: Verkehrswege optimal nutzen – Verkehr effizient gestalten; B: Verkehr vermeiden – Mobilität sichern; C: Mehr Verkehr auf Schiene und Binnenwasserstraße; D: Verstärkter Ausbau von Verkehrsachsen und –knoten, E: Umwelt- und klimafreundlicher, leiser und sicherer Verkehr; F: Gute Arbeit und gute Ausbildung im Transportgewerbe; G: Weitere Maßnahmen zur Stärkung des Logistikstandortes Deutschland. [BUN08-ol] Im Rahmen der Projektarbeit lässt sich der Fokus auf die Maßnahmen A, B und D legen, welche die weitreichendsten Auswirkungen haben und somit am tragfähigsten und effizientesten anzusehen sind. Maßnahmen zur optimalen Nutzung der Verkehrswege sind vor allem der Ausbau und die Vernetzung der bundesweiten Verkehrsmanagementsysteme, die Optimierung des Baustellenmanagements und die zeitliche Entzerrung des Güterverkehrs. Für die Verkehrsvermeidung ist vor allem die Optimierung des Transitverkehrs von Bedeutung. Im Bereich des Ausbaus der Verkehrsachsen und –knoten ist primär die Entmischung des Güter- und Personenverkehrs hervorzuheben. [BUN08-ol] A: Verkehrsmanagementsysteme regeln und leiten den Verkehr durch Anpassung der Geschwindigkeit, Anzeige von Überholverboten oder geregelte Spurbenutzung. Diese Maßnahmen sind besonders hilfreich und effektiv zur Stauvermeidung sowie zur Unfallreduzierung. Dadurch wird der Verkehrsfluss aufrechterhalten und ein Stillstand der Verkehrsteilnehmer verhindert. Viele stark befahrene Autobahnabschnitte sind noch nicht mit sogenannten Telematikanlagen ausgerüstet oder teilweise schon 34

veraltet und auch nicht unter den einzelnen Bundesländern abgestimmt. Der Einsatz und die Abstimmung der Anlagen sind jedoch für eine vorausschauende Verkehrsplanung und -führung von großer Wichtigkeit für die Verkehrsoptimierung. [BUN08-ol] B: Durch die häufig festgelegten Liefertermine und –fristen und dadurch bedingten Zeitfenster wird der Güterverkehr nicht optimal verteilt und ist deswegen nicht effizient. Es kommt zu einem erhöhten Verkehrsaufkommen zu Hauptverkehrszeiten, zu der die Staugefahr schon erhöht ist und dadurch noch weiter gesteigert wird. Durch Ausweitung der Transportzeitfenster können Transporte flexibler geplant werden und der Transportprozess effizienter gestaltet werden. Das Sonn- und Feiertagsfahrverbot ist hiervon nicht betroffen. Diese Maßnahme trägt zur Entmischung bei (vgl. Abschnitt D). [BUN08-ol] Verkehrsvermeidung und insbesondere Transitverkehrsvermeidung ist wichtig, da bis zum Jahre 2020 der Transitverkehr um das 2,5-fache zunehmen wird, womit dieser doppelt so stark ansteigt wie der innerdeutsche Güterverkehr selbst (vgl. Abbildung 6-3). [BUN08-ol]

Abbildung 6-3: Ost-West-Transitverkehr 2002 u. 2020 gemessen in LKW pro Tag [ACA07-ol]

Gerade die starke Beanspruchung der Infrastruktur durch den Güterverkehr mit LKW ist problematisch. Eine Schaffung neuer Anlieferungswege, oder die Verlagerung vom Transitverkehr auf die Schienen und vor allem auf die Wasserwege würde Entlastung bringen. [BUN08-ol] D: Der Entmischung des Güter- und Personenverkehrs wird künftig eine große Schlüsselrolle zugeteilt. Vor allem auf vierspurigen Autobahnen entstehen heute schon Kapazitätsengpässe und Konfliktsituationen durch ausscherende und überholende LKW. Eine Entmischung des Güterverkehrs wird durch den Ausbau der Autobahnen und der Verlagerung der Fahrtzeiten des Güterverkehrs in die Abend- und Nachtstunden erreicht. Wenngleich heutzutage schon viele LKW auf der Autobahn unterwegs sind, wird ihre Anzahl weiter zunehmen. Im Jahre 2025 werden nach der Prognose die LKW zwei Spuren der Autobahnen für sich alleine beanspruchen. Aufgrund dieser Prognose ist ein Ausbau zu sechs-, bzw. achtspurigen Autobahnen erforderlich. Dadurch entfallen Überholverbote für LKW auf den entsprechenden Abschnitten und die Staugefahr wird radikal verringert; der Verkehr wird effizienter. [BUN08-ol] Durch die Entwicklung des Güterverkehrs wird die Transportleistung zunehmen. Um die Mobilität langfristig zu sichern, ist es erforderlich eine Kombination der vorher genannten Maßnahmen umzusetzen. Gerade im Bereich der Entmischung zwischen 35

Güter- und Personenverkehr liegt großes Potential, das frühzeitig realisiert werden sollte.

7 Umweltbelastung und Endlichkeit der eingesetzten Energieträger im Bereich Waren- und Rohstofftransport
In diesem Abschnitt wird das Problem der Umweltbelastung und der Endlichkeit der Ressourcen aus dem Blickwinkel des Waren- und Rohstofftransports betrachtet. Da das Transportaufkommen zur Beförderung von Gütern auf lange Sicht gesehen immer mehr zunimmt, rückt auch dessen Umweltbelastung immer weiter in den Fokus. Die zur Beförderung von Gütern und Rohstoffen verwendeten Verkehrsmittel sind sehr ähnlich denen der zur Personenbeförderung benutzten, wie z.B. Züge oder Schiffe. Trotz vieler Gemeinsamkeiten gibt es auch Verkehrsmittel, die ausschließlich zum Güterverkehr verwendet werden, wie z.B. LKW. In diesem Abschnitt wird speziell auf die Umweltbelastung durch die Güter transportierenden Fahrzeuge eingegangen. Abschließend wird ein kurzer Ausblick gegeben, inwieweit die Belastungen für die Natur reduziert werden können, z.B. durch die Umverteilung der Güter auf umweltschonendere Transportmittel oder durch den Einsatz innovativer Antriebsarten in konventionellen Fahrzeugen. Es wird mit einer kurzen Beschreibung der Einflussfaktoren, die die Umweltbelastung durch den Güterverkehr beeinflussen, begonnen.

7.1 Einflussfaktoren auf den Güter- und Rohstofftransport
Um die Umweltbelastung und den Energieträgerbedarf im globalen Waren- und Rohstofftransport zu erfassen werden nun allgemeingültige Faktoren vorgestellt, die direkten und indirekten Einfluss auf Energiebedarf und Umweltbelastung haben. Diese Faktoren wirken nicht alleine, sie wirken zusammen und beeinflussen sich auch gegenseitig. Aus Gründen der Verständlichkeit werden diese im Folgenden einzeln beschrieben.

Faktor Warenbewegung
Aus der Transportdistanz und der Transportart, unterschieden nach Quelle und Ziel, ergibt sich eine Transportkette bestehend aus einer beliebigen Kombination von Transportträgern. Die Transportart unterteilt sich in Luft-, Wasser- und Landverkehr mit Straßen- und Schienenverkehr. Für jeden Transportträger werden entsprechend Transportmittel eingesetzt, die einen bestimmten Energiebedarf und einen bestimmten Emissionsausstoß haben. Transportdistanzen werden in Kurz- (bis 250 km), Mittel- (bis 2500 km) und Langstrecke (ab 2500 km) unterschieden. Die Transportarten unterteilt nach Quelle und Ziel teilen sich in Binnen-, Import-, Export- und Transitverkehr auf [EID02].

Wirtschaftliche Einflussfaktoren
Die Wahl eines Transportträgers und eines geeigneten Transportmittels wird im Wirtschaftsbereich Transportwesen nach Faktoren wie Kostenminimierung, Pünktlichkeit und Laufzeit des Transportes getroffen. Diese wirtschaftlichen Faktoren haben einen indirekten Einfluss auf Umweltbelastung und Energieträgerbedarf im Bereich Waren36

und Rohstofftransport. Neben den genannten Faktoren existieren weitere, auf die aber an dieser Stelle nicht weiter eingegangen wird. Am Faktor Supply Chain ist die gegenseitige Beeinflussung der Faktoren zu erkennen. Er wirkt sich maßgeblich auf die Warenbewegung aus. Dieses sei nur am Rande erwähnt um kurz die gegenseitige Beeinflussung zu verdeutlichen, im Folgenden geschieht dies nicht mehr.

Faktor Waren-/ Rohstoffart
Waren- und Rohstoffe lassen sich in einzelne Klassen unterteilen. In diesem Zusammenhang wird die oberflächlichste Unterteilung, die in der Fachliteratur vorkommt, gewählt. Demnach werden die Waren in folgenden Warenarten klassifiziert: Massengut, Stückgut, Flüssiggut und Gefahrgut. Rohstoffe werden in seltene mineralische Rohstoffe, Massenrohstoffe, Problemrohstoffe und Sonderrohstoffe unterteilt [EID02]. Jede Waren- und Rohstoffart hat eine bestimmte Transportintensität, so werden Massengüter häufiger transportiert als Stückgüter, dadurch entstehen eine höhere Belastung und ein höherer Energieträgerbedarf durch den Transport von Massengütern. Neben verschiedenen Transportintensitäten haben Waren- und Rohstoffe nach ihrer Art verschiedene Transportbedürfnisse. Zu beachten ist, dass unterschiedliche Transportbedürfnisse auch innerhalb der genannten Oberbegriffe auftauchen. Z.B.: Beim Transport von Äpfeln und Fleisch (beides Massengüter) über eine gleiche Distanz in gleicher Menge mit identischen Transportmitteln, sind der Energieträgerbedarf und die Umweltbelastung durch den Transport von Fleisch höher, da dieses zusätzlich noch gekühlt werden muss. Festzuhalten ist, dass Transportintensität und Transportbedürfnisse den Energiebedarf und Emissionsausstoß beeinflussen [TUD02].

Landespezifische Faktoren
Landespezifische Richtlinien, Infrastruktur und Transportmittelbestand haben direkten Einfluss auf die Umweltbelastung und den Energieträgerbedarf. Ein Besipiel für landespezifische Richtlinien ist die Richtlinie 2009/30/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES. Diese regelt die Spezifikation von Otto-, Diesel und Gasölkraftstoffen, sowie den Einsatz von Systemen zur Überwachung und Reduzierung von Emissionen [EUR09]. Weitere Richtlinien sind z.B. Gesetze, die das Transportwesen regeln (Straßenverkehrsordnung in der BRD). Die landesspezifische Infrastruktur bezieht sich in diesem Zusammenhang auf den Ausbau des Straßennetzes, den Ausbau und die Elektrifizierung des Schienennetzes sowie das Vorhandensein von Binnenwasserstraßen des jeweiligen betrachteten Landes. Sie hat direkten Einfluss auf die Wahl des Verkehrsträgers und damit auf die Wahl des Transportmittels. „Landesspezifischer Transportmittelbestand“ meint eine Bezifferung der eingesetzten Transportmittel im jeweiligen Land (z.B. den Anteil von LKWs im nationalen Gütertransport) sowie für den Energieträgerbedarf und Umweltbelastung relevante Daten wie Baujahr, verwendete Kraftstoffart etc. Mit diesen Faktoren kann man modellhaft einzelne Länder auf Umweltbelastung und Energieträgerbedarf im Bereich Waren- und Rohstofftransport untersuchen. Dies wird im Folgenden am Beispiel der Bundesrepublik Deutschland durchgeführt.

7.2 Umweltbelastungen durch den Güterverkehr
Da der Anteil des Güterverkehrs am gesamten Verkehr zunimmt, kommt auch der Anteil dessen Umweltbelastung immer mehr zum Tragen. Jedoch gibt es zwischen 37

den einzelnen Transportträgern des Güterverkehrs deutliche Unterschiede im Schadstoffausstoß. Auch die Art der größtenteils ausgestoßenen Schadstoffe unterscheidet sich je nach Transportträger. Die Daten sind in der Einheit g / tkm angegeben (vergleiche Tabelle 7-1). Binnenschiff CO2 NOX Partikel 34,9 0,6 0,018 Flugzeug 2038,6 3,5 0,009 Eisenbahn 30,9 0,1 0,005 LKW 104,4 1,0 0,036

Tabelle 7-1: Schadstoffausstoß der Transportmittel [TRE10]

Am umweltfreundlichsten ist, unter Berücksichtigung aller drei Faktoren, der Transport mit der Eisenbahn. Hierbei ist zu erwähnen, dass die emittierten Schadstoffe bei der Stromerzeugung mit berücksichtigt sind. Das Flugzeug liegt bei dem CO2 und NOX Ausstoß an erster Stelle. Jedoch ist der Anteil der mit dem Flugzeug transportierten Waren sehr gering. Der LKW ist nach dem Flugzeug die umweltschädlichste Transportmöglichkeit. Die emittierten Partikel enthalten zu einem Drittel Partikel durch Abrieb, z.B. der Reifen. Der Gütertransport mit dem Flugzeug wird hier nicht weiter betrachtet, da dieser nur einen Anteil von