In der vorliegenden Arbeit sollen die bestehenden Ansätze aus der Literatur, in Bezug auf die Diffusion von Wasserstoff als Treibstoff, analysiert werden. Im Anschluss soll ein Modell zur nachhaltigen Herstellung von Wasserstoff einen möglichen Lösungsweg aufzeigen, um die Diffusion von der Angebotsseite anzustoßen.Leben ohne Mobilität wäre im 21. Jahrhundert undenkbar. Nicht nur öffentliche Verkehrsmittel sondern auch individuelle spielen im täglichen Leben eine große Rolle. Die Fahrzeuganzahl steigt weltweit jährlich an. Mit diesem Anstieg erhöht sich auch der Bedarf an Treibstoffen laufend. Seit Jahrzenten beherrscht ein Treibstoff den Mobilitätssektor wie kein anderer. Wie lange diese Herrschaft der fossilen Brennstoffe noch andauert ist fraglich.
Gründe, die für einen Wechsel am Treibstoffmarkt sprechen, sind, die zur Neige gehenden Reserven von Erdöl, unsichere Märkte, wie auch enorm steigende Preise. Der Ruf nach Alternativen wird daher immer größer. Welche Alternative sich durchsetzen wird, kann jedoch noch nicht gesagt werden. Wasserstoff spielt in dieser Thematik eine interessante Rolle. Nicht nur die Herstellung selbst ist ohne große Schwierigkeiten möglich, sondern auch die Umweltfreundlichkeit lässt Wasserstoff sehr attraktiv erscheinen. Eine nachhaltige Herstellung von Wasserstoff als Treibstoff, könnte somit eine plausible Lösung für die Mobilitätsdiskussion des 21. Jahrhunderts sein.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
1.1 THEMA UND ZIEL DER ARBEIT
1.2 KONTEXT UND WISSENSCHAFTLICHE RELEVANZ DER ARBEIT
1.2.1 Erdöl-Nachfrage und Absatz
1.2.2 Preisentwicklungen in Bezug auf Öl und Alternativen
1.2.3 Entwicklungen am Automobilmarkt
1.2.4 Eignung von Wasserstoff als Alternative
1.2.5 Erzeugung von Wasserstoff und deren Nachhaltigkeit
1.2.6 Die Brennstoffzelle
1.3 AUFBAU DER ARBEIT
2 METHODEN ZUR MODELLIERUNG
2.1 DIE SYSTEM DYNAMICS METHODIK
2.2 AGENT-BASIERTE MODELLIERUNG
2.3 DAS BASS-DIFFUSIONSMODELL
2.4 DAS „DISCRETE CHOICE“ MODELL
3 MODELLE ZUR DIFFUSION VON WASSERSTOFF ALS TREIBSTOFF
3.1 WESENTLICHE MODELLE ZUR DIFFUSION VON WASSERSTOFF – EINE ZUSAMMENFASSUNG
3.1.1 Modell für eine nachhaltige Mobilität
3.1.2 Management des Wandels durch die öffentliche Hand
3.1.3 Innovationsprozess Fuel Cell Vehicles
3.1.4 Optimierung der ersten Distribution von Wasserstofftankstellen
3.1.5 Learning by doing und die Diffusion von FCVs
3.1.6 Die Beziehung zwischen Diffusion, lernenden Volkswirtschaften und Förderungen
3.1.7 Wesentliche Parameter aus den untersuchten Ergebnissen
3.1.8 Das H2VISION Modell
3.1.9 Modell zur Diffusion von FCVs in Deutschland
3.1.10 Der Wandel zu Wasserstofffahrzeugen durch Investitionen in die Infrastruktur
4 MODELL ZUR NACHHALTIGEN HERSTELLUNG VON WASSERSTOFF ALS TREIBSTOFF
4.1 FORM DER MODELLIERUNG
4.2 GRUNDLAGEN FÜR DIE MODELLIERUNG DER MÖGLICHEN WASSERSTOFFDIFFUSION IN OSTÖSTERREICH
4.3 WIRTSCHAFTLICHE BETRACHTUNG DER WASSERSTOFFDIFFUSION IN OSTÖSTERREICH
4.4 ERGEBNISSE DER MODELLIERUNG
5 CONCLUSIO
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Diffusion von Wasserstoff als alternativem Treibstoff im Transportsektor unter Verwendung der System-Dynamics-Methodik. Das primäre Ziel ist die Entwicklung eines Modells, das die nachhaltige Herstellung von Wasserstoff, insbesondere unter Nutzung von Windkraftkapazitäten in der Region Ostösterreich/Burgenland, analysiert und die Machbarkeit der Versorgungssicherheit in einem Szenario mit steigender Fahrzeuganzahl bewertet.
- Diffusion von alternativen Treibstoffen
- System-Dynamics-Modellierung zur Analyse von Wasserstofftechnologien
- Ökonomische Betrachtung und Kosten-Nutzen-Analyse der Wasserstoffproduktion
- Lösung des „Henne-Ei-Problems“ bei komplementären Gütern (Fahrzeuge und Tankstellen)
- Regionale Fallstudie zur Nutzung von Windenergie für Elektrolyse
Auszug aus dem Buch
1.1 Thema und Ziel der Arbeit
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem der Diffusion von alternativen Treibstoffen, mit einem „Research Gap“ auf Wasserstoff. Unter dem Begriff Treibstoff wird die Nutzung mittels eines Verwertungsgerätes in jeglicher Hinsicht, wie zum Beispiel durch einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle verstanden. Unter Diffusion ist die Ausbreitung von Wasserstoff als „Alternative“ gemeint. Was bedeuten soll, wie schnell es möglich sein wird Wasserstoff einerseits zu nutzen und andererseits anzubieten, um eine Nachfrage, die dafür vorhanden sein muss, zu decken. Wasserstoff soll also die treibende Kraft am Transportsektor werden.
In einer ersten Analyse soll die Dominanz von Erdöl als „Platzhirsch“ am Treibstoffmarkt aufgezeigt werden, aber auch dadurch entstehende Möglichkeiten sollen positive Voraussetzungen für die Diffusion von Wasserstoff ersichtlich machen. Vereinfacht gesehen könnte man die eingehenden Absätze mit einer Betrachtung einer komplexen S-Kurve vergleichen, wobei die abzulösende Technologie, quasi die Entwicklung von Erdöl als Treibstoff darstellt und die neue Technologie sich mit Wasserstoff als alternativem Treibstoff beschäftigt. Im Rahmen des S-Kurven Konzeptes werden einerseits die technologische Entwicklung und andererseits die dazu passenden kumulierten Forschungs- und Entwicklungsaufwände betrachtet.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Einführung in die Problematik des fossilen Treibstoffverbrauchs und Darlegung des Forschungsziels, Wasserstoff als alternative Antriebsquelle zu untersuchen.
2 METHODEN ZUR MODELLIERUNG: Erläuterung der angewandten Simulationsmethoden, insbesondere der System Dynamics Methodik und der Agent-basierten Modellierung zur Untersuchung von Diffusionsprozessen.
3 MODELLE ZUR DIFFUSION VON WASSERSTOFF ALS TREIBSTOFF: Überblick über existierende wissenschaftliche Modelle zur Diffusion von Wasserstofffahrzeugen und Analyse der zentralen Hindernisse wie des Henne-Ei-Problems.
4 MODELL ZUR NACHHALTIGEN HERSTELLUNG VON WASSERSTOFF ALS TREIBSTOFF: Entwicklung eines eigenen Modells für die Region Ostösterreich, welches die energetische und wirtschaftliche Machbarkeit der Wasserstoffproduktion mittels Windkraft evaluiert.
5 CONCLUSIO: Zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse und Diskussion der Notwendigkeit einer konsequenten staatlichen Förderung für eine erfolgreiche Marktdurchdringung von Wasserstoff.
Schlüsselwörter
Wasserstoff, System Dynamics, Diffusion, Treibstoff, Transportsektor, FCV, Brennstoffzelle, Elektrolyse, Windkraft, Energie Burgenland, Henne-Ei-Problem, Infrastruktur, Nachhaltigkeit, Marktdurchdringung, Modellierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit?
Die Arbeit analysiert die Möglichkeiten und Herausforderungen einer nachhaltigen Wasserstoffherstellung als Treibstoff für den Transportsektor mittels eines System-Dynamics-Modells.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Arbeit behandelt die Diffusion von Wasserstofftechnologien, die Rolle von Infrastrukturausbau, ökonomische Faktoren der Wasserstoffproduktion sowie die Bedeutung von politischen Fördermaßnahmen.
Was ist die zentrale Forschungsfrage?
Es wird untersucht, ob und wie die Diffusion von Wasserstofffahrzeugen in der Modellregion Ostösterreich unter Berücksichtigung der volatilen Windenergieerzeugung ökonomisch nachhaltig realisiert werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert primär auf der System-Dynamics-Modellierung, ergänzt durch einen Vergleich mit existierenden Diffusionsmodellen (z.B. ASTRA, H2VISION, Bass-Modell).
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine Literaturanalyse bestehender Modelle, eine ökonomische Betrachtung der Wasserstoffproduktion sowie die Anwendung und Ergebnisanalyse eines spezifisch entwickelten Modells für das Burgenland.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Wasserstoff, FCV (Fuel Cell Vehicles), System Dynamics, Henne-Ei-Problem, Elektrolyse und erneuerbare Energien.
Warum wird das Burgenland als Modellregion gewählt?
Das Burgenland dient als Beispiel, da es eine Vorreiterrolle bei der Windkraftnutzung in Österreich einnimmt und somit hohe Potenziale für eine ökologische Wasserstoffproduktion bietet.
Wie geht die Arbeit mit dem Henne-Ei-Problem um?
Das Modell verdeutlicht, dass eine erfolgreiche Marktdurchdringung nur durch gleichzeitige Investitionen in die Fahrzeuganschaffung und den Infrastrukturausbau (Tankstellen) unter staatlicher Förderung gelingen kann.
Welche Rolle spielt die Volatilität der Windkraft?
Das Modell zeigt auf, dass schwankende Energieerzeugung durch Zwischenspeicher an den Tankstellen ausgeglichen werden kann, sodass die Versorgungssicherheit gewährleistet bleibt.
- Arbeit zitieren
- Christoph Schmidt (Autor:in), 2013, Nachhaltige Herstellung von Wasserstoff als Treibstoff. Ein System Dynamics Modell, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/509443
