Paul  Ladewig Alternative Antriebstechnologien  

Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung.  1

2  Das Elektro-Fahrzeug.  2

2.1  Meinungen aus Politik und Wirtschaft.  2

2.2  Varianten der Eletkro-Mobilität.  3

2.3  Der Akkumulator  4

2.4  Der Peugeot iOn.  5

2.5  Verknüpfung von Anbieter- und Nachfrageseite  5

2.6  CO2-Bilanz und Vehicle to Grid Konzept  6

2.7  e-mobility Berlin  9

3  Das Wasserstoff-Fahrzeug.  10

3.1  Meinungen aus Politik und Wirtschaft.  10

3.2  Wasserstoff.  10

3.2.1  Vorkommen  10

3.2.2  Herstellung  11

3.2.3  Speicherung und Transport  12

3.2.4  Anwendung im Fahrzeugbereich: Verbrennungsmotor  12

3.2.5  Anwendung im Fahrzeugbereich: Brennstoffzelle  13

3.2.6  Normen.  14

3.3  Clean Energy Partnership.  15

4  Vor- und Nachteile beider Antriebsvarianten.  16

5  Fazit  18

Literaturverzeichnis.   20

Abk  ürzungsverzeichnis  22

30.05.2010   II

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1 Einleitung

Der Klimawandel betrifft jeden Menschen auf der Erde unmittelbar. Extremwetterlagen wie Überschwemmungen, Dürreperioden, Wirbelstürme usw. nehmen weltweit zu und gefährden Menschenleben und alle Industriezweige der globalen Wirtschaft. Der Hauptverursacher des anthropogenen Klimawandels ist der CO2 Ausstoß und einen großen Anteil daran haben alle gängigen Transportmittel, wie Personen-, Last- und Tankkraftwagen, Eisenbahnen, das Flugzeug, das Schiff etc. Die große Chance, die Auswirkungen des Klimawandels einzudämmen bietet die Verwendung von alternativen Antriebsstoffen, wie Wasserstoff und elektrischen Strom, bei dessen Verwendung in Transportmitteln kein CO2 ausgestoßen wird. Doch die Auswirkungen des Klimawandels und das dadurch verstärkte Umweltbewusstsein sind für Industrie und Politik nicht unmittelbar der treibende Faktor neue Antriebstechnologien auf den Markt zu bringen. Es ist der hohe Ölpreis. Seit der Ölkrise der 70er Jahre ist den Menschen bewusst, dass Öl eine endliche Ressource ist und die stetig steigenden Ölpreise halten das allen Menschen täglich vor Augen. Erst der dadurch entstehende öffentliche Druck und das Streben nach energiepolitischer Unabhängigkeit von der OPEC, der Gemeinschaft Erdöl fördernder Länder, motivieren die Wirtschaft und die Politik nach langfristigen Alternativen zum Erdöl zu suchen. Doch wann und wie führt man solche alternativen Antriebstechnologien am Markt ein und auf welche Hindernisse treffen die Akteure dabei? Mindert die Anwendung dieser Antriebstechnologien tatsächlich die weltweite Emission von Treibhausgasen? Wird sich nur eine alternative Antriebsvariante langfristig durchsetzen?

Um sich diesen Fragen zu nähern, werden in dieser Hausarbeit zunächst beide Antriebstechnologien einzeln betrachtet. Aus diesen Erkenntnissen werden die jeweiligen Vor- und Nachteile herausgearbeitet, um im abschließenden Fazit eine Aussage treffen zu können, welche dieser beiden Antriebsformen sich langfristig auf dem Mobilitätssektor durchsetzen wird.

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2 Das Elektro-Fahrzeug

Elektromobilität ist der Oberbegriff für alle elektrisch, also mit Strom betriebenen Transportmittel, z.B. PKW, LKW, Schiff etc. für den Personen- und Güterverkehr. ¹ Der erste technisch verwendbare Elektromotor wurde bereits vor mehr als 170 Jahren von einem deutschen Ingenieur namens Hermann Jacobi entwickelt. ² Jedoch gelang

dem Elektromotor damals nicht der Durchbruch auf dem Automobilmarkt. Die Gründe dafür sind die gleichen, wie heute: Der Akkumulator als elektrische Energiequelle war zu schwer und zu teuer. Vor allem in den letzten Jahren ist die Entwicklung des Elektromotors jedoch erfolgreich voran geschritten und kann daher deutliche Erfolge vorweisen.

2.1 Meinungen aus Politik und Wirtschaft

Viele Stimmen aus Wirtschaft und Politik sind sich einig, dass die Elektro-Mobilität eine wegweisende Zukunftstechnologie ist: „Der Hybrid-Hype ist nahezu vorbei. In den Ballungsräumen wird in Zukunft vollelektrisch gefahren.“ lt. Hrn. Stadler, Vorsitzender des Vorstands der Audi AG. „Mittlerweile erlaubt es die Technik, einen Elektroantrieb mit Freude am Fahren zu verbinden.“ lt. Hrn. Reithofer, Vorsitzender des Vorstands der BMW AG. „Das Auto von morgen fährt mit Strom.“ lt. Hrn. Wagoner, Chief Executive Officer (CEO) und Chairman der General Motors Corporation „Die Zukunft gehört dem Elektroauto - mit Strom aus der Steckdose“ lt. Hrn. Winterkorn, Vorsitzender des Vorstands der Volkswagen AG. 3

Unterstützung erhält die deutsche Wirtschaft durch die Bundesregierung in der gemeinsamen Erklärung von Bundesregierung und deutscher Industrie zur Etablierung der Nationalen Plattform Elektromobilität vom 03. Mai 2010. Demnach sollen bis zum Jahre 2020 1 Millionen Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen fahren. Die deutsche Wirtschaft soll hierbei innovative Technologien, Konzepte und Lösungen für nachhaltige Mobilität liefern und die Politik setzt dafür geeignete Rahmenbedingungen und Impulse. Hauptbeweggrund der Politik ist hierbei die Erreichung der selbst gesetzten Klimaschutzziele und die

¹ vgl. Wikipedia, Begriff: Elektromobilität

² vgl. leifiphysik, Geschichte Elektromotor

³ vgl. RWE-Infobroschüre, 2008, S. 14ff

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Energieversorgungssicherheit. Damit ist hauptsächlich die Unabhängigkeit vom Erdöl und Erdgas gemeint. Die Bundesregierung ist weiterhin der Ansicht, dass sich der Verkehr bis 2050 überwiegend auf alternative Kraftstoffe und innovative Antriebstechnologien stützen muss und weist der Elektrotechnologie dabei eine Schlüsselrolle zu. 4

2.2 Varianten der Eletkro-Mobilität

Ein Elektroauto ist nicht gleich einem Elektroauto. Es gibt verschiedene Antriebskonzepte mit verschiedenen Eckdaten. Die gängigsten Typen von Elektrofahrzeugen werden als Micro Hybrid, Mild Hybrid, Strong Hybrid, Plug in Hybrid und Electric Vehicle bezeichnet, wobei der letzte Begriff dem entspricht, was allgemein unter einem Elektroauto verstanden wird. Micro Hybrid stellt den ersten Schritt in Richtung Elektro-Antrieb dar und bezeichnet ein Start-Stopp-System, bei welchem der Starter durch eine elektrische Maschine ersetzt wird, welche den Verbrennungsmotor abschaltet, sobald das Fahrzeug hält. Betätigt der Fahrer die Kupplung startet das Micro Hybrid System den Verbrennungsmotor automatisch. Sobald das Fahrzeug z.B. an einer roten Ampel hält wird also Kraftstoff eingespart. So kann der gesamte Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges im Stadtzyklus um bis zu acht Prozent gesenkt werden. ⁵ Beim Mild Hybrid stellt ein verhältnismäßig kleiner Elektromotor ausreichend elektrische Energie für das Bordnetz zur Verfügung und kann die gewonnene elektrische Energie auch in mechanische Antriebsleistung umwandeln. Der Elektromotor fungiert auch als Generator, indem er kinetische Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie während des Schiebe- und Bremsbetriebes umwandelt. Diese Energie nutzt der Elektromotor zur Unterstützung beim Anfahren und Beschleunigen, wenn bei niedriger Motorendrehzahl besonders viel Drehmoment benötigt wird. Dadurch kann der Verbrennungsmotor bei gleicher Leistung kleiner dimensioniert werden und verbraucht weniger Kraftstoff. ⁶ Der Strong Hybrid besitzt eine stärkere Elektromaschine, als der Mild Hybrid und kann dadurch eine noch größere Drehmomentunterstützung bieten. Beim Anfahren

⁴ vgl. Erklärung von Bundesregierung und deutscher Industrie, 2010, S.1

⁵ vgl. kfztech, online Lexikon, 2010, S. 2f

⁶ vgl. kfztech, online Lexikon, 2010, S. 3

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dient der Elektromotor als Antriebsquelle, weil er sein maximales Drehmoment bereits aus dem Stand entwickelt. Beschleunigt das Fahrzeug, dann wirken beide Motoren gleichzeitig. Bei konstanter Fahrt kommt die Antriebskraft vom Verbrennungsmotor. Gleichzeitig arbeit der Elektromotor als Generator und versorgt das Bordnetz und den Akku mit Strom. Beim Bremsen und bei Bergabfahrten wird die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Bei konventionellen Fahrzeugen geht diese kinetische Energie als Abwärme der Motoren verloren. Auch beim Strong Hybrid wird die Start-Stopp-Automatik angewendet, er verbindet also die Vorteile aller Hybridvarianten. Die Plug In Hybrid Fahrzeuge stellen eine Erweiterung der Strong Hybride dar, da sie ihren Akku zusätzlich über ein Stromkabel aufladen können.

Beim Electric Vehicle handelt es sich um ein Fahrzeug, dass ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben wird. Dieser kann alle Vorteile vom Micro bis zum Plug In Hybrid vereinen und ersetzt den Verbrennungsmotor vollständig. Somit stellt das Electric Vehicle die eigentliche Definition des Elektroautos dar.

2.3 Der Akkumulator

Der Akkumulator (Akku), fälschlicherweise auch oft als Batterie bezeichnet, ist das Herzstück des Elektroautos, weil der Elektromotor über ihn seine benötigte Energie bezieht. Der Nachteil heutiger Akkus ist jedoch, dass sie nur eine relativ kleine Menge Energie pro Volumen oder Gewicht speichern können. Die Entwicklung von Akkumulatoren muss daher vor allem hinsichtlich hoher Energie- und Leistungsdichte, hoher Lebensdauer, sicheren Betrieb und niedriger Herstellkosten vorangetrieben werden. ⁷ Das größte Potenzial bietet hierbei der Lithium Ionen Akkumulator (Li Ion Akku). Der Li Ion Akku besitzt eine hohe Energiedichte, ist thermisch stabil und liefert über den Entladezeitraum eine konstante Spannung. Die Li-Ion-Akkus haben bei einem geringeren Gewicht die gleiche Ladekapazität wie konventionelle Akkus, wie z.B. Nickel-Cadmium-Akkus. Der Wirkungsgrad eines Akkumulators ist das Verhältnis von Entlademenge zu Lademenge. Dieser liegt bei Li-Ion-Akkus bei 95%, allerdings ist er temperaturabhängig und nimmt mit sinkender Temperatur stark ab. ⁸ Durch den hohen Wirkungsgrad kann das Gewicht

⁷ vgl. FVEE, 2010, S. 4

⁸ vgl. Lindler, L., 2009, S. 2

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