Hochschule Darmstadt

Projektthema:

Alternative Kraftstoffe und Antriebssysteme

für Pkw-Fahrzeuge

vorgelegt von:

Mario Wedler

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Kapitel - Einleitung

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 3

1.1. Problemstellung 4

1.2

Abgrenzung des Themas 5

2

Historische Entwicklung der Antriebssysteme 6

2.1

Analyse des aktuellen Automobilmarktes betreffend der Antriebssysteme 6

2.2

Die ökologischen Schlussfolgerungen die sich hieraus ergeben 7

2.3

Mögliche Folgen bei konsequenter Beibehaltung fossiler Antriebssysteme 7

3 Alternative

Antriebssysteme 8

3.1

Alternative 1 = Hybridmotoren 9

3.1.1

Die ökologischen Aspekte 9

3.1.2

Die technologischen Aspekte 9

3.1.3

Die ökonomischen Aspekte 10

3.1.4

Fazit der Aspekte 10

3.2

Alternative 2 = Elektromotoren 10

3.2.1

Die ökologischen Aspekte 11

3.2.2

Die technologischen Aspekte 11

3.2.3

Die ökonomischen Aspekte 11

3.2.4

Fazit der Aspekte 12

3.3

Alternative 3 = Brennstoffzelle 12

3.3.1

Die ökologischen Aspekte 12

3.3.2

Die technologischen Aspekte 13

3.3.3

Die ökonomischen Aspekte 14

3.3.4

Fazit der Aspekte 14

4 Alternative

Kraftstoffe 16

4.1

Alternative 4 = Wasserstoff 16

4.1.1

Die ökologischen Aspekte 16

4.1.2

Die technologischen Aspekte 17

4.1.3

Die ökonomischen Aspekte 17

4.1.4

Fazit der Aspekte 18

4.2

Alternative 5 = Erdgasfahrzeuge 18

4.2.1

Die ökologischen Aspekte 19

4.2.2

Die technologischen Aspekte 19

4.2.3

Die ökonomischen Aspekte 20

4.2.4

Fazit der Aspekte 21

4.3

Alternative 6 = Biokraftstoffe (Biodiesel / Pflanzenöle) 21

4.3.1

Die ökologischen Aspekte 22

4.3.2

Die technologischen Aspekte 22

4.3.3

Die ökonomischen Aspekte 22

4.3.4

Fazit der Aspekte 22

5

Generelle und gegenseitige Bewertung der Antriebssysteme / Möglichkeiten 24

5.1

Die Umsetzbarkeit der Antriebssysteme 27

6 Prognosen 29

7 Schlussbetrachtung 32

8 Literaturverzeichnis 33

Mario Wedler

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Kapitel - Einleitung

1 Einleitung

Der Bedarf nach Rohstoffen und den damit steigenden Rohstoffpreisen hat die Entwicklung

der Weltwirtschaft in den letzten Jahren entscheidend geprägt. Einen besonders großen

Einfluss hatte der Ölpreis. Die Nachfrage nach Rohöl steigt bis heute weiter an. Zum einen

haben Anschläge, politische Unruhen, Streiks und Naturkatastrophen den Ölpreis erhöht und

zum anderen trägt die steigende Nachfrage weltweit zu immer höheren Preisen bei. Damit

sind in den letzten Jahren die Erdölkapazitäten voll ausgelastet. Von den weiter steigenden

Erdölpreisen ist besonders der Straßenverkehr betroffen, der zu 98 Prozent vom Erdöl als

Treibstoff abhängig ist.1 Die starke Abhängigkeit und der rasante Anstieg des Ölpreises,

sowie die sich verändernde Umweltpolitik haben die Suche nach alternativen Antrieben und

Treibstoffen in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt.

Im Rahmen dieses Projektes sollen alternative Möglichkeiten zu den bekannten klassischen

fossilen Antriebssystemen vorgestellt werden. Als Ausgangssituation wird ein kurzer Blick

auf die historische Entwicklung der Antriebssysteme geworfen. Im ersten Schritt erfolgt dann

eine Ist-Analyse des Automobilmarktes, insbesondere des deutschen Automobilmarktes

betreffend der vorhandenen, in der Regel fossilen Antriebssysteme (Treibstoffe). Mit Hilfe der

erfolgten Analyse wird versucht, daraus mögliche ökologische Schlussfolgerungen zu

ziehen, und somit auch eventuelle Prognosen zu erstellen. Daran kann man zeigen, welche

Folgen sich bei einer konsequenten Beibehaltung der heutigen Situation ergeben würden.

Der nächste Schritt wird versuchen, die gefundenen alternativen Antriebssysteme

darzulegen und unter den erforderlichen Punkten vorzustellen.

Wichtige Punkte und Fragen, die sich für alternative Antriebssysteme ergeben könnten, sind

folgende:

· Was zeichnet ein alternatives Antriebssystem aus?

· Wie sehen die technologischen Umsetzungsmöglichkeiten aus?

· Wie sieht es mit den Kosten und der damit verbunden betriebswirtschaftlichen

Sichtweise aus?

· Wie sieht es mit rechtlich/staatlichen Vorgaben aus?

· Ist eine Umsetzung für eine breite Kundenschicht geeignet und bezahlbar?

· Wie sieht es mit der erforderlichen Infrastruktur aus?

· Ist die Vorraussetzung einer dauerhaften Nutzung der alternativen Rohstoffe gegeben?

· Gibt es alternative Antriebssysteme, die eingesetzt werden oder sich in der Testphase

befinden?

In diesem Projekt soll versucht werden, die alternativen Antriebssysteme nach diesen oben

genannten wichtigen und eventuell noch weiteren zum Tragen kommenden Punkten zu

analysieren. Im letzten Schritt sollen die analysierten Antriebssysteme gegenseitig bewertet

werden und anhand des heutigen Marktes auf Ihre Umsetzbarkeit geprüft werden.

Das

Ziel

des Projektes ist es, die hier behandelten alternativen Antriebssysteme / Möglich-

keiten darzustellen und zu analysieren. Ein weiteres

Ziel

dieses Projektes soll die Prüfung

der generellen Umsetzbarkeit einiger oder aller gefundenen Antriebssysteme sein. Beim

letzten

Ziel

soll versucht werden, anhand der recherchierten Daten, Prognosen zu erstellen.

1 Vgl. Puls, Thomas; Alternative Antriebe und Kraftstoffe ­ Was bewegt das Auto von morgen?; 2006 Deutscher

Instituts-Verlag GmbH Köln; S. 7

Mario Wedler

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Kapitel - Einleitung

1.1. Problemstellung

In Bezug auf die Thematik der alternativen Antriebssysteme und Treibstoffe gibt es eine

Vielzahl von Problemen, die hier dargestellt werden. Dabei wird deutlich, dass im Prinzip ein

viel weiteres Umfeld betroffen und zu beachten ist, als nur alleine die alternativen

Antriebssysteme und Treibstoffe selbst.

Eines der markantesten Probleme ist die endgültige Ressourcenausschöpfung der Erdöl-

vorkommen weltweit. Es werden heute schon Fördermethoden angewendet, die vor Jahren

nicht denkbar gewesen wären, aufgrund zu teurer oder ineffizienter Fördermethoden. Ein

Beispiel stellt Kanada dar: ,,Auf Grund des hohen Ölpreises ist die Förderung der Ölsande im

Norden Albertas profitabel geworden."2 Dieses Beispiel zeigt, es werden auch die letzten

möglichen Rohstoffe gewonnen, egal zu welchem Preis. Gleichzeitig steigt trotz hohem Preis

stetig die Nachfrage nach diesem Rohstoff.

Diese gesteigerte Nachfrage kommt vor allem aus Ländern wie China und Indien. Diese

Länder weisen ein erstaunliches Wirtschaftswachstum auf, allerdings mit dem

entsprechenden Verbrauch und Bedarf an Energie, Rohstoffen und Umwelt. Dort ist das

Umwelt- und Klimabewusstsein in der Gesellschaft nicht so ausgereift wie z.B. in vielen

Industrieländern. Hier liegt ein generelles Problem für die weltweite Umweltpolitik. Ein Teil

der Welt versucht mit allen zur Verfügung stehenden Mitteln die Umwelt und das Klima zu

schützen und in Ländern der so genannten dritten Welt oder den so genannten

Schwellenländern ist dies nicht der Fall.

Die Gesellschaft braucht die Mobilität, also ist auch hier Handlungsbedarf geboten. Die

Folgen einer zu teuren oder wegfallenden Mobilität sind für die heutige Gesellschaft mit nicht

absehbaren Auswirkungen verbunden. Der Straßenverkehr ist eines der Hauptprobleme für

den Klimaschutz, da hier die größten CO2-Emissionen unserer Zeit auftreten. Gleichzeitig ist

der Verkehr auch ein zentraler Bestandteil des gesamten Energiesystems.

Die nächsten Punkte verdeutlichen, dass in Bezug auf die Energie bzw. das Energiesystem

selbst entscheidende Probleme herrschen. Unser auf fossile und nukleare Brennstoffe

gestütztes Energiesystem ist nicht zukunftsfähig. Denn die Kernenergie ist nicht in der Lage,

die Lücke dauerhaft zu schließen, weil sie nicht nachhaltig ist. Zudem sind ihre technischen

und politischen Risiken erheblich und schwer kalkulierbar, was wiederum private Investoren

abschreckt. Die globale Energiewirtschaft ist auf dem Weg, den Ausstieg aus dieser

Energieform zu planen, vorzubereiten und schnellstmöglich zu vollziehen.

Hinsichtlich der Jahrhunderte langen Erfahrung auf dem Gebiet der Energie hat sich

folgendes gezeigt: ,,Jede Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere und auch

jeder Transport und jede Speicherung von Energie ist mit Verlusten verbunden."3 Deshalb

sollten, die erneuerbare Energiequellen möglichst unmittelbar angezapft werden. Hier liegt

das offensichtliche Problem, denn oft ist die unmittelbare Verwendung erneuerbarer

Energien nicht möglich. Zwischen Quelle und Verbrauch müssen i. d. R. örtliche und zeitliche

Abstände überbrückt werden. Gerade Erdöl zeigt diese Abstände, von Förderung,

Herstellung und Verbrauch. Diese Situation ist auch bei vielen alternativen Antriebssystemen

und Treibstoffen zu finden.

2 Auswärtiges Amt; Kanada Wirtschaft; Struktur der Wirtschaft;

Stand: November 2006; URL:

http://www.auswaertiges-amt.de/diplo/de/Laenderinformationen/Kanada/Wirtschaft.html

3 Schmidtchen, Ulrich, Dr.; Wasserstoff und Brennstoffzelle ­ Chancen und Grenzen; Deutscher Wasserstoff- und

Brennstoffzellen-Verband e.V. (DWV); Sonderdruck (NR. 6143) Ausgabe Jg. 106 (2007) Heft 1-2; VWEW

Energieverlag GmbH; URL:

http://www.dwv-info.de/publikationen/2007/ew_Chancen.pdf S. 2

Mario Wedler

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Kapitel - Einleitung

1.2

Abgrenzung des Themas

Anhand der Recherche konnte festgestellt werden, dass es sich hier um ein sehr weites

Themenspektrum handelt. Deshalb ist eine deutliche Themenabgrenzung erforderlich.

Diese Projektarbeit konzentriert sich ausschließlich auf die Betrachtung von

Antriebssystemen / Möglichkeiten (Treibstoffe) für Pkws. Fahrzeuge wie Nutzfahrzeuge und

Busse werden in die Betrachtung der Projektarbeit nicht miteinbezogen.

Punkte, die ebenfalls für die Gestaltung des Straßenverkehrs von morgen eine Rolle spielen,

wie Stichwort

Verkehrsvermeidung und Verkehrsverlagerung

werden ebenfalls nicht

weiter in diesem Projekt behandelt.

Bei den verschiedenen alternativen Antriebssystemen / Möglichkeiten liegt der Fokus auf;

· ökologischen,

· technologischen

und

· ökonomischen

Aspekten.

Ausgenommen einiger ergänzender Stichpunkte bleibt das Hauptaugenmerk auf den

deutschen Markt gerichtet.

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Kapitel - Historische Entwicklung der Antriebssysteme

2

Historische Entwicklung der Antriebssysteme

Die Entwicklung des Straßenverkehrs und die damit verbundene Mobilität sind zu zentralen

Aspekten unseres modernen Lebens geworden. Das zeigt auch die rasante Entwicklung des

Verkehrs in Deutschland. ,,Im Jahr 1960 waren in den alten Bundesländern nur 8 Mio.

Kraftfahrzeuge registriert, 1970 waren es bereits 17 Mio., im Jahr 1980 waren es dann schon

26 Mio. und 1990 waren es insgesamt 35 Mio. Im Jahr 1997 wurde der Kfz-Bestand in den

alten Bundesländern mit 41 Mio. beziffert."4

Viele Antriebe die nachfolgend beschrieben werden, sind keine Erfindungen der Neuzeit,

sondern wurden schon teilweise im 18. und im 19. Jahrhundert entwickelt. Dabei wurden

viele Antriebssysteme sogar als zukunftsträchtiger angesehen, als der Verbrennungsmotor,

der sich schließlich durchgesetzt hat. Aussagen des Visionärs Jules Verne aus dem 19.

Jahrhundert in Bezug auf Wasserstoff, der als ,,Kohle der Zukunft" beschrieben wird, zeigen

dies. Diese Aussage stammt aus dem 1874 erschienen Buch ,,Die geheimnisvolle Insel".5

Allerdings wurden viele der heute alternativen Antriebssystem

/

Möglichkeiten nicht

weiterentwickelt und über die Zeit vergessen. Hauptsächlich hat man sich auf das heute

vorherrschende Antriebsystem des Verbrennungsmotors mit Benzin oder Dieselmotor

konzentriert. Aufgrund der Umweltentwicklung greift man auf viele der nachfolgend

beschriebenen Antriebssysteme wieder zurück.

Damit kann man grundsätzlich sagen, dass ist keines der hier vorgestellten Antriebssysteme

eine Erfindung aus unserer Zeit. Die Leistung der Neuzeit ist die Weiterentwicklung der

alternativen Antriebssysteme, um sie für die Zukunft effektiv nutzbar zu machen.

2.1

Analyse des aktuellen Automobilmarktes betreffend der Antriebssysteme

Die Analyse des aktuellen Automobilmarktes zeigt, dass man momentan von einer generell

schwachen Konjunktur sprechen kann. Dies liegt zum einen an rein ökonomischen Aspekten

und zum anderen auch an ökologischen Aspekten.

Ein weiterer Grund für die weitgehende Flaute auf dem Automobilmarkt sind die vielen

Neuerungen bzw. in der Entscheidung stehenden Planungen von gesetzlichen Vorschriften.

Was besonders die Debatte um die CO2-Grenzwerte und eine Kfz-Besteuerung nach

Schadstoffausstoß betrifft. Deshalb sind viele Kunden in der Kaufentscheidung verunsichert

bzw. wollen die politische Entwicklung abwarten, um die richtige Kaufentscheidung treffen zu

können.

Auf dem aktuellen Automobilmarkt sind die konventionellen Antriebe noch absolut

vorherrschend. Allerdings zeigen Untersuchungen, dass der Anteil der alternativen Antriebe

steigt. Sie erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Die aktuelle Diskussion zum Klimaschutz

und der geplanten Vorschriften zur Senkung des CO2-Ausstoßes, haben viele Autofahrer für

die alternativen Antriebssysteme sensibilisiert. ,,Zu diesem Ergebnis kommt das aktuelle

AUTO BILD Marktbarometer Alternative Antriebe ­ Öko. 97 Prozent der Befragten

befürworten die Weiterentwicklung alternativer Autoantriebe und 77 Prozent glauben, dass

sie in naher Zukunft einen ebenso großen Absatzmarkt haben werden, wie Benzin- oder

Dieselantrieb."6

Ein Beispiel sind die Erdgasfahrzeuge, hier wurden laut Kraftfahrt-Bundesamt, bereits in den

ersten 5 Monaten 4800 Erdgasfahrzeuge verkauft. Dies entspricht einem Anstieg von

4 Limbourg, Maria; Universität Essen; URL:

http://www.uni-duisburg-essen.de/traffic-education/alt/texte.ml/Einsteiger/SiW.pdf S. 1

5 Vgl. Puls, Thomas; (FN 1); S. 70

6 Willkommen auf dem Energie-Verkehr-Infoportal; 97 Prozent der Autofahrer befürworten alternative Antriebe;

22.12.2006; URL:

http://www.energie-infoportal.de/verkehr/2006-12/97-prozent-der-autofahrer-befuerworten-alternative-

autoantriebe.html

Mario Wedler

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Kapitel - Historische Entwicklung der Antriebssysteme

ca. 19% zum Vorjahr. Die Gesamtzahl der Erdgasfahrzeuge in Deutschland stieg damit auf

ca. 60.000 Fahrzeuge.7

Ein weiterer Punkt, der diese Entwicklung auf den aktuellen Automobilmarkt positiv für die

alternativen Antriebssysteme / Möglichkeiten beeinflusst, sind die vielseitigen staatlichen

Förderungen.

2.2

Die ökologischen Schlussfolgerungen die sich hieraus ergeben

Die jetzige Situation zeigt als eine Schlussfolgerung, dass der Treibhauseffekt weiter

fortschreiten wird. Die ökologischen Folgen werden sich zumeist in die negative Richtung

entwickeln. Alle heute schon spürbaren klimatischen Effekte werden sich weiter verstärken.

Darunter fallen Waldsterben, die weiter steigenden Temperaturen, vielerorts häufiger und

schlimmer auftretende Hochwasser, um nur einige zu nennen.

Das beschreibt auch folgendes Zitat: ,,Andererseits sind immer stärker die Folgen des

Verbrauchs dieser Stoffe zu beobachten. Lange Ausführungen zu Treibhausgasemissionen

und Klimawandel erübrigen sich. ,,Jahrhundert-Hochwasser" treten in Deutschland jetzt rd.

alle fünf Jahre auf, und die Gletscher der bayerischen Alpen werden in spätestens 20 Jahren

verschwunden sein."8

Abschließend lässt sich dazu als Schlussfolgerung sagen, dass die gesamten klimatischen

Bedingungen weltweit voranschreiten und die Lebensbedingungen sich wesentlich

verschlechtern werden.

2.3

Mögliche Folgen bei konsequenter Beibehaltung fossiler Antriebssysteme

Als sichere Prognose ist die Endlichkeit der fossilen Kraftstoffe festzustellen. Bei

konsequenter Beibehaltung wird dies schneller erfolgen, als dass weitere alternative

Antriebssysteme / Möglichkeiten eingesetzt werden.

Sollten die alternativen Antriebssysteme und Möglichkeiten unbeachtet bleiben, lässt sich

prognostizieren, dass die Mobilität im Straßenverkehr fast zum Stillstand kommen wird. Die

ersten Anzeichen des immer teurer werdenden Benzins und Diesels bekommen wir heute

schon zu spüren.

Eine Prognose für die Mobilität in der Zukunft besagt, dass die Nutzung von Fahrzeugen als

Fortbewegungsmittel für eine breite Masse der Bevölkerung nicht mehr möglich sein wird.

Als Grund werden vor allem der generelle teure Unterhalt des Fahrzeuges und die hohen

Treibstoffkosten der fossilen Treibstoffe sein. Bei dieser Prognose bleiben öffentliche

Verkehrmittel unbeachtet.

Eine weitere Prognose, die sich daraus ergibt, wenn man einen Schritt weiter geht ist, dass

in fast jedem Bereich die Preise ansteigen könnten. Grund dieser Annahme ist, so gut wie

alle Waren werden in irgendeiner Form transportiert. Die teureren Preise für den Transport

werden direkt an die Verbraucher weiter gegeben. Damit sind bezüglich dieser Entwicklung

nicht nur direkt die Autofahrer betroffen, sondern im Prinzip auch die Allgemeinheit.

Auch könnte es sein, dass nicht mehr die billigste Produktion entscheidend ist, sondern der

billigste und kürzeste Transportweg. Dies bedeutet, es gibt bei konsequenter Beibehaltung,

viele einschneidende Veränderungen, die zum Teil heute noch gar nicht abzusehen sind.

7 Vgl. Pkw Markt in der Flaute; Erdgasautos trotzen dem Trend, URL:

http://www.alternativ-fahren.de/Erdgas/News/Erdgasautos_im_Trend.shtml

8 Schmidtchen, Ulrich, Dr.; (FN 3); S. 2;

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