Hochschule für Technik, Wirtschaft und Gestaltung Konstanz

Fachbereich Wirtschafts- und Sozialwissenschaften

Studienrichtung: Betriebswirtschaft

Environmental Economics

7. Semester

Antriebe und Kraftstoffe der Zukunft

in der Automobilindustrie

Thomas Wagner

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Antriebe und Kraftstoffe der Zukunft in der Automobilindustrie

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Inhaltsverzeichnis

1. Problemstellung und Zielsetzung

3

2. Antriebe und Kraftstoffe der Zukunft in der Automobilindustrie

7

2.1.

Antriebe der Zukunft

8

2.1.1.

Brennstoffzelle als Antrieb der Zukunft

8

2.1.2.

Hybrid-Technologie als Antrieb der Zukunft

12

2.2.

Kraftstoffe der Zukunft

17

2.2.1.

Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft

17

2.2.2.

Bioethanol als Kraftstoff der Zukunft

22

2.2.3.

Autogas als Kraftstoff der Zukunft

25

3. Fazit und Ausblick

30

Anhang

4. Quellenverzeichnis

33

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Antriebe und Kraftstoffe der Zukunft in der Automobilindustrie

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1. Problemstellung und Zielsetzung

Die Globalisierung fordert heute von den Teilnehmern der globalen Marktwirtschaft eine nie

zuvor da gewesene Flexibilität und Mobilität. Der allgemeine Personen- und Güterverkehr

muss sich diesen Anforderungen stellen, was zur Folge hat, dass das Verkehrsaufkommen auf

den Straßen in den letzten Jahren stetig zugenommen hat. Allein in Deutschland ist die Zahl

der registrierten Personenkraftwagen im Jahre 2006 auf etwa 46,1 Mio. gestiegen

(www.adac.de). Wesentlich höhere Zuwachsraten als die in Deutschland, verzeichnen

bevölkerungsstarke Länder wie China und Indien, dessen Einwohner sich durch die

Einbeziehung in das internationale Wirtschaften zunehmend Mobilität, in Form von eigenen

Autos, leisten können und wollen (Brenner, www.buergerimstaat.de). Aufgrund dieser

Tatsache geht man davon aus, dass China bis zum Jahr 2020 den größten Fahrzeugmarkt der

Welt vorweisen können wird (Naunin, 2007, S. 65). Eine Untersuchung der Vereinten

Nationen hat sogar ergeben, dass sich der weltweite Fahrzeugbestand von etwa 800 Mio. im

Jahr 2000 auf circa 1,6 Mrd. Fahrzeuge im Jahr 2030 erhöhen wird (Naunin, 2007, S.118).

Die heutigen Verbrennungsmotoren dieser Kraftfahrzeuge beziehen ihre Energie größtenteils

aus Kraftstoffen, die aus Rohöl gewonnen werden. Um sich die Größenordnung des

erwähnten Energiebedarfes ungefähr vorstellen zu können, sei an dieser Stelle eingefügt, dass

alleine für den deutschen Verkehr im Jahr 2004 59 Mio. Tonnen Kraftstoffe, die bei der

Herstellung auf Erdöl basieren, verbraucht wurden1. Der Anteil des deutschen Straßen-

verkehrs daran, war mit 85 % sehr beachtlich (BMU, Erneuerbare Energien, 2006, S. 104).

Bei der Verbrennung von solchen fossilen Rohstoffen entstehen neben CO2-Emissionen auch

umwelt- und gesundheitsschädliche Rückstände wie Stickstoffoxide, Kohlenwasserstoffe,

Kohlenmonoxid und Rußpartikel (BMU, Aus Verantwortung für die Zukunft, 2007, S. 38).

Geht man nun, wie oben erwähnt, davon aus, dass der Fahrzeugverkehr in Zukunft drastisch

zunehmen wird, so kann man erahnen, welch großen Beitrag der Verkehr zur

Umweltverschmutzung und deren Folgen leistet und erst noch leisten wird. Das nachfolgende

Schaubild zeigt deutlich die beschriebene positive Korrelation zwischen dem Anstieg der

Primärenergie, der Bevölkerung und der CO2-Emissionen.

1 Der Verkehr ist nach den Haushalten der zweitgrößte Energieverbraucher der deutschen Volkswirtschaft.

(BMU, Erneuerbare Energien, 2006, S. 104)

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Abbildung 1: Entwicklung der globalen CO2-Emissionen

Entwicklung der globalen energiebedingten CO2-Emissionen seit 1870 und ihrer

Hauptursachen: Bevölkerungszuwachs und Verbrennung von Kohle, Mineralöl und Erdgas

Quelle: www.bmu.de

CO2-Emissionen werden für den Treibhauseffekt und somit für die globale Erderwärmung

verantwortlich gemacht. Ziel muss deshalb sein, diese Emissionen zu reduzieren. Dass das

Thema auch in der deutschen Bevölkerung Rückhalt findet, zeigen repräsentative Umfragen:

Demnach sprachen sich 45 % der Deutschen dafür aus, dass die Bundesregierung in Zukunft

verstärkt für eine deutliche Verringerung von klimaschädlichen Gasen sorgen soll. 59 % der

deutschen Bevölkerung fordert gar Maßnahmen für eine Substitution der Energieversorgung

mit Öl und Gas durch erneuerbare Energiequellen wie beispielsweise Sonnen-, Wind- und

Wasserkraft (BMU, Umweltbewusstsein in Deutschland, 2006, S. 24).

Aber nicht nur aus umweltpolitischen Gründen ist eine Abkehr vom Rohölverbrauch sinnvoll,

sondern auch wegen der Endlichkeit der weltweiten Erdölvorkommen. Gerade der Verkehr ist

von diesen fossilen Vorkommen in starkem Maße abhängig, existieren doch heute fast

ausschließlich Fahrzeuge mit Otto- und Dieselmotoren (Naunin, 2007, S. 66). Die hierfür

erforderlichen Benzin- und Dieselkraftstoffe haben sich zwar bisher als sehr energieeffektiv

und im Vergleich dazu als kostengünstige Energiequellen erwiesen. Doch mit den steigenden

Rohölpreisen in den letzten Jahren, die folglich aus den knapper werdenden Ressourcen

herrühren, und angesichts der Umweltproblematik treten zunehmend Überlegungen vom

Einsatz anderer wettbewerbsfähiger Antriebssysteme und Kraftstoffen in den Vordergrund

(Krüger, 1997, S. 13).

In dieser Arbeit möchte ich mich dieser Fragestellung, den Antrieben und Kraftstoffen der

Zukunft in der Automobilindustrie, näher zuwenden und herausfinden, inwiefern diese

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Technologien dafür geeignet sind, Schadstoffemissionen zu reduzieren und, unabhängig von

den Erdölreserven, eine nachhaltige Energieversorgung im Verkehrswesen sicherzustellen.

Hierbei ist der Automobilindustrie bei der Umsetzung eine einflussreiche Rolle zugewiesen,

da sie in bedeutender Art und Weise das Angebot an Kraftfahrzeugen mit sauberen

Technologien mitgestaltet. Dass die Automobilindustrie auf dem Weg zur Reduzierung von

straßenverkehrsbezogenen CO2-Emissionen schon erste Erfolge vorweisen kann, zeigt die

nachstehende Grafik des Verbandes der Automobilindustrie (VDA). Demnach nimmt der

CO2-Ausstoß seit dem Jahr 2000 kontinuierlich ab. Erreicht wurde dies überwiegend durch

Verbesserungen und Effizienzsteigerungen der Verbrennungsmotoren (Verminderung des

Kraftstoffverbrauchs). Auch für die Zukunft ist eine weitere Reduzierung prognostiziert.

Abbildung 2: CO2-Emissionen des Straßenverkehrs - Der Höhepunkt ist überschritten

Bis zum Jahr 2030 sollen die CO2-Emissionen in Deutschland nach Vorstellung des

VDA um weitere 20.000 Kilotonnen pro Jahr zurückgehen.

Quelle: www.vda.de

Diese weitere Reduzierung wird im Wesentlichen auf die Einbringung von neuen

Antriebssystemen und Kraftstoffen zurückzuführen sein. Dazu gehören Technologien wie

beispielsweise der Hybrid- oder Wasserstoffantrieb. Abbildung 3 zeigt die bestehenden

Möglichkeiten mit erfolgsversprechenden Aussichten auf. Gut erkennbar ist hier, dass von der

Automobilindustrie die Wasserstofflösung favorisiert wird und die anderen Technologien als

Zwischenlösungen angesehen werden. Auch das Bundesumweltministerium sieht dieses

Vorgehen ähnlich, welches aus der Abbildung 4 ersichtlich ist.

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Abbildung 3: Die Roadmap in der Antriebstechnologie

Links der Straße sind die Kraftstoffe, rechts davon die Antriebsarten angezeigt

Quelle: www.vda.de

Abbildung 4: Strategisches Gesamtkonzept der Kraftstoffstrategie

Quelle: www.bmu.de

In meiner Arbeit möchte ich allerdings nur auf folgende ausgewählte und vielversprechenden

Antriebe und Kraftstoffe der Zukunft eingehen: Brennstoffzelle, Hybrid-Technologie,

Wasserstoff, Bioethanol sowie Autogas. Das letztgenannte Thema werde ich intensiver

diskutieren, da ich mein Auto auf Flüssiggas umrüsten ließ und somit Erfahrungen mit dieser

Kraftstoffvariante einbringen kann. Des Weiteren bleibt darauf hinzuweisen, dass sich meine

Untersuchungen und Erkenntnisse lediglich auf Personenkraftwagen abgegrenzt (also weder

auf Nutzfahrzeuge noch auf öffentliche Verkehrmittel) beziehen.

Bei der Ausarbeitung der Themenstellung habe ich mich entschieden die beiden Antriebe

(Brennstoffzelle und Hybrid-Technologie) allgemein vorzustellen und die Vor- und Nachteile

dieser Varianten aufzuzeigen. Außerdem beleuchte ich kritisch deren Zukunftsfähigkeit.

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Bei den Ausformulierungen zu den Kraftstoffen hingegen, bin ich folgendermaßen

vorgegangen: Ich werde jeweils die Kraftstoffart und ihre Herkunft vorstellen. Danach gehe

ich auf die Aspekte ein, wie der Kraftstoff gewonnen wird und wo er ökonomisch sinnvoll

hergestellt werden kann. Zentrale Entscheidungskriterien über die Zukunftsfähigkeit der

Kraftstoffvarianten (Emissionen und Wirtschaftlichkeitsanalysen) folgen im Anschluss daran,

bevor ich abschließend die Vor- und Nachteile des Kraftstoffes in einem kritischen Fazit

abrunden werde.

Als Ergebnis meiner Analyse von Antrieben und Kraftstoffen der Zukunft in der

Automobilindustrie bin ich zu der Erkenntnis gelangt, dass meiner Meinung nach, hinsichtlich

der Umwelteinflüsse und Ressourcenaspekte, kein Antrieb und kein Kraftstoff für sich alleine

die Zukunftstechnologie sein wird. Vielmehr bin ich davon überzeugt, dass die

Hybridtechnologie, in Verbindung mit Bremsenergierückgewinnung und die Einspeisung der

Rollenergie bei Bergabfahrten zusammen mit einem optimalen Kraftstoff auf biogener Basis

und einer optimierten Fahrzeugform, aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten

heraus, die beste Wahl darstellen und sich auf dem globalen Markt durchsetzen wird.

2. Antriebe und Kraftstoffe der Zukunft in der Automobilindustrie

Bevor hier nun die Antriebe und Kraftstoffe der Zukunft vorgestellt werden, muss zum

besseren Verständnis erst geklärt werden, worin sich Antriebe und Kraftstoffe voneinander

unterscheiden.

Ein Antrieb wandelt die Energie, die aus externen Energiespeichern kommt, in mechanische

Bewegungen um und ist die Technologie für den Betrieb eines Motors. Als Beispiel kann man

hier den typischen Verbrennungsmotor nennen, aber auch die Hybrid-Technologie fällt unter

diesen Begriff.

Ein Kraftstoff hingegen ist die Energiequelle, die den Antrieb speist. Beispiele hierfür sind

Benzin, Flüssiggas, Erdgas oder auch Wasserstoff.

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