Alternative Antriebstechnologien: Elektro- versus Wasserstoff-Fahrzeug


Seminararbeit, 2010
24 Seiten, Note: 2,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Das Elektro-Fahrzeug
2.1 Meinungen aus Politik und Wirtschaft
2.2 Varianten der Eletkro-Mobilität
2.3 Der Akkumulator
2.4 Der Peugeot iOn
2.5 Verknüpfung von Anbieter- und Nachfrageseite
2.6 CO2-Bilanz und Vehicle to Grid Konzept
2.7 e-mobility Berlin

3 Das Wasserstoff-Fahrzeug
3.1 Meinungen aus Politik und Wirtschaft
3.2 Wasserstoff.
3.2.1 Vorkommen
3.2.2 Herstellung
3.2.3 Speicherung und Transport
3.2.4 Anwendung im Fahrzeugbereich: Verbrennungsmotor
3.2.5 Anwendung im Fahrzeugbereich: Brennstoffzelle
3.2.6 Normen
3.3 Clean Energy Partnership

4 Vor- und Nachteile beider Antriebsvarianten

5 Fazit

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

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.

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

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 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 der Li Ion Akkus reduziert werden, was bisher ein zentrales Problem des Elektro­Fahrzeuges darstellt. Auch beim modernen Li-Ion-Akku kann ein Stillstandsverlust nicht ausgeschlossen werden. So wäre der aufgeladene Akku eines Elektrofahrzeuges z.B. nach einem mehrwöchigen Urlaub leer, was auf wenig Akzeptanz seitens der Nachfrager stoßen würde. Dennoch überwiegen deutlich die Vorteile von Li Ionen Akkus und deshalb wird weltweit in verschiedenen Projekten an der Weiterentwicklung dieser Akkus gearbeitet.

2.4 Der Peugeot iOn

Peugeot wird z.B. Ende 2010 einen serienreifen Elektro-Kompaktwagen namens iOn auf den Markt bringen. Es handelt sich hierbei um ein reines Elektroauto, dessen 47kW starker Elektromotor von einem Li Ion Akku gespeist wird. Dieser besteht aus 88 Zellen mit einer jeweiligen Kapazität von 50 Ampèrestunden. Er kann über eine haushaltsübliche 220Volt-Steckdose innerhalb von 6 Stunden komplett aufgeladen werden und verfügt damit über eine Reichweite von 130km. Mit Hilfe eines Schnellladesystems über eine Ladestation mit 380/400 Volt kann der Li-Ion-Akku innerhalb von 30 Minuten zu 80% aufgeladen werden. Dies sind für ein Elektroauto bereits sehr gute Werte. Ziel von Peugeot ist es, den iOn für eine monatliche Leasingrate von unter 500,- € pro Monat anzubieten.[9]

Zum Vergleich seien dazu die Eckdaten eines vergleichbaren konventionellen Kompaktwagens in Form des aktuellen Peugeot 107 aufgeführt. Dieser bietet mit seinem 50kW starken Verbrennungsmotor eine Höchstgeschwindigkeit von 157km/h bei einem kombinierten Verbrauch von 4,5l/100km. Damit verfügt er bei einem geschätzten Tankvolumen von 45 Litern über eine theoretische maximale Reichweite von 1.000km. Er ist bereits ab einer Leasingrate von 110,- € monatlich verfügbar. Er verursacht jedoch eine lokale, kombinierte CO2-Emission von 106g/km, welche beim iOn bei 0g/km liegt.

2.5 Verknüpfung von Anbieter- und Nachfrageseite

Das größte Hindernis zur großflächigen Einführung von Elektroautos ist das Dilemma der Infrastruktur. Ohne eine große Anzahl von Elektroautos ist die Aufstellung von Ladesäulen für Energiekonzerne nicht profitabel und ohne eine große und flächendeckende Anzahl von Ladesäulen bleibt die Nachfrage nach Elektroautos gering. In den meisten Wohngebieten liegt die Garagenquote bei einem Drittel, weshalb die Mehrzahl der Fahrzeuge auf der Straße parkt. Selbst ein Fahrzeug, dass in der Garage aufgeladen werden kann, benötigt bei aktuellem Stand der Technik ca. sechs Stunden zur vollständigen Aufladung. Um ein Netz an öffentlichen Ladestationen aufzubauen haben sich daher viele Kooperationen zwischen Autoherstellern und Energieversorgern gebildet. So arbeiten allein in Berlin Daimler und RWE, Volkswagen und Eon und Vattenfall und BMW zusammen. Jedoch führen solche Insellösungen langfristig zu keinem Erfolg. Für eine Marktdurchdringung der Elektroautos bedarf es Standards und Normen, damit die Besitzer von Elektroautos die Ladesäulen verschiedener Energieanbieter nutzen können. Daher haben sich, zusammen mit den drei genannten deutschen Automobilkonzernen, Renault-Nissan, PSA Peugeot Citroen, Fiat, Volvo, Ford, General Motors, Mitsubishi, Toyota und verschiedene europäische Energiekonzerne in einer Arbeitsgruppe vereint, um gemeinsame Standards zu entwickeln. Ein weiterer Grund für diesen großen Zusammenschluss ist auch die Vermeidung von teuren Fehlentwicklungen. Höchstwahrscheinlich wird es auf einen fünfpoligen Stecker (dreiphasig, 400 Volt) hinaus laufen und das Anschlusskabel wird lose im Fahrzeug gelagert. Dank einer Ladeleistung von 40 Kilowatt können die Ladesäulen in Deutschland 100km Reichweite innerhalb von deutlich unter einer Stunde nachladen.[10] Mit dieser Standardisierung der Ladesäulen kann das Infrastruktur­Dilemma durchbrochen werden, weil ab dann jede zusätzliche Ladesäule ein Gewinn für die gesamte Infrastruktur ist, da jedes Elektroauto an ihr aufgetankt werden kann. Dadurch kann der Markt der Elektromobilität für Interessenten immer attraktiver werden, da sich immer mehr Gelegenheiten finden werden, um das Fahrzeug nachzuladen. Dadurch können auch die anfänglichen Nachteile ggü. dem Verbrennungsmotor bezüglich Reichweite und Dauer der Auftankung überbrückt werden.

[...]


[1] vgl. Wikipedia, Begriff: Elektromobilität

[2] vgl. leifiphysik, Geschichte Elektromotor

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

[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

[7] vgl. FVEE, 2010, S. 4

[8] vgl. Lindler, L., 2009, S. 2

[9] vgl. Peugeot Infobroschüre, 2010, S. 1ff

[10] vgl. AutoMotorSport, 2010, S.1

Ende der Leseprobe aus 24 Seiten

Details

Titel
Alternative Antriebstechnologien: Elektro- versus Wasserstoff-Fahrzeug
Hochschule
FOM Essen, Hochschule für Oekonomie & Management gemeinnützige GmbH, Hochschulleitung Essen früher Fachhochschule
Veranstaltung
Energy Sector
Note
2,0
Autor
Jahr
2010
Seiten
24
Katalognummer
V181323
ISBN (eBook)
9783656045359
ISBN (Buch)
9783656044796
Dateigröße
460 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Ingenierwissenschaften, Fahrzeugtechnik, Elektro-Auto, Elektro-Mobilität, Wasserstoff-Auto, Wasserstoff-Fahrzeug, Alternative Antriebstechnologien, Öko-Mobilität, Green-Mobility
Arbeit zitieren
B.B.A. Paul Ladewig (Autor), 2010, Alternative Antriebstechnologien: Elektro- versus Wasserstoff-Fahrzeug, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/181323

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