Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
1.2 Methodik und Aufbau
2 Antriebskonzepte in Kraftfahrzeugen
2.1 Der Verbrennungsmotor
2.2 Der Elektroantrieb
2.3 Der Hybridantrieb
2.4 Der Brennstoffzellenantrieb
3 Wissenschaftliche Methodik
3.1 Die Erfolgsfaktorenforschung
3.2 Die Nutzwertanalyse als Entscheidungsinstrument
3.3 Methodische Anwendung
4 Analyse der Erfolgsfaktoren
4.1 Ökonomische Merkmale
4.2 Ökologische Merkmale
4.3 Technische Merkmale
4.4 Sonstige Merkmale
5 Elektromobilität in Deutschland
5.1 Ergebnisse der Umfrage
5.2 Ergebnisse der Analyse
5.3 Herausforderungen der deutschen Automobilindustrie
6 Management Implikation
Anhang
Anhang A: Die Automobilbranche in Deutschland
Anhang B: Funktionen der Hybridfahrzeuge
Anhang C: ADAC-Fahrzeugvergleich
Anhang D: Ladestationen in Deutschland nach Standort
Anhang E: Anzahl der Ladestationen in den Bundesländern
Anhang F: Massen und Volumina für unterschiedliche Energieträger
Anhang G: Gegenüberstellung der Benzin- und Rohölpreise
Anhang H: Erläuterung von WtT, TtW und WtW
Anhang I: Amortisationsstrecken der Elektroautos ggü. anderen Antrieben
Anhang J: Vergleich der Energieträger in Deutschland (2013–2018)
Anhang K: Anteil der erneuerbaren Energien in der EU (2017)
Anhang L: Neue Designmöglichkeiten durch den elektrischen Antrieb
Anhang M: Elektroautos mit der größten Reichweite (Jan. 2019)
Anhang N: Anteil der Elektroautos im Fuhrpark der Bundesministerien
Anhang O: Grundlegende Informationen zu der Expertendiskussion
Anhang P: Ergebnisse der Expertendiskussion
Anhang Q: Grundlegende Informationen zu der Umfrage
Anhang R: Berechnung der Gewichtung für die NWA
Anhang S: Bewertungsschema für die Nutzwertanalyse
Anhang T: NWA ohne „Gesundheitliche Belastung“ und „Klimabilanz“
Anhang U: NWA mit Annahmen bzgl. des Brennstoffzellenantriebes
Anhang V: Elektromobilität in Deutschland
Anhang W: Die führenden Automobilnationen im Vergleich
Anhang X: Erwerbbare E-Autos in Deutschland
Anhang Y: Erwerbbare Brennstoffzellenwagen in Deutschland (Jan. 2019)
Anhang Z: Kundenakzeptanz in Deutschland
Glossar
Quellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Prinzip des Viertakt-Ottomotors
Abb. 2: Aufbau Verbrennungsmotor (6-Zylinder-Reihenmotor)
Abb. 3: Funktionsweise eines Drehstrommotors
Abb. 4: Serielle, parallele und leistungsverzweigte Hybridantriebe
Abb. 5: Spezifität der Erfolgsfaktoren
Abb. 6: Methoden zur Identifikation von Erfolgsfaktoren
Abb. 7: Unterhaltskosten der Antriebe nach Danny Kreyenberg
Abb. 8: CO2-Bilanz der Antriebe
Abb. 9: Erdöl-Fakten
Abb. 10: Temperaturbereiche eines Lithium-Ionen-Akkus
Abb. 11: Fakten über die Automobilbranche in Deutschland
Abb. 12: Einteilung der Hybridfahrzeuge nach ihrem Hybridisierungsgrad
Abb. 13: Auszug aus dem ADAC-Fahrzeugvergleich
Abb. 14: Verteilung der Ladestationen nach Standort
Abb. 15: Ladestationen in den deutschen Bundesländern
Abb. 16: Vergleich der gespeicherten Massen und Volumina an Bord
Abb. 17: Rohölpreise und Benzinpreise in Deutschland
Abb. 18: Darstellung von Well-to-Tank, Tank-to-Wheel und Well-to-Wheel
Abb. 19: Amortisationsstrecken der Elektroautos
Abb. 20: Energieträger der Nettostromerzeugung in Deutschland
Abb. 21: Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung
Abb. 22: Konzeptautos mit Elektroantrieb
Abb. 23:Reichweitenstärksten Elektroautos
Abb. 24: Elektroautos im Fuhrpark der Bundesministerien
Abb. 25: Agenda der Expertendiskussion
Abb. 26: SWOT-Matrix Verbrennungsmotor
Abb. 27: SWOT-Matrix Elektroantrieb
Abb. 28: SWOT-Matrix Hybridantrieb
Abb. 29: SWOT-Matrix Brennstoffzellenantrieb
Abb. 30: Allgemeine Informationen bezüglich der Umfrage
Abb. 31: Erste Seite der Umfrage
Abb. 32: Zweite Seite der Umfrage
Abb. 33: Dritte Seite der Umfrage
Abb. 34: Vierte Seite der Umfrage (Teil 1)
Abb. 35: Vierte Seite der Umfrage (Teil 2)
Abb. 36: Fünfte Seite der Umfrage
Abb. 37: Berechnung der Gewichtung
Abb. 38: Bewertungsschema der NWA
Abb. 39: Scoring-Modell ohne „Gesundheitliche Belastung“ und „Klimabilanz“
Abb. 40: Scoring-Modell mit Annahmen bzgl. des Brennstoffzellenantriebes
Abb. 41: Entwicklung des Kraftfahrzeugbestandes nach Kraftstoffart
Abb. 42: Vergleich der Bestände von Fahrzeugen nach Kraftstoffart
Abb. 43: Absolute und prozentuale Veränderung des Fahrzeugbestandes
Abb. 44: Grafische Darstellung der Entwicklung des Fahrzeugbestandes
Abb. 45: Index Elektromobilität von der Fka mbH und Roland Berger GmbH
Abb. 46: BEVs von deutschen Automobilherstellern
Abb. 47: BEVs von ausländischen Automobilherstellern
Abb. 48: Brennstoffzellenfahrzeuge
Abb. 49: Kaufinteresse an einem Elektrofahrzeug in Deutschland
Abb. 50: Akzeptierte Dauer für den E-Auto-Ladevorgang in Deutschland
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Vergleich Ladeinfrastruktur und Tankstellennetz
Tabelle 2: Die verschiedenen Ladestationen im Vergleich
Tabelle 3: Umfrageergebnisse
Tabelle 4: Scoring-Modell der Antriebsarten
Tabelle 5: Ausschnitt der NWA ohne Klimabilanz und gesundheitl. Belastung
1 Einleitung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
Mobilität ist zu einem Grundbedürfnis unserer Gesellschaft geworden. Dabei ist das Automobil seit seiner Erfindung im 19. Jahrhundert das beliebteste Fortbewegungsmittel der deutschen Bevölkerung und hat mittlerweile aufgrund seiner Individualität, Flexibilität und Schnelligkeit einen festen Bestandteil im Alltag.
Die Automobilindustrie hat in den letzten 130 Jahren einen enormen Aufschwung durchlaufen und zählt heute weltweit zu den bedeutendsten Branchen. Insbesondere in Deutschland war die Automobilindustrie1 ein entscheidender Treiber des wirtschaftlichen Aufstiegs und hat heute einen so großen Anteil an der heimischen Wertschöpfung wie in keiner anderen Volkswirtschaft der Welt.
Der Kern aller Kraftfahrzeuge sind, abgesehen von einigen Jahren zu Beginn des Automobilzeitalters, die verbrennungsmotorischen Antriebe. Die Gründe dafür sind vor allem die gute Fahrdynamik, die relativ kostengünstige Bauweise und die hohe Energiedichte der verwendeten fossilen Rohstoffe. Allerdings treten aufgrund der weltweiten Verbreitung des Kraftfahrzeuges die langfristigen Probleme zunehmend in den Vordergrund. Der Kraftstoff für den Verbrennungsmotor wird hauptsächlich aus denen von Natur aus begrenzten fossilen Rohstoffen wie Öl oder Erdgas gewonnen. Zudem hat der Verbrennungsmotor einen relativ geringen Wirkungsgrad und durch die Verbrennung der Kraftstoffe werden Kohlendioxid (CO2), Feinstaub und Stickoxide (NOx) ausgestoßen. Dabei sind vor allem in Ballungsgebieten aufgrund des enormen Verkehrsaufkommens die Schadstoffkonzentrationen und auch die nicht zu vernachlässigen Geräuschemissionen besonders hoch. Darüber hinaus ist das Treibhausgas CO2, welches für die Beschleunigung des globalen Klimawandels mitverantwortlich gemacht wird, eine Bedrohung für das Klima der Erde.
Aufgrund der zunehmenden Umweltbelastungen in Großstädten und des drohenden Klimawandels hat in den letzten Jahrzehnten ein Umdenken bei den Politikern und in der Gesellschaft begonnen. Die deutsche Regierung hat sich eine Energiewende zum Ziel gemacht und möchte unter anderem bis 2050 die Treibhausgasemissionen verglichen mit dem Jahr 1990 um 80 bis 95 % reduzieren. Dazu wurden einige Anforderungen hinsichtlich der Energieeffizienz formuliert, an die sich jeder Autohersteller in naher Zukunft halten muss. In der Gesellschaft steigt aufgrund von Zukunftsängsten und zunehmendem Umweltbewusstsein die Nachfrage nach neuen Fahrzeugkonzepten mit nachhaltigeren Technologien.2 Dabei fordern die Kunden vergleichbare Performance zu attraktiven Fahrzeugpreisen. Der steigende politische und gesellschaftliche Druck und die Verknappung der Ölvorräte zwingen die Automobilhersteller zur Entwicklung alternativer Antriebskonzepte, welche umweltfreundlicher und ressourcenschonender arbeiten. Zwar haben die Hersteller das Automobil weiterentwickelt und durch technische Maßnahmen3 den Schadstoffausstoß minimiert, was sich auch auf einen gesättigten Markt wie der in Deutschland zunächst positiv auswirkt. Allerdings wird dies durch die Erhöhung der Fahrleistung pro Fahrzeug und der weltweit starken Zunahme der Fahrzeuge überkompensiert. Darüber hinaus bleibt Öl eine endliche Ressource und die damit verbundenen steigenden Benzinkosten sowie die starke Abhängigkeit Deutschlands von den zukünftig immer teureren Ölimporten fordern die Entwicklung neuer Fahrzeugantriebe.
Die bekannteste Alternative zum herkömmlichen Verbrennungsmotor ist der Elektroantrieb. Die Elektromobilität mit ihren kompakten, geräuschlosen Wagen ohne lokale Emissionen und der Notwendigkeit von fossilen Rohstoffen stellt aus dieser Perspektive den erfolgversprechendsten Weg dar, um den Zukunftsansprüchen gerecht zu werden. Allerdings bietet auch dieses Konzept grundsätzliche Probleme, wie bspw. die Speicherung von ausreichend elektr. Energie im Fahrzeug und auch die Herkunft dieser Energie. Zudem werden die technischen Randbedingungen von den Kunden bisher eher skeptisch wahrgenommen.
Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die verschiedenen Antriebskonzepte und thematisiert die Zukunft der Elektromobilität in Deutschland. Die Automobilindustrie durchläuft einen Paradigmenwechsel und die Elektromobilität stellt die Automobilindustrie vor gewaltigen Herausforderungen. Es erhebt sich daher die Frage, wie sich die Branche in Zukunft quantitativ als auch qualitativ entwickeln wird.
Ziel der Bachelorarbeit ist es, die Elektromobilität in Deutschland unter Berücksichtigung verschiedener Erfolgsfaktoren dezidiert darzustellen und zu untersuchen wie konkurrenzfähig der Elektromotor im Vergleich zu den alternativen Antriebskonzepten ist. Die Ausarbeitung ist vor allem für Dozenten und Studierende der Wirtschaftswissenschaften, insbesondere mit dem Studienschwerpunkt Automobilmanagement, aber auch für Automobilfachleute interessant. Sie soll aber auch Führungskräften aus der Automobilbranche neue Denkanstöße geben und zu weiteren Untersuchungen anregen sowie Interessierten das Thema Elektromobilität näher bringen.
1.2 Methodik und Aufbau
Um den künftigen Erfolg der Elektromobilität zu untersuchen, soll der Elektroantrieb4 mit den alternativen Antriebskonzepten verglichen werden. Für dieses Vorhaben werden zunächst mithilfe einer Expertendiskussion die Erfolgsfaktoren eines Fahrzeugantriebes ausgearbeitet. Anschließend werden diese anhand einer Online-Umfrage gewichtet, um deren Anteil am Erfolg zu erhalten. Überdies sollen die verschiedenen Antriebskonzepte hinsichtlich der Erfolgsfaktoren detailliert analysiert werden. Um die Antriebskonzepte miteinander zu vergleichen, werden diese auf Grundlage der Analyse für jeden Erfolgsfaktor bewertet und mittels einer Nutzwertanalyse zusammengefasst. Das Ergebnis der Nutzwertanalyse soll die Konkurrenzfähigkeit des Elektromotors zu alternativen Antriebskonzepten abbilden.
Die vorliegende Ausarbeitung ist in vier große Hauptkapitel unterteilt. Im ersten Hauptkapitel werden die verschiedenen Antriebskonzepte in Kraftfahrzeugen dargestellt. Innerhalb dieses Kapitels wird zunächst der Verbrennungsmotor und anschließend der Elektroantrieb vorgestellt. Anschließend werden der Hybridantrieb und der Brennstoffzellenantrieb beschrieben. Das zweite Hauptkapitel behandelt die Grundlagen und die Auswahl der wissenschaftlichen Methodik. Das Kapitel beginnt mit den Grundlagen der Erfolgsfaktorenforschung. Innerhalb des Kapitels wird der Erfolgsfaktor definiert und dessen Bestimmung detailliert behandelt. Anschließend wird die Nutzwertanalyse beschrieben. Zudem wird innerhalb des zweiten Hauptkapitels präzise erläutert, wie die dargestellten wissenschaftlichen Methoden in der Ausarbeitung angewendet wurden. Das dritte Hauptkapitel beinhaltet die Analyse der relevanten Erfolgsfaktoren. Hierbei werden anhand der Erfolgsfaktoren die vorgestellten Antriebskonzepte miteinander verglichen. Das Kapitel beginnt mit der Analyse der ökonomischen Merkmale. Daran anschließend werden die ökologischen Merkmale diskutiert, gefolgt von den technischen Merkmalen. Abschließend werden sonstige Merkmale, wie z. B. politische Begünstigungen, analysiert. Das vierte Hauptkapitel stellt mithilfe einer Scoring Card die Ergebnisse der Analyse dar und fasst diese zusammen. Im Anschluss werden die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen der deutschen Automobilindustrie detailliert diskutiert. Die Arbeit endet mit einem Abschlusskapitel, welches neben möglichen Zukunftslösungen auch einen kritischen Rückblick auf die Ausarbeitung bietet und anhand der erarbeiteten Ergebnisse einen Ausblick über die Entwicklung der Elektromobilität in Deutschland gibt.
2 Antriebskonzepte in Kraftfahrzeugen
2.1 Der Verbrennungsmotor
Ein Verbrennungsmotor wandelt die chemische Energie aus Kraftstoffen durch Verbrennung in mechanische Arbeit (Antriebsenergie) um. Der deutsche Erfinder Nikolaus Otto erfand 1876 den ersten funktionierenden Explosionsmotor, der bis heute die Grundlage von Verbrennungsmotoren ist. Karl Benz komprimierte und entwickelte den Motor weiter und konstruierte damit 1886 das erste Benzin-Automobil der Welt. Auch heutzutage wird für den nach Nikolaus Otto benannten Ottomotor noch überwiegend Benzin aber auch zunehmend Flüssiggas (LPG) oder verdichtetes Erdgas (CNG) als Kraftstoff verwendet.5 Der Ottomotor arbeitet mit Kolben in einem Zylinder und basiert auf einem Viertakt-Prinzip. Das bedeutet, dass er für ein Arbeitsspiel vier Kolbenhübe machen muss. Für kleinere Motoren wird auch manchmal ein Zweitakt-System6 verwendet. Die folgende Abbildung zeigt die Funktionsweise des Viertakt-Ottomotors:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 1: Prinzip des Viertakt-Ottomotors7
Das Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt beim Ansaugtakt (1) durch das Einlassventil in den Zylinder. Beim Verdichtungstakt (2) wird aufgrund der geschlossenen Ventile und dem nach oben bewegenden Kolben der Druck des Gemisches vergrößert und anschließend durch einen elektrischen Funken explosionsartig entzündet.
Durch die Wärmeausdehnung des verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemisches wird beim Arbeitstakt (3) der Kolben wieder nach unten gedrückt. Beim Auspufftakt (4) bewegt sich der Kolben wieder nach oben und stößt die Verbrennungsgase durch das Auslassventil aus. Nach dem 4. Takt fängt der komplette Zyklus wieder von vorne an. Die Ventile werden durch eine Nockenwelle jeweils im richtigen Zeitpunkt geöffnet und geschlossen. Die Kraft des hin- und herbewegenden Kolbens wird über eine Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgewandelt. Indem mehr Zylinder8 mit sich teilweise überlappenden Arbeitsakten verwendet werden, wird ein sehr geschmeidig verlaufendes Drehmoment erzeugt. Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines Verbrennungsmotors:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 2: Aufbau Verbrennungsmotor (6-Zylinder-Reihenmotor)9
Der vom dem Deutschen Rudolf Diesel erfundene Dieselmotor ist neben dem Ottomotor der am weitesten verbreitete Verbrennungsmotor in Fahrzeugen und funktioniert bis auf den Verbrennungsprozess auf die gleiche Art und Weise. Beim Dieselmotor fehlt das gesamte elektrische Zündungssystem. Anstatt eines Kraftstoff-Gemisches wird nur komprimierte Luft in den Zylinder gepresst. Beim Verdichtungsakt wird etwas Dieselbrennstoff eingespritzt, der sich durch die hohe Temperatur der komprimierten Luft spontan entzündet.10 Eine dritte Variante des Verbrennungsmotors ist der sogenannte Wankelmotor, welcher derzeit allerdings nur in den Modellen von Mazda zu finden ist. Der Wankelmotor arbeitet mit einem Kolben, der innerhalb eines Viertaktprinzips eine kreisförmige Bewegung macht. Die Verbrennungsenergie wird dadurch direkt in eine Drehbewegung umgesetzt, ohne den Weg über eine Hubbewegung zu gehen.11 Der VM ist das vorwiegend genutzte Antriebsaggregat. Derzeit werden ca. 95,1 % der Fahrzeuge auf deutschen Straßen ausschließlich mit dem VM angetrieben.12
2.2 Der Elektroantrieb
Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts wurde das erste Fahrzeug mit Elektroantrieb (BEV, steht für Battery Electric Vehicle) entwickelt.13 Die darauffolgenden Jahrzehnte war der Elektroantrieb der vorherrschende Antrieb von Automobilen, bis dieser etwa im Jahr 1910 vom Verbrennungsmotor verdrängt wurde. Erst in den 1990er Jahren wurde aufgrund zunehmender Befürchtungen vor Ressourcenknappheit sowie wachsender Sorgen hinsichtlich des Klimawandels wieder stärker an Elektroantrieben und neuen Akkutechnologien geforscht. Daher erlebt der Elektroantrieb seit den 2000er-Jahren einen regelrechten Aufschwung und wird langfristig sogar als Alternative zum Verbrennungsmotor gesehen.14
Bei dem Elektroantrieb wird die elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. In den heutigen Elektrofahrzeugen werden aufgrund ihrer hohen Marktverfügbarkeit und ihren gleichzeitig relativ niedrigen Kosten nahezu ausschließlich Drehstrommotoren eingesetzt.15 Die nachfolgende Bilderfolge verdeutlicht die Funktionsweise eines Drehstrommotors mit drei Spulen:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 3: Funktionsweise eines Drehstrommotors16
Im Drehstrommotor sind drei Spulen kreisförmig an drei Phasen L1, L2 und L3 der Wechselspannung angeschlossen. Durch die Wechselspannung ändern sich kontinuierlich die Polarität der Spulen und die Stärke der einzelnen Magnetfelder. Zur Realisierung des Drehstrommotors wird ein Dreiphasensystem benötigt. Das bedeutet, dass die einzelnen Phasen L1 – L3 der Wechselspannung in den Spulen jeweils um 120° verschoben sind.17 Die Magnetfelder der Spulen sind dadurch ebenfalls phasenverschoben und durch deren anziehenden und abstoßenden Kräfte wird eine Drehbewegung des Rotors erzeugt, welche über eine Achse weitergeleitet wird.
Die am weitesten verbreiteten Drehstromantriebe bei Elektrofahrzeugen sind die Asynchronmaschine und die permanenterregte Synchronmaschine. Die Asynchronmaschine erreicht konstruktionsbedingt sehr hohe Drehzahlen, zusätzlich ist sie kompakt und weist nur wenige Verschleißteile auf.18 Darüber hinaus kann aufgrund des fehlenden Permanentmagneten auf seltene Erden verzichtet werden. Dagegen weisen permanenterregte Synchronmaschinen im Vergleich zu den anderen Technologien die mit Abstand höchste Leistungsdichte bei gleichzeitig sehr hohen Wirkungsgraden von bis zu 92 % auf.19
Der Elektromotor kann bei Elektroautos an der Vorder-und/oder Hinterachse oder sogar an jedem Rad montiert werden. Die elektrische Energie bezieht der Elektromotor aus einem Akkumulator20. Wenn diese ausschließlich mit erneuerbaren Energien geladen wurde, benötigt das Elektrofahrzeug keine fossilen Brennstoffe mehr. Der Akkumulator befindet sich in der Regel im unteren Teil des Fahrzeuges und bildet die teuerste und größte Komponente. Aktuell werden vorrangig sogenannte Lithium-Ionen-Akkus verwendet.21 Im Fahrbetrieb übernehmen Mikrocomputer und Hochleistungsschalter sowie Hochleistungsregler die komplexe Zusammenarbeit von Elektromotor und Akku.22
Aufgrund der charakteristischen Eigenschaften des Elektromotors weicht der Aufbau des Antriebsstranges grundlegend von dem eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor ab. Auf der einen Seite werden neue Bestandteile wie beispielsweise die Leistungselektronik23 oder das Batterie-Management-System24 benötigt, auf der anderen Seite gibt es aber auch Komponenten, die aufgrund des Elektromotors nicht mehr benötigt werden, wie etwa das Abgassystem oder die Kraftstoffversorgung.25
2.3 Der Hybridantrieb
Das Substantiv Hybrid und das Adjektiv hybrid bedeuten, dass etwas gebündelt, gekreuzt oder vermischt ist. Bei einem Hybridantrieb werden mindestens zwei Antriebsmotoren und zwei Energiespeicher in das Fahrzeug eingebaut, wobei in der Regel ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor kombiniert werden. Der Hybridantrieb kann dabei viele verschiedene Formen annehmen, welche anhand ihres Hybridisierungsgrades26 unterschieden werden können.
Der Mikrohybrid ist die einfachste und am kostengünstigsten zu realisierende Hybridvariante. Bei dieser Variante wird kein Elektromotor, sondern ein Verbrennungsmotor für den direkten Antrieb verwendet. Es werden lediglich die Lichtmaschine, der Anlasser und die Batterie verstärkt, sodass eine Start-Stopp-Automatik eingebaut werden kann. Diese Zusatzausrüstung kann den Kraftstoffverbrauch im neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) um 3 – 6 % senken.27 Zudem wird häufig noch ein kleiner Generator zur Rückgewinnung von Energie beim Bremsen (Rekuperation) mit eingebaut.
Der Mildhybrid ist die Steigerung zum Mikrohybrid und das erste Konzept mit elektromotorischer Antriebsleistung. Die verfügbare Leistung ist allerdings sehr eingeschränkt, sodass lediglich im „Boost-Modus“ der Verbrennungsmotor beim Beschleunigen vom Elektromotor unterstützt wird. Zusätzlich besitzt er eine höhere Rekuperationsfähigkeit als der Mikrohybrid.28 Der Mildhybrid verfügt bei etwas höheren Kosten bereits ein Einsparpotenzial im NEFZ von 10 – 20 %.29
Der Vollhybrid (kurz HEV, für Hybrid Electric Vehicle) ist der erste Hybridisierungsgrad, bei dem rein elektrisches Fahren möglich wird. Vollhybrid-Fahrzeuge haben die Möglichkeit, dass sie wahlweise nur elektrisch oder nur mit Verbrennungsmotor, aber auch kombiniert angetrieben werden können. Der Kraftstoffverbrauch kann dadurch im NEFZ um 30 – 40 % gesenkt werden, allerdings steigen auch die Kosten und die Systemkomplexität deutlich an.30
Bei Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV) ist der Elektromotor hingegen die Hauptantriebsart. Hierzu wird die Batteriekapazität weiter vergrößert und kann von den Generatoren zusätzlich über das Stromnetz aufgeladen werden. Daher können die üblichen Wegstrecken ausschließlichen im Elektrobetrieb zurückgelegt werden. Geht der Stromvorrat zu Ende, springt ein kleiner Verbrennungsmotor an und übernimmt den Antrieb und lädt die Batterie auf. Eine weitere Variante ist, dass der Verbrennungsmotor als Range Extender (REEV) arbeitet und zusätzlichen Strom für den Elektromotor erzeugt.31
Der Hybridantrieb kann außerdem anhand seiner topologischen Verschaltung der beiden Aggregate (EM und VM) charakterisiert werden. Die folgende Abbildung zeigt die möglichen Topologien des Antriebsstrangs:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 4: Serielle, parallele und leistungsverzweigte Hybridantriebe32
Das serielle Konzept wird meistens bei Plug-in-Hybriden verwendet. Bei dieser Topologie ist der eigentliche Antriebsmotor ein Elektromotor und es besteht keine mechanische sondern nur eine elektrische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor (VM) und der Antriebsachse. Der VM kann daher beispielsweise als Generator unabhängig vom aktuellen Fahrzustand betrieben werden.33 Die parallele Struktur wird bei autarken Hybridfahrzeugen eingesetzt. Bei dieser Variante gibt es einen direkten mechanischen Durchtrieb vom VM bis zum Rad. Der elektrische Zweig ist sozusagen „parallel“ und kann nach Belieben zu- oder abgeschaltet werden. Dadurch können beide Motoren über das Automatikgetriebe auf die Antriebsachse zugreifen und das Fahrzeug kann rein elektrisch, konventionell oder gemischt betrieben werden. Die abgegebenen Leistungen können hierbei addiert werden. Der leistungsverzweigte Hybrid kombiniert den seriellen und parallelen Hybridantrieb. Der VM kann entweder die Batterie aufladen, was der seriellen Variante entspricht, oder aber mit den Antriebswellen verbunden sein, welches dem parallelen Konzept entspräche. Möglich ist aber auch eine Kombination der Antriebe. Dann wird die mechanische Leistung teilweise zur Antriebsachse, aber auch zum Generator durchgeleitet.34
Grundsätzlich lässt sich sagen, dass Hybridfahrzeuge derzeit einen enormen Aufschwung erfahren und alle Fahrzeughersteller an derartigen Konzepten arbeiten.
2.4 Der Brennstoffzellenantrieb
Die erste Brennstoffzelle wurde von dem Physiker William Grove im Jahr 1839 basierend auf den physikalischen Entdeckungen von Christian Schönbein entwickelt. Allerdings konnte sich die Brennstoffzelle nicht flächendeckend zur Stromerzeugung etablieren und wird bisher überwiegend in der Raumfahrt und in U-Booten verwendet.35
Ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb (FCV) hat ebenfalls einen Elektroantrieb, allerdings bezieht dieser den Strom für den Antriebsmotor nicht aus einer Batterie, sondern aus einer Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle erzeugt aus den Energieträgern Wasserstoff oder Methanol elektrische Energie, welche anschließend durch den Elektroantrieb in Bewegung umgewandelt oder zeitweise in einer Traktionsbatterie gespeichert wird.36 Bei Fahrzeugen, die ihre Energie aus Brennstoffzellen gewinnen, werden derzeit nahezu nur Wasserstoffzellen verwendet. Allerdings kommen grundsätzlich auch sogenannte Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC), welche mit Methanol betrieben werden, aufgrund ihrer annehmbaren Arbeitstemperatur in Frage. Die Brennstoffzelle nutzt eine chemische Reaktion, um elektrische Energiezu erzeugen. Die Reaktion findet an zwei Elektroden statt und zwar an der positiven Elektrode (Anode) und der negativen Elektrode (Kathode). Die beiden Elektroden sind durch eine semipermeable Membran voneinander getrennt. In der Brennstoffzelle reagiert das Methanol oder der Wasserstoff zusammen mit dem Sauerstoff aus der Luft, wodurch zum einen der Strom und zum anderen Wasser und Wärme als Nebenprodukte entstehen. Eine einzelne Brennstoffzelle generiert allerdings nur wenig elektrische Energie, weshalb je nach Energiebedarf mehrere Brennstoffzellen zu einem sogenannten “stack” zusammengesetzt werden.37
Bei Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzellen wird der Wasserstoff unter einem Druck von 350 oder 700 bar in Drucktanks aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff getankt. Wasserstoff liegt ausschließlich in gebundener Form vor und muss unter Einsatz von Energie ausWasser, Biomasse oder fossilen Kohlenwasserstoffen wie Kohle, Erdöl oder Erdgas herausgelöst werden.38 In letzter Zeit wird aufgrund der emissionsfreien Abgase und der Unabhängigkeit von fossilen Kraftstoffen wieder intensiv an der Weiterentwicklung von Brennstoffzellen gearbeitet, sodass auch schon die ersten Fahrzeuge in Kleinserien gefertigt wurden.39
3 Wissenschaftliche Methodik
3.1 Die Erfolgsfaktorenforschung
Der Kern der Erfolgsfaktorenforschung ist die Identifikation der zentralen Ursachen und Faktoren des übergeordneten, meistens unternehmerischen Erfolgs. Die Kenntnis über die ausschlaggebenden Faktoren sollen Entscheidungsträger bei ihren zukünftigen Entscheidungen und Strategieentwicklungen unterstützen.
Charakteristisch für ein Erfolgsfaktorenkonzept ist die Annahme, dass trotz der Komplexität und der Multidimensionalität einer Untersuchung das Erreichen eines Ziels oder die Bewertung eines Konzeptes auf wenige zentrale Faktoren zurückzuführen ist.40
Die Erfolgsfaktorenforschung hat ihren Ursprung in den 70er Jahren, in denen aufgrund der gesättigten Märkte und als Folge der Ölkrise die globale Wettbewerbsintensität stark anstieg. Angesichts des wachsenden Wettbewerbsumfeldes befassten sich Manager und Wissenschaftler zunehmend mit der Frage, ob Unternehmen durch alle Wirtschaftslagen hinweg dauerhaft Erfolg haben können. Es entstand die Frage, ob es möglicherweise eine begrenzte Anzahl von Faktoren gibt, welche über Erfolg und Misserfolg entscheiden.41
Ende der 1970er Jahre wurde dieser Denkansatz durch die Arbeiten von Thomas J. Peters und Robert H. Waterman populär, nachdem diese die Top-Manager der 62 renommiertesten nordamerikanischen Großunternehmen befragten, um auf Grundlage der Ergebnisse die Kriterien erfolgreicher Unternehmen herauszuarbeiten.42
Als zweiter Meilenstein in der Geschichte der Erfolgsfaktorenforschung gilt die oft zitierte PIMS-Studie (Profit Impact of Market Strategies).43 Durch sie stieg die allgemeine Akzeptanz für die Anwendung in der Praxis weiter an und auch heute gilt sie noch immer als einer der führenden Studien hinsichtlich der Erfolgsfaktorenforschung.44 Das Programm stellte den ersten Versuch dar, auf empirischer Basis einen Zusammenhang zwischen Strategie und Erfolg in Unternehmen nachzuweisen. Dabei wurde versucht, aus einer Datenbank von branchenübergreifenden und internationalen Unternehmungen die Einflussparameter45 zu identifizieren, welche den stärksten Einfluss auf den Erflog haben. Als Erfolgsmaßstab wurde der ROI (Return on Investment) verwendet.46
Das Konzept der Erfolgsfaktorenforschung hat seit den ersten Entwicklungsansätzen immer weiter an Interesse gewonnen und wird inzwischen in einer Vielzahl von Studien, auch außerhalb des unternehmerischen Erfolgs47, angewandt.48
3.1.1 Der Erfolgsfaktor
In der Literatur besteht keine einheitliche Definition des Begriffs „Erfolgsfaktor“, was sich auch durch die Verwendung von zahlreichen Synonymen49 zeigt.50
Die herrschende Definition ist die von Kreilkamp, welcher Erfolgsfaktoren wie folgt definierte: „Als strategische Erfolgsfaktoren werden die Elemente, Determinanten oder Bedingungen bezeichnet, die den Erfolg oder Misserfolg unternehmerischen Handelns entscheidend beeinflussen“.51
Allgemeiner beschrieben sind Erfolgsfaktoren einzelne, aber elementare Untersuchungseinheiten, welche abhängig von der Situation und dem Kontext für den Erfolg bzw. Misserfolg eines Untersuchungsobjektes (eine Branche, ein Unternehmen, ein Geschäftsfeld, ein Produkt oder eine Person) ausschlaggebend sind.52
Durch die Analyse der identifizierten Erfolgsfaktoren können die Chancen und Risiken oder auch Stärken und Schwächen des Untersuchungsobjektes herausgearbeitet werden. Sind die Faktoren erfolgreich erfüllt, so wird die Planungseinheit als Ganzes sehr wahrscheinlich erfolgreich sein. Zeigen sich dagegen stärkere Defizite, so wird dies den Erfolg unmittelbar beeinträchtigten.
Die Erfolgsfaktoren können nach ihrer Art in zwei Kategorien eingeteilt werden. Es kann zwischen quantitativen und qualitativen Erfolgsfaktoren unterschieden werden. Qualitative Erfolgsfaktoren sind Aspekte, die sich nur schwer messen lassen. Beispiele in einem Unternehmen sind Führungsstil, Kunden- und Mitarbeiterzufriedenheit, Unternehmensgrundsätze, Unternehmenskultur, Image und Know-How. Als quantitative Erfolgsfaktoren werden hingegen die Situationen, Elemente oder Zahlen bezeichnet, die einen entscheidenden und messbaren Einfluss ausüben.53 Die bevorzugt verwendete Art der Erfolgsfaktoren hängt von der Untersuchung und den vorhandenen Daten ab.
Außerdem können die Einflussparameter noch zusätzlich zwischen exogenen (von der Umwelt beeinflussten) und endogenen (durch das Untersuchungsobjekt beeinflussbaren) Erfolgsfaktoren unterschieden werden. Zu den endogenen Faktoren gehören beispielshalber betriebswirtschaftliche Planungsgrößen oder auch die Wahl des absatzpolitischen Instrumentariums. Exogene Einflussparameter können dagegen Marktwachstum, sich verändernde Gesellschaftsnormen, Wettbewerbsentscheidungen, neue Technologien sowie neue Gesetze und Verordnungen oder auch ökologische Einflüsse darstellen.54
Darüber hinaus können die Erfolgsfaktoren auch nach ihrer Spezifikation sortiert werden. Der Schwerpunkt bei der Ermittlung von Erfolgsfaktoren kann sich auf ein spezifisches Unternehmen, aber auch auf funktionale Bereiche oder sogar auf einzelne Personen beschränken. Bei branchenspezifischen oder branchenübergreifenden Untersuchungsobjekten liegt der Fokus wiederum auf deutlich allgemeineren Faktoren.55 Es existieren sowohl generelle Erfolgsfaktoren (Gesellschaft, Ökologie), als auch Branchenspezifische (Wettbewerb, Technologie) bis hin zu Abteilungsspezifischen.56 Kowallik hat die Erfolgsfaktoren des unternehmerischen Erfolgs wie folgt spezifiziert:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 5: Spezifität der Erfolgsfaktoren57
3.1.2 Bestimmung von Erfolgsfaktoren
Die Identifikation der entscheidenden Determinanten ist der Mittelpunkt der Erfolgsfaktorenforschung. Grundsätzlich können die Methoden zur Bestimmung der Erfolgsfaktoren in fünf verschiedene Herangehensweisen unterteilt werden. Diese Methoden lassen sich anhand verschiedener Kriterien systematisieren.
Die folgende Abbildung zeigt eine Übersicht der Methoden zur Ermittlung von Erfolgsfaktoren:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 6: Methoden zur Identifikation von Erfolgsfaktoren58
Die Methoden differenzieren sich zunächst nach ihrer Art der Ermittlung grundlegend in direkte und indirekte Methoden.
Bei der direkten Ermittlung werden die erfolgsbeeinflussenden Variablen direkt durch Befragungen von Experten ermittelt. Die Experten können aus dem internen Umfeld der Studie stammen oder auch externe sachkundige Personen oder Wissenschaftler sein. Häufig angewandte Techniken der direkten Methode sind Befragungen, Interviews oder auch Diskussionen.
Die direkte Ermittlung kann zum einen methodisch gestützt erfolgen. Mögliche Methoden sind hierbei Kreativitätstechniken wie Brainstorming oder andere heuristische Verfahren, es können aber auch besondere Befragungstechniken wie die Delphi-Methode verwendet werden. Zum anderen kann die Ermittlung noch zusätzlich materiell gestützt erfolgen. Möglichkeiten sind hier beispielsweise eine Checkliste oder ein Bezugsrahmen.59 Bezugsrahmen geben potenzielle Erfolgsfaktoren vor, die dann systematisch abgefragt werden. Auch ein strukturierter Fragebogen aus möglichen Erfolgsfaktoren, der als Leitfaden für ein Experteninterview dient, würde eine materielle Stützung darstellen. Die direkte Methode zur Identifikation von Erfolgsfaktoren gewinnt in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung.60
Demgegenüber wird bei der indirekten Ermittlung nicht direkt nach den erfolgsrelevanten Faktoren gefragt. Es werden mithilfe statistischer Verfahren oder gedanklicher Analysen die Ausprägungen von potenziellen Erfolgsindikatoren untersucht. Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse werden anschließend die Faktoren identifiziert, die den Erfolg wirksam beeinflussen. Die Methoden der indirekten Ermittlung können je nach Art der Erhebung weiter in qualitative und quantitative Untersuchungen unterteilt werden.61
Qualitative Studien stellen die qualitativen Aussagen der zu untersuchenden Thematik in den Vordergrund. Dabei werden überwiegend weiche Faktoren berücksichtigt, welche nicht direkt quantifizierbar sind. Es wird also versucht, Erfolgsfaktoren durch Gemeinsamkeiten in Aussagen zu interpretieren. Ein Beispiel wäre eine nichtstandardisierte Befragung mit offenen Fragen zu einer Thematik oder eine Beobachtung von Prozessen oder Verhalten. Die Auswertung erfolgt meistens ohne die Anwendung von statistischen Methoden.62
Bei quantitativen Erfolgsfaktorenstudien werden hingegen quantifizierte Daten gemessen beziehungsweise erfasst und deren Anteil am Erfolg mit Hilfe mathematischer Analysemethoden bestimmt.63 Für quantitative Untersuchungen können sowohl harte Faktoren als auch operationalisierte weiche Faktoren verwendet werden.64
Die quantitativen Methoden können aufgrund der Art ihres Untersuchungs-ansatzes in explorative (Kausalstruktur-entdeckende) und konfrimatorische (Kausalstruktur-überprüfende) Studien unterschieden werden. Die Entscheidung über die Art des Untersuchungsansatzes ist vom Forschungsstand des Untersuchungsobjekts abhängig.
Werden Hypothesen erstmalig erkundet, wird der quantitativ-explorative Ansatz verwendet. Bei dieser Art wird versucht, unter einer Viezahl von möglichen erfolgsbeeinflussenden Variablen diejenigen zu identifizieren, die tatsächlich den Erfolg maßgeblich beeinflussen.
Die üblichen Analysemethoden in diesen Studien sind die Korrelations-, Regressions- und Faktorenanalyse. Das bekannteste Beispiel für diese Art der Erfolgsfaktorenstudie ist das bereits zuvor beschriebene PIMS-Programm.65
Im Unterschied zu explorativen Studien werden bei quantitaiv-konfirmatorischen Untersuchungen weniger Variablen betrachtet, da bereits ein tiefgreifendes Verständnis der Kausalstrukturen vorhanden ist. Bei diesen Studien werden schon bereits empirisch und theoretisch erforschte Wirkungszusammenhänge des Erfolges mit Hilfe kausalanalytischer Verfahren überprüft. Die Ergebnisse lassen sich häufig detaillierter beschreiben, da sich die Studien bereits auf die wichtigsten Zusammenhänge konzentrieren. Diese Art der Studie erlangte erst Anfang der neunziger Jahre an Bedeutsamkeit und ist daher die jüngste Methode innerhalb der Erfolgsfaktorenforschung.66
Die Erhebung der Daten zur Identifikation der Erfolgsfaktoren kann durch Primärerhebungen und Sekundärerhebungen erfolgen. Bei der Primärerhebung werden durch eigens durchgeführte Forschungen neue Daten erhoben, wohingegen bei der Sekundärerhebung Daten von bereits durchgeführten Untersuchungen verwendet werden.67
Bei der direkten Ermittlung beschränkt sich die Auswertung der Daten größtenteils auf deskriptive Analyseverfahren, wohingegen bei der indirekten Ermittlung eine Vielzahl von verschiedenen Auswertungsverfahren zum Einsatz kommt.68
Bei der Bestimmung der Erfolgsfaktoren muss letztendlich ein Kompromiss zwischen dem Wunsch nach Handhabbarkeit und dem Verlangen nach Vollständigkeit und gefunden werden.69
3.2 Die Nutzwertanalyse als Entscheidungsinstrument
Die Entwicklung und Anwendung der Nutzwertanalyse als Bewertungsmethode begann in Deutschland etwa in den 70er Jahren, wobei besonders die Beiträge Zangemeisters zur Bekanntheit dieses Instrumentes verhalfen.70
Die Nutzwertanalyse (NWA) oder auch Punktwertverfahren, Punktbewertungsverfahren oder Scoring-Modell genannt, ist eine Methodik, die die Entscheidungsfindung bei komplexen Problemen rational unterstützen soll. Das Verfahren kann gleichzeitig sowohl quantifizierbare als auch nicht quantifizierbare Kriterien, Ziele oder Bedingungen berücksichtigen.71
Die Nutzwertanalyse ist ein „exakt definiertes oder theoretisch fundiertes Verfahren“72 und bietet daher einen gewissen Spielraum in der Anwendung. Die theoretischen Grundzüge der Nutzwertanalyse sind lediglich dadurch gekennzeichnet, dass Ratingskalen sowohl zur Gewichtung als auch zur Bewertung von Teilfaktoren verwendet werden, um mit dessen Hilfe verschiedene Alternativen bewerten zu können.73 Die genaue Ausgestaltung kann sich sowohl in prozeduralen als auch in instrumentellen Details unterscheiden.74
Eine bekannte und oft verwendete Definition ist die von Zangemeister, der die Nutzwertanalyse wie folgt definiert: Die Nutzwertanalyse ist die „Analyse einer Menge komplexer Handlungsalternativen mit dem Zweck, die Elemente dieser Menge entsprechend den Präferenzen des Entscheidungsträgers bezüglich eines multidimensionalen Zielsystems zu ordnen. Die Abbildung der Ordnung erfolgt durch die Angabe der Nutzwerte (Gesamtwerte) der Alternativen.“75
Um die Alternativen vergleichen zu können, muss von den einzelnen Möglichkeiten zunächst der jeweilige Nutzwert berechnet werden. Der Nutzwert ( ) einer Alternative ( ) wird durch die Multiplikation der Bewertung des Teilnutzens ( ), einer Kriterienausprägung ( ) mit der Gewichtung ( ) des jeweiligen Merkmals ( ) und der Summierung dieser Produkte über jedes Merkmal hinweg berechnet. Die Formel lautet:76
Anhand der Nutzenwerte ( ) können die Alternativen gereiht werden. Ausgewählt wird dann die Wahlmöglichkeit mit der höchsten Gesamtpunktzahl.
Mithilfe der Nutzenwerte ( ) können die Alternativen miteinander verglichen werden. Die Wahlmöglichkeit mit der höchsten Gesamtpunktzahl hat der Nutzwertanaylse nach zu urteilen den höchsten Nutzen.
Die Gewichtung der einzelnen Aspekte kann durch verschiedene Verfahren ermittelt werden. Die einfachste Methode stellt das Equal Weighting (EW) dar, bei dem alle Merkmale gleich gewichtet werden.77
Eine weitere Gewichtungsmöglichkeit bietet die sogenannte Punktvergabe (Point Allocation, PA). Dabei wird eine Gesamtpunktzahl, die eingehalten werden muss, auf die einzelnen Merkmale verteilt. Dadurch wird eine verhältnisorientierte Sichtweise kreiert.78
Eine weitere Möglichkeit ist eine rangfolgenbasierte Gewichtung bei der die Merkmale zunächst gemäß ihrer Relevanz geordnet werden und dann anhand verschiedener Techniken gewichtet werden. Häufig werden die Merkmale proportional zu ihrem Rang gewichtet (Rank Sum Methode). Die Rangfolgen können aber auch rang - reziprok 79 (Rank Reciprocal) oder anhand von Rangordnungsschwerpunkten (Rank Order Centroid) gewichtet werden. 80
Eine weitere und oft in der Praxis genutzte Gewichtungsmethode ist das absolute Schätzen der Merkmalsrelevanz auf einer normierten Skala (Direct Rating, DR). Dabei wird jedes Merkmal für sich betrachtet und die Schätzwerte kommen ohne Bezug zu den anderen Merkmalen zustande. Die Gewichtung ergibt sich anschließend rechnerisch durch die Normierung der einzelnen Schätzwerte.81
Die Nutzwertanalyse genießt in der Praxis aufgrund ihrer unkomplizierten Anwendung sowie der flexiblen Gestaltungsmöglichkeiten und dem Auskommen ohne empirischer Eingangsdaten sehr große Beliebtheit.82
3.3 Methodische Anwendung
Um den Elektroantrieb gegenüber den anderen Antriebskonzepten für Kraftfahrzeuge möglichst vollständig, aber gleichzeitig übersichtlich zu vergleichen, wird in dieser Arbeit auf das Konzept der Erfolgsfaktorenforschung zurückgegriffen.
Mithilfe der wichtigsten Einflussfaktoren, die über den Erfolg eines Antriebskonzeptes entscheiden, soll die Konkurrenzfähigkeit des Elektroantriebes untersucht werden. Zur Bestimmung der Erfolgsfaktoren wurde die direkte Methode gewählt. Diese wurde in Form einer methodisch gestützten Expertendiskussion durchgeführt und anschließend ausgewertet. Die direkte Methode wurde aufgrund der umfassenden Thematik und der gleichzeitig begrenzt verfügbaren Zeit benutzt. Die Expertendiskussion als gewählte Technik bietet vor allem zwei große Vorteile: Zum einen haben mehrere Experten unterschiedliche Sachkenntnisse, welche zusammengenommen ein deutlich umfassenderes Bild von einer Thematik verschaffen. Zum anderen entstehen durch die unterschiedlichen Meinungen kleinere Debatten, mit dessen Hilfe Argumente entkräftet werden oder anfänglich nicht betrachtete Argumente neu hinzugewonnen werden können.
An der durchgeführten Diskussion haben neun Personen teilgenommen, wobei acht Teilnehmer zu dem Zeitpunkt in der Automobilbranche beschäftigt waren. Es wurden hauptsächlich sachkundige Personen ausgewählt, da diese über fachbezogenes Wissen verfügen und somit eine qualitativ hochwertige Diskussion durchgeführt werden konnte. Die Teilnehmer wurden gezielt aus verschiedenen Unternehmen wie auch Unternehmensbereichen ausgewählt, um unterschiedliche Meinungen und Berufserfahrungen in die Diskussion einfließen zu lassen.83 Die Diskussion wurde methodisch durch Brainstorming gestützt und die Argumente und Aspekte für die einzelnen Antriebskonzepte jeweils in einer SWOT-Matrix festgehalten.84 Anschließend haben die Teilnehmer die Vorteile und Chancen der einzelnen Antriebskonzepte hinsichtlich ihrer Wichtigkeit bewertet. Dazu sollten alle Teilnehmer in jeder SWOT-Matrix drei Stimmen an die Argumente und Aspekte verteilen, die sie persönlich als besonders wichtig erachteten. Die Aspekte mit den meisten Stimmen wurden als Grundlage genommen, um diese zu den relevanten Erfolgsfaktoren85 zusammenzufassen.
Ein Schwerpunkt der Arbeit ist die Analyse der Antriebskonzepte hinsichtlich der erarbeiteten Erfolgsfaktoren, um die jeweiligen Stärken und Schwächen zu erörtern. In der Analyse wird überwiegend auf bestehende Ausarbeitungen und existierende Datensätze aus der Fachliteratur, Zeitungsartikeln und öffentlich zugänglichen Statistiken zurückgegriffen sowie auf die Ergebnisse der Expertendiskussion.
Die Ergebnisse der Analyse sollen in dieser Ausarbeitung mithilfe eines Scoring-Modells (auch: Nutzwertanalyse) zusammengefasst und übersichtlich dargestellt werden. Dazu werden die verschiedenen Antriebskonzepte auf Grundlage der Analyse in jedem Erfolgsfaktor bewertet. Die Bewertung wird mithilfe eines Bewertungsschemas86 in einer vorher definierten Punkteskala ausgedrückt. Hierzu wurde eine Skala von 0 bis 10 Punkten verwendet. Eine Bewertung von 10 Punkten stellt dabei die jeweils höchstmögliche positive Bewertung eines Einflussfaktors dar, welche dann in Abstufungen von jeweils einem Punkt bis zu 0 Punkten, also der negativsten Bewertung eines Kriteriums, reicht.
Um eine vollständige Nutzwertanalyse zu erstellen muss neben den Bewertungen der Antriebe noch bestimmt werden welchen Anteil die einzelnen Faktoren insgesamt am Erfolg haben. Dazu müssen die jeweiligen Erfolgsfaktoren gewichtet werden.
Um auch die Kundenperspektive zu berücksichtigen, wurde für die Gewichtung der Faktoren eine kurze Umfrage durchgeführt. Die Befragten sollten mittels einer absoluten Schätzung (Direct Ratingen, DR) bewerten, wie wichtig der jeweilige Faktor bei der Wahl des Antriebes ist. Dadurch werden in der Nutzwertanalyse die Faktoren, die letztendlich für den Kauf und somit für den Erfolg eines Antriebes entscheidend sind, auch stärker gewichtet.
Um eine möglichst authentische und wahrheitsgemäße Gewichtung zu erhalten, wurden 167 Personen befragt, davon 86 männlich und 81 weiblich. Insgesamt wurden 77 Personen im Alter von 18–29 Jahren, 12 Personen im Alter von 30–39 Jahren, 20 Personen im Alter von 40–49 Jahren, 42 Personen im Alter von 50–59 Jahren und 16 Personen mit über 60 Jahren befragt.87 Die Umfrage umfasste 17 Fragen, bei denen die Befragten hauptsächlich die Wichtigkeit der 14 herausgearbeiteten Erfolgsfaktoren anhand einer 9-stufigen Ratingskala bewerten sollten. Als Gewichtung wurde das skalierte arithmetische Mittel aller Antworten genommen. Schließlich können mithilfe der gewichteten Erfolgsfaktoren und der jeweils bewerteten Antriebskonzepte Summen gebildet werden, mit dessen Hilfe sich die Antriebskonzepte vergleichen lassen.
4 Analyse der Erfolgsfaktoren
4.1 Ökonomische Merkmale
4.1.1 Anschaffungs- und Unterhaltskosten
Die Anschaffungs- und Unterhaltskosten sind beim Autokauf für viele Verbraucher wichtige Kriterien. Die Kosten eines Autos hängen neben vielen anderen Faktoren auch vom verbauten Antrieb ab. So sind in Deutschland die günstigsten Neuwagen mit mindestens vier Sitzplätzen und Verbrennungsmotor schon ab 6.500 € – 7.000 € erhältlich, wohingegen Elektrofahrzeuge mindestens 15.000 € – 17.000 € kosten und die bisherigen Wasserstoffautos sogar erst ab 65.000 € – 70.000 € erhältlich sind.88 Die Preise der Wasserstoffautos sind aufgrund der Brennstoffzellenherstellung (u. a. wird Platin benötigt), der massiven Drucktanks und der geringen Fertigungszahl derart hoch. Viele Hersteller gehen jedoch davon aus, dass sie ihre Produktionskosten in den nächsten Jahren deutlich senken können.89 Hybridmodelle werden gegenüber einem Fahrzeug mit konventionellem Antrieb mit einem Aufpreis von etwa 8.000 € verkauft.90
Zu den Unterhaltskosten, die für den Fahrzeughalter während der Nutzung eines Autos entstehen, zählen die Kraftstoff- bzw. Stromkosten, die Wartungs- und Reparaturkosten sowie die Kosten durch Steuern und Versicherungen.
Um die Kraftstoff-/Stromkosten angemessen vergleichen zu können, müssen nicht nur die Kosten pro Liter, Kilogramm, Kilowattstunde beziehungsweise dem gemeinsamen Nenner Megajoule betrachtet werden, sondern auch im Verhältnis zu dessen Effizienz. Aktuell kosten Wasserstoff und Strom je Megajoule etwas mehr als Benzin, dennoch sind Elektro- und Brennstoffzellenautos aufgrund ihrer Effizienz pro Kilometer günstiger.91 Momentan liegen die reinen Kraftstoffkosten bei benzinbetriebenen Autos durchschnittlich bei knappen 9 € pro 100 Kilometer, wohingegen FCV etwa 6 € und BEV etwas unter 6 € pro 100 Kilometer kosten. Zudem sollte berücksichtigt werden, dass in den kommenden Jahren die Wasserstoff- und Strompreise wahrscheinlich sinken, wohingegen die Benzinpreise langfristig steigen werden.92
Fahrzeuge mit Elektromotor als Hauptantrieb profitieren von Steuervorteilen wie z. B. der zehnjährigen Kfz-Steuerbefreiung und erhalten zudem Vergünstigungen bei einigen Versicherungen wie etwa durch einen Öko-Bonus. Neben elektrobetriebenen Fahrzeugen erhalten auch Hybridautos aufgrund ihres geringeren CO2-Ausstoßes einen verringerten Kfz-Steuersatz.
Der Elektromotor hat deutlich weniger Verschleißteile als der Verbrennungsmotor, wodurch dieser verschleißärmer, weniger reparaturanfällig und wartungsfreundlicher ist.93 Elektroautos haben oft Aluminium-Karosserien, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Ein großer Vorteil von Aluminium ist, dass es nicht rostet. Auch Wasserstoffautos benötigen aufgrund der wenigen beweglichen Teile deutlich weniger Wartungen als konventionell angetriebene Fahrzeuge.
Es existieren zahlreiche Berechnungen bezüglich der Unterhaltskosten in Abhängigkeit der Antriebsarten mit jeweils unterschiedlichen Ergebnissen und Prognosen. Eine sehr umfassende Untersuchung94 hat D. Kreyenberg durchgeführt. Die folgende Abbildung zeigt die Ergebnisse seiner Untersuchung:
[...]
1 Vgl. Anhang A: Die Automobilbranche in Deutschland.
2 Vgl. Anhang V: Elektromobilität in Deutschland; Anhang X: Erwerbbare E-Autos in Deutschland.
3 Z. B. die Einführung des Katalysators, effizienterer Motoren und neuer Einspritztechniken.
4 Zum Zwecke der Vereinfachung wird fortlaufend der Begriff „Elektroantrieb“ gleichgestellt mit dem Begriff „batteriebetriebener Elektroantrieb“. „Brennstoffzellenantrieb“ beschreibt den Elektroantrieb mit Brennstoffzelle als Energiespeicher.
5 Vgl. König, S., Dr. Suhr, D. (2013).
6 Beim Zweitakt-Motor besteht ein Arbeitsspiel aus nur einer Umdrehung und es wird auf den Ventilmechanismus verzichtet. Beim ersten Takt wird frisches Gas angesaugt und die Abgase entweichen. Beim zweiten Takt wird das Gas verdichtet und gezündet.
7 Eigene Darstellung mit Grafik von Gabathuler, T. (2016).
8 Die Zylinder können zu einem Reihenmotor, Boxermotor, V-Motor oder VR-Motor angeordnet werden. Die Summe aller Zylinderinhalte in Kubikzentimetern ergibt den Hubraum des Motors.
9 Eigene Darstellung mit Grafik von Reflektion.Info (2010).
10 Vgl. Kfzteile24.de (2019).
11 Vgl. Trueb, L. F. (2007).
12 Vgl. Bloch, A. (2019).
13 Robert Anderson entwickelte 1839 das erste Elektrofahrzeug in Aberdeen, Schottland.
14 Vgl. eMobilitätblog.de (o. J.).
15 Vgl. Seibt, T. (2017).
16 Eigene Darstellung mit Grafiken von Wendt, A. (2011).
17 Vgl. Bengfort, W. (2018).
18 Vgl. Schramm, D., Koppers, M. (2014), S. 13.
19 Ebd.
20 Der „Akkumulator“ (kurz:Akku) wird aufgrund der im Englischen verwendeten Bezeichnung „Battery“, auch im Deutschen in diesem Zusammenhang oft mit dem Begriff „Batterie“ gleichgesetzt.
21 Ebd.
22 Vgl. Smarter-fahren.de (o. J.a).
23 Die Leistungselektronik verbindet die Batterie mit den elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug und beim Ladeprozess mit dem öffentlichen Stromnetz. Dabei wandelt die Elektronik die elektrische Energie in die jeweils benötigte Spannungsebene und –form um.
24 Das Batterie-Management-System überwacht die Temperatur der einzelnen Akkuzellen und gleicht während des Ladens Spannungsschwankungen aus, um die Batterie zu schützen.
25 Vgl. AutoScout24.de (2018a).
26 Vgl. Anhang B: Funktionen der Hybridfahrzeuge.
27 Vgl. Lienkamp, M. (2012), S. 27 f.
28 Ebd.
29 Vgl. Hofmann, P. (2014), S. 23 ff.
30 Vgl. Stan, C. (2015), S. 366.
31 Vgl. Lienkamp, M. (2012), S. 27 f.
32 Schramm, D., Koppers, M. (2014), S. 24.
33 Vgl. Hofmann, P. (2014), S. 23 ff.
34 Vgl. Schramm, D., Koppers, M. (2014), S. 23 ff.
35 Vgl. Eichlseder, H., Klell, M. (2012), S. 219.
36 Vgl. Randelholl, M. (2017).
37 Vgl. Stan, C. (2015), S. 295 ff.
38 Vgl. Randelholl, M. (2017).
39 Vgl. Anhang Y: Erwerbbare Brennstoffzellenwagen in Deutschland (Jan. 2019).
40 Vgl. Hoffmann, F. (1986), S. 831 f.
41 Vgl. Gelbrich, K., Wünschmann, S., Müller S. (2018), S. 5 ff.
42 Ebd.
43 Vgl. Schmalen, C., Kunert, M., Weindlmaier, H. (o. J.), S. 1.
44 Vgl. businessmodelcreativity.net (o. J.).
45 Es hat sich ergeben, dass (i) Marktattraktivität, (ii) die relative Wettbewerbsposition, (iii) Investitionen, (iv) Kosten und (v) Veränderung der Schlüsselfaktoren als Haupteinflussparameter des ROI angesehen werden können.
46 Vgl. Köppen, A. (2003), 146 f.; Wirtschaftslexikon24.com (o. J.).
47 Zum Beispiel die Erfolgsfaktoren für den persönlichen Erfolg im Wirtschaftsforum.de (2019).
48 Vgl. Kruse, P. (2009), S. 33.
49 Erfolgsfaktoren werden auch als Schlüsselfaktoren, kritische (Erfolgs-)Faktoren, Erfolgsdeterminanten, strategische Erfolgspositionen, Einflussfaktoren, Erfolgspositionen oder auch Erfolgskomponenten bezeichnet.
50 Vgl. Kowallik, T. (2004), S. 20.
51 Kreilkamp, E. (1987), S. 176.
52 Vgl. Wirtschaftslexikon24.com (o. J. ).
53 Vgl. Kowallik, T. (2004), S. 21.
54 Vgl. Kroiß, A. (2003), S. 18 ff.; Wirtschaftslexikon24.com (o. J.).
55 Vgl. Schmalen, C., Kunert, M., Weindlmaier, H. (o. J.), S. 2.
56 Vgl. businessmodelcreativity.net (o. J.).
57 Eigene Darstellung in Anlehnung an Kowallik, T. (2004), S. 21.
58 Eigene Darstellung in Anlehnung an Haenecke, H. (2002).
59 Vgl. Haenecke, H. (2002).
60 Vgl. Zerres, C., Zerres, M. P. (2006), S. 46 ff.
61 Vgl. Haenecke, H., McKinsey Berlin (2007), S. 14 ff.
62 Ebd.
63 Vgl. Patt, P. J. (1990), S. 31.
64 Vgl. Großpietsch, J. (2003), S. 26.
65 Vgl. Zerres, C., Zerres, M. P. (2006), S. 46 ff.
66 Vgl. Hinsch, F. (2005), S. 13 f.
67 Vgl. Spelsberg, H. (2011), S. 32 f.
68 Vgl. Spelsberg, H. (2011), S. 33.
69 Vgl. Schmalen, C., Kunert, M., Weindlmaier, H. (o. J.), S. 7.
70 Vgl. Hoheneck, F. (1993), S. 100.
71 Ebd.
72 Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 83.
73 Vgl. Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 83 f.
74 Ebd.
75 Zangemeister, C. (1976), S. 45.
76 Vgl. Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 83 f.
77 Vgl. Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 62 f.
78 Vgl. Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 64 f.
79 Bei rangreziproker Gewichtung wird der Umkehrwert der Rangposition eines Merkmals im Verhältnis zum Umkehrwert aller Ränge herangezogen.
80 Vgl. Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 70.
81 Vgl. Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 63 f.
82 Vgl. Ottmann, M., Lifka, S. (2010), S. 86.
83 Vgl. Anhang O: Grundlegende Informationen zu der Expertendiskussion.
84 Vgl. Anhang P: Ergebnisse der Expertendiskussion.
85 Herausgearbeitete Erfolgsfaktoren: Anschaffungskosten, Unterhaltskosten, Ladeinfrastruktur und Tankstellennetz, Klimabilanz, gesundheitliche Belastungen, Ressourcenverfügbarkeit, Fahrzeugsicherheit, Fahrdynamik, Reichweite, Robustheit, Designmöglichkeiten, Entwicklungspotenzial, Tank- und Ladeverfahren und politische Begünstigungen.
86 Vgl. Anhang S: Bewertungsschema für die Nutzwertanalyse.
87 Vgl. Anhang Q: Grundlegende Informationen zu der Umfrage.
88 Daten aus den aktuellen Inseraten von Mobile.de (Jan. 2019).
89 Vgl. Eichlseder, H., Klell, M. (2012), S. 219.
90 Vgl. AutoScout24.de (2018b).
91 Berechnung auf Grundlage der europäischen Kraftstoff- und Energiepreise.
92 Vgl. H2-Mobility.de (2018).
93 Vgl. Smarter-fahren.de (o. J.b).
94 Verglichen wurde mittels des NEFZ-Fahrzyklus bei einer Fahrleistung von 14.111 km pro Jahr.