Busse für den ÖPNV von morgen

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1 Busse für den ÖPNV von morgen Technische Anforderungen und Realisierungsmöglichkeiten Dipl.-Vw. Axel Gierga

2 Inhalt 1. Künftige Perspektiven für Busantriebe 2. Verbrennungsmotoren und zukünftige Kraftstoffe 1. Gasantriebe 2. Biodiesel 3. Elektrische und teilelektrische Antriebe 1. O-Busse 2. Hybridbusse 3. Brennstoffzellen Busse 4. Batteriebusse 4. Bewertung alternativer Antriebstechniken 2

3 3 1. Künftige Perspektiven für Busantriebe

4 Technische Optionen bei konventionellen Kraftfahrzeugen Optimierung des Verbrennungsmotors : bis zu 30% Getriebeoptimierung bis zu 8% Nutzung von Hybridsystemen Minderung des Fahrzeuggewichtes: mehr als 10% Optimierung des Roll- und Luftwiderstandes: bis zu 10% Bereits heute verfügbare Technologien können die Effektivität des Kraftstoffeinsatzes um rund 35% steigern*. 4 * = Florian Hacker, Ökoinstitut 2009

5 Alternative Antriebskonzepte Ausgangslage: Kraftstoffe zu rd. 95% mineralölbasiert Dominanz des Verbrennungsmotors (Benzin- oder Dieselantrieb) Elektrifizierung des Antriebsstranges: Hybridantriebe Batterie-elektrische Fahrzeuge Brennstoffzellenfahrzeuge Vorteile des elektrischen Antriebes: Hohe Energieeffizienz Emissionsarmer bzw. freier Fahrzeugbetrieb 5

6 2. Verbrennungsmotoren und zukünftige Kraftstoffe a) Gasantriebe b) Biodiesel 6

7 Am Markt werden drei Arten von alternativen Kraftstoffen unterschieden Gas und Bioerdgas Biokraftstoffe 1. Generation (Biodiesel, Pflanzenöle) Biokraftstoffe 2. Generation (Btl = Biomass to liquid) 7

8 Gasantriebe haben nur wenige Vorteile gegenüber dem klassischen Dieselantrieb Erdgas Biogas Höherer Anschaffungspreis für die Busse Längerer Betankungsvorgang Geringere Reichweite Durch niedrigeren Wirkungsgrad höherer Energieverbrauch Mittelfristige Verfügbarkeit als Brennstoff fraglich CO 2 -neutraler erneuerbarer Energieträger Aufwändige Aufbereitung Stark schwankende Qualität und Energiedichte Investitionen, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit wie bei Erdgas Verfügbarkeit nicht gewährleistet Die Emissionswerte moderner Dieselbusse liegen auf gleichem Niveau wie Erdgasbusse Die Fahrzeugindustrie entwickelt die Gasmotorentechnik im Busbereich nur eingeschränkt weiter. 8

9 Biodiesel (RME = Rapsölmethylester) wird mit bis zu 7% dem fossilen Brennstoff beigemischt Niedrigerer Partikelausstoß CO2-neutraler Energieträger Erheblich höhere Kohlenwasserstoffund NO X -Emissionen Tank oder Teller ethisch fragwürdig Produziert Ozon erzeugende Stoffe Eingeschränkte Einsatzmöglichkeiten (Winter) Höherer Wartungsaufwand und Verbrauch Nicht in ausreichender Menge verfügbar 9

10 BTL-Kraftstoffe* sind hochwertige und ökologische Energieträger Synthetischer Kraftstoff aus Biomasse, CO 2 -neutraler Energieträger teilweise bessere Verbrennungseigenschaften als Diesel keine Anpassungen am Motor erforderlich bis zu 55% schadstoffärmer als fossiler Kraftstoff derzeit nur geringe Mengen am Markt verfügbar hohe Herstellungskosten 10 (Btl = Biomass to Liquid = Biomasseverflüssigung)

11 Fazit: Derzeit ist fossiler Brennstoff die wirtschaftlichste Alternative aber die langfristige Verfügbarkeit ist fraglich Biodiesel oder Gas bringen ökologisch keine Vorteile Hohe Produktionskosten für BTL und begrenzte Verfügbarkeit von Biomasse Wettbewerb um Kraftstoffe mit anderen Nutzungen (z.b. Güterverkehr, Hausbrand) Die Verfügbarkeit alternativer Kraftstoffe in großen Mengen ist nicht sichergestellt 11

12 3. Elektrische und teilelektrische Antriebe O-Busse Hybridbusse Brennstoffzellenbusse Batteriebusse 12

13 O-Busse: Konzeption und Verbreitung Rein elektrischer Antrieb Dieselmotor als Hilfsmotor Weltweit derzeit 344 O-Busbetriebe In Deutschland Eberswalde, Solingen, Esslingen In mehreren Städten werden O-Busse über Straßenbahnoberleitung gespeist 13

14 O-Busse machen hohe Infrastrukturinvestitionen erforderlich und schränken die Flexibilität im Betrieb ein Hohe Anschaffungskosten für die Busse (bis zu 200% mehr) Aufbau einer Fahrstromversorgung erforderlich, Abhängigkeit vom Fahrleitungsnetz eigene Werkstattinfrastruktur erforderlich Nutzungsdauer der Busse bis 20 Jahre mit CO 2 -neutral erzeugtem Strom verbessern O-Busstrecken die Klimabilanz und verringern Emissionen Einspeisung von Bremsenergie in das Stromversorgungsnetz oder in Energiespeicher im Bus (Rekuperation) möglich 14

15 Hybridbusse: Zwei Antriebskonzepte Serieller Antrieb Parallelantrieb Dieselmotor Dieselmotor Generator Speicher Speicher Generator + Elektromotor Elektromotor Getriebe Räder Räder Räder Räder 15

16 Der Markterfolg der Hybridbusse hängt maßgeblich einer Reduzierung der Anschaffungskosten und von der Weiterentwicklung der Speichermedien ab. Stärken Kraftstoffverbrauch kann bis zu 25% gesenkt werden Der Ausstoß von Schadstoffen kann deutlich reduziert werden Geringe Investitionen in die Werkstattinfrastruktur erforderlich Große Akzeptanz und hoher Imagegewinn Schwächen Hohe Anschaffungskosten (bis zu 100% mehr) Geringere Flexibilität, da Busse an die Topographie und die Strecke angepasst werden müssen Speicherkapazität der Batterien / Kondensatoren noch sehr eingeschränkt Im Regionalbusverkehr und im Fernverkehr eher nicht geeignet 16

17 Greenmove Hybridbusse in Darmstadt Forschungsprojekt von HEAG mobilo, VDL Bus & Coach, Vossloh Kiepe und TU Darmstadt 3 serielle Hybridbusse in der Innenstadt von Darmstadt Busse in Leichtbauweise Forschung zur Optimierung des Antriebsstran-ges sowie zur streckenbezogenen Lade- und Entladesteuerung Lieferung der Busse 02/2011 Abschluss der Forschung 06/ Weitere Infos zu Greenmove:

18 Busse mit Brennstoffzellenantrieb Brennstoffzelle Speicher Elektromotor Räder Räder 18

19 Brennstoffzelle: Stärken und Schwächen Stärken Betankung erfolgt mit Wasserstoff Fahrbetrieb rein elektrisch Keine umweltschädlichen Abgasemissionen Große Akzeptanz und hoher Imagegewinn Schwächen Extrem hohe Anschaffungskosten (rd. 1 Mio. Euro / Bus) Hohe Investitionen in die Tankanlage und Werkstattinfrastruktur erforderlich Hohe Sicherheitsanforderungen Hohe Instandhaltungs- und Betriebskosten Unter Umweltaspekten ist die Brennstoffzellentechnik die sauberste Lösung. Aufgrund der extrem hohen Kosten ist sie derzeit keine Alternative. 19

20 Batteriebusse sind zurzeit nur in Nischen einsetzbar Klein- und Midibusse Reichweitenproblem ggf. Plug-in-Nachladestation oder Induktion (Forschung) Aber: Forschungsprojekt batteriegetriebener Standardbus in Offenbach ab

21 21 Batteriebusse: Entscheidender Faktor ist die Entwicklung der Batteriekosten und die Verbesserung der Energiedichte

22 Gesamteinschätzung elektrischer und teilelektrischer Antriebe Brennstoffzellenbusse mit regenerativem Wasserstoff betrieben sind die beste Lösung: Nahezu unendlich verfügbare Energieressourcen Absolut sauber im Betrieb Äußerst leise im Einsatz Wasserstoffproduktion mit Windenergie kombinierbar Wirtschaftlich derzeit uninteressant, eher langfristige Zukunftstechnologie O-Busse mit regenerativem Strom betrieben sind ökologisch, die hohen Kosten der Infrastruktur und der Busse führen wahrscheinlich nur in Ausnahmen zur Neueinführung des Systems Batteriebusse: Ein großflächiger Einsatz hängt maßgeblich von der Entwicklung der Energiedichte in den Batterien ab. Hybridbusse bieten eine gute Möglichkeit zur Reduzierung der Gesamtemission und sind vergleichsweise kostengünstig 22

23 23 4. Bewertung alternativer Antriebstechniken

24 4. Bewertung alternativer Antriebstechniken In den nächsten Jahren bleiben fossile Kraftstoffe unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten die erste Wahl Im Regional- und Fernbusverkehr bleibt der Verbrennungsmotor mittelfristig die wirtschaftlichste Antriebsform Elektromobilität im Personen- und Güterverkehr wird insbesondere durch die vom Bund ausgerufenen Förderprojekte voranschreiten. Die HEAG mobilo wird diesen Prozess aktiv begleiten und die innovative Technik gemeinsam mit Partnern weiterentwickeln und in Darmstadt zum Einsatz bringen. Die Hybridtechnik leistet wesentliche Beiträge zum energieeffizienten Betrieb von Linienbussen. Die erreichten Kraftstoffeinsparungen lösen nicht die generelle Frage nach der künftigen Energieversorgung für schwere Nutzfahrzeuge. 24

25 25 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!