Das Automobil der Zukunft Thesen und Synthese

Transkript

1 Berlin 1882, Siemens Trolleybus Das Automobil der Zukunft Thesen und Synthese Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h.c. Cornel Stan Leipzig, 5. Juni Internationaler AMI Kongress

2 Thesen

3 These 1: Das Elektroautomobil ist unerlässlich für die Megacities Verkehrsdichte Auto: kompakt, geringe Trägheit bei Beschleunigen/Bremsen Treibhauseffekt keine(lokale)kohlendioxid emission Schadstoff- und Geräuschemission keine/extrem gering

4 Ideales Szenario: Das Elektroautomobil mit Sonnenenergie Wasser Sonne Wind Energiequellen Energie-Unwandlungsstation Luft Brennstoffzelle Zeit Energiespeicher + Elektrisch - Li-Ionen NiCd Pb Heißes Fluid Wasserstoff Alkohole Pflanzenöle Gas, Benzin, Diesel Energiespeicherung (thermisch) Elektromotor Gleichstrom Drehstrom Asynchron Synchron Antrieb Generator Wärmekraftmaschine Otto, Kolben, DE, 4 Takt Otto, Kolben, DE, 2 Takt Diesel, Kolben,DE, 4 Takt Diesel, Kolben, DE, 2 Takt Wankel Stirling Strömungsmaschine, radial Strömungsmaschine, axial Optimierte thermodynamische Kreisprozesse

5 Die Entwicklung der Elektromobilität befindet sich in der 3. Phase 1851 Lokomotive mit Elektromotor (USA) 1860 Bleibatterie für Fahrzeuge (USA) 1881 Automobil mit Elektromotor 12km/h (USA) 1899 Automobil mit Elektromotoren an Rädern / Porsche Lohner 1900 Mobilität in den USA 38% Elektrofahrzeuge / 40% Dampfmaschinen/ 22% Fahrzeuge mit Benzinmotoren Serienfahrzeuge mit Elektromotor-Antrieb VW-City Stromer (120 Fahrzeuge) PSA- Peugeot, Citroen ( Fahrzeuge) GM EV1 (1100 Fahrzeuge)

6 These 2: Die Speicherung der Elektroenergie an Bord ist ein grundsätzliches Problem der Elektromobilität

7 Einfluß der Batterie-Speicherkapazität auf das Auto Masse x Beschleunigung = Kraft Kraft x Strecke = Arbeit (Energie)

8 Die Sicherheit ist an Masse und Volumen gebunden

9 Das Automobil der Zukunft und seine Funktionen

10 These 3: Die Herstellung der Elektroenergie ist ein grundsätzliches Problem der Elektromobilität

11 Vergleich der CO2-Emissionen eines Kompaktklasse-Fahrzeugs bei Nutzung von Diesel bzw. Elektroenergie als Energieträger 250 VW Golf Blue - e - motion CO 2 - Emission Golf Diesel Blue Motion (1,6 l) Braunkohle Steinkohle Kernkraft Strommix-EU (2007) 5 Strommix-D (2010)

12 Automobil mit Elektromotorantrieb auf Basis einer wasserstoffbetriebenen Brennstoffzelle Wasserstoff m=pv/rt R = 8314/M M=2 kg/kmol

13 Automobile Vielfalt

14 Energie aus chemischen Reaktionen: Voraussetzungen für die Reaktionseffizienz YPixels Batterie: - kalte Reaktionen (<300 C) - makroskopisch quasi statisch mikroskopische Bewegung Brennstoffzelle: - kalte Reaktionen (<300 C) makroskopische Bewegung XPixels 0 Verbrennung: - warme Reaktionen ( C) - turbulente Strömungen

15 These 4: Brennen bleibt im Rennen

16 Direkteinsprizung in Brennraum eines Dieselmotors - Prozesssimulation 5 Energiemanagement: Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

17 Dieselmotor Einspritzstrahl- und Temperaturentwicklung im Brennraum

18 Funktionsmodule eines Verbrennungsmotors mit Aktivierungsenergie von einer stationär arbeitenden Brennstoffzelle an Bord Direkteinspritzsystem Variable Ventilsteuerung Wasserpumpe Turboaufladung

19 Range Extender: Strömunsmaschine (Gasturbine) 4x145 kw + 4x400 Nm (je Rad ein Elektromotor) Systemleistung: 580 kw Systemdrehmoment: 1600 Nm 2 Gasturbinen mit je 70 kw 19,6 kwh Akkupack CO 2 - Ausstoß: 99 g/km Höchstgeschwindigkeit: 330 km/h 3,4 s von 0 auf 100 km/h Jaguar C-X75

20 Fahren oder trinken? Kupferleitung vergorenes Obst (Obstmaische) Flamme Kühlspirale Kühlflüssigkeitsbehälter (Wasser) Brennstoff Alkohol

21 Ethanol: Herstellung, Eigenschaften, Einsatz Herstellung Brasilien USA Energieträger Zuckerrohr Korn / Cellulose * CO 2 -Recycling (well-to-wheel) 61 % /EPA 2011,USA/ 13 % / 20 30% E Ethanol / E Produktion 8,3 10,2 1,3 1,6 Preis 22 Cent/l 30 Cent/l Flex-Fuel Fahrzeuge 12 Millionen 9,3 Millionen 89 % der Weltproduktion entfallen auf die USA und Brasilien * aus landwirtschaftlichen Resten, US Regierungsprogramm sieht zukünftige Ethanolherstellung aus Cellulose auf Basis von Landwirtschafts-/Papier-/Hausmüllresten mit Hilfe von Cyanobakterien Verbrennung mit gleicher Luftmenge Ethanol Benzin (Oktan) Verbrauch (Basis ist 1 Liter Benzin) 1,568 l 1 l Abgasprodukte bei vollständiger Verbrennung (1,568/1) CO 2 2,356 kg 2,285 kg H 2 O 1,44 kg 1,013 kg ( 1 l) N 2 8,452 kg 8,45 kg

22 Synthese

23 Dimensionen der automobilen Vielfalt

24 Oberklassewagen/SUV: Vollhybrid

25 Mittelklassewagen: Antrieb durch Verbrennungsmotor, Elektroenergie an Bord mittels Brennstoffzelle

26 kompakte Stadtwagen Elektroantrieb, Elektroenergie aus Batterie/Brennstoffzelle

27 Stadt-/Land-Auto: Elektroantrieb+ kleine Batterie + Stromgenerator mittels Verbrennung r

28 preiswerter Mehrzweckwagen: preiswerter, konventioneller Antrieb

29 Was treibt uns morgen an? Vielfalt aus Kombination verknüpfbarer Module?

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31 Antriebe, Mobilität, Innovationen was treibt uns morgen an?. Internationaler AMI Kongress, 5. Juni 2012, Congress Center Leipzig RUNDER TISCH 9:45-10:15 Elektrofahrzeuge Batterie / Brennstoffzelle Hybridantriebe Range Extender