Zukünftige KFZ-Antriebstechniken emissionsarm und ressourcenschonend

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1 ÖGEW/ DGMK Herbstveranstaltung 2009 Zukunft der europäischen Energieversorgung Wirtschaftskammer Wien, 15. und 16. Oktober 2009 Zukünftige KFZ-Antriebstechniken emissionsarm und ressourcenschonend Univ.-Prof. Dr. DI Bernhard Geringer Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau der Technischen Universität Wien Elektrische Antriebe im Medienfokus Folie 2 1

2 Gliederung Folie 3 1. Soziale Rahmenbedingungen der Zukunft 2. Weiterentwicklung konventioneller und Einführung alternativer Antriebslösungen sungen 3. Zusammenfassung und Ausblick Drei Key-Anforderungen für r Antriebe: Emissionsarmut durch stringente Emissions- gesetzgebung Fahrspaß und Leistungsdichte Kundennutzen Energieverbrauch und CO 2 -Minimierung Zukünftige Antriebe Folie 4 2

3 Bildquelle: Audi 2009 Entwicklung der Emissionsgrenzwerte in EU, USA und Japan für Diesel-PKW s Folie 5 Bildquelle: nach DEUTZ 2009 Emissionsgrenzwerte für Offroad- Motoren mit Leistungen von kw Folie 6 3

4 Bildquelle: Audi 2009 Entwicklung von Fahrspaß und Emission Folie 7 Änderung des Energiebedarfs weltweit in [%] zu Basis Andere Erneuerbare Wind Solar Biomasse Kernkraft Kohle Gas Öl Szenario: Koordinierte Entwicklung Jahr Energiebedarf weltweit steigt Regenerative Alternativen sind gefragt Regenerativ Relative Entwicklung des Energiebedarfs [Quelle: Shell 2008; BP 2008; World Energy Outlook 2008] Folie 8 4

5 Veränderung in [%] Neuzulassungen Mio. Fahrzeug - davon 56 Mio. PKW Weltweit ~ 100 PKW pro 1000 Ew. EU15 ~ 510 PKW pro 1000 Ew. PKW Bestand weltweit Fahrleistung Energiebedarf Alternativer Energiebedarf Fossile Energie Jahr 2040 Mobilitätsbedarf tsbedarf steigt weltweit immens Energiebedarf fast genauso Verkehrsrelevante Entwicklungen und Prognosen [Quelle: Shell 2008; World Energy Outlook 2008; IVK 2008] Folie PKW Otto PKW Diesel Nutzfahrzeuge CO2-Emissionen [kt/a] CO 2 -Emissionsausstoß stabilisiert sich erst in einigen Jahren Jahr CO 2 -Emissionen in Österreich aus dem Verkehr ( ) Folie 10 5

6 Bildquelle: NISSAN 2009 Zielwert 100 g/km CO 2 ist weltweit bis 2020 zu erreichen Verschärfte CO 2 -Limits weltweit Ausstoß Fahrzeug Folie 11 Gliederung Folie Soziale Rahmenbedingungen der Zukunft 2. Weiterentwicklung konventioneller und Einführung alternativer Antriebslösungen sungen 3. Zusammenfassung und Ausblick 6

7 Zukünftige Mobilität: t: KEINE Frage des richtigen ANTRIEBS sondern: Frage der effizientesten ENERGIEFORM zur Treibhausgasminimierung Prämisse für zukünftige Antriebe Folie 13 Kriterien Antrieb: Wirkungsgrad / Effizienz der Energiewandlung Schadstoffausstoß im Lebenszyklus Gewicht / Baugröß öße e (spez. Leistung) Reichweite des Fahrzeugs Kosten Verfügbarkeit / Reifegrad Kriterien für einen effektiven Antrieb Folie 14 7

8 Steigende Effizienz bei sinkenden Emissionen Übergang zu kohlenstofffreien Treibstoffen Wasserstoff Brennstoffzelle Elektroantrieb Hybridantrieb (inkl. Plug-In) Optimierter Verbrennungsmotor Zeit Fossile Treibstoffe (konventionelle und alternative Quellen) Diversifizierung des Bio-Treibstoffe Energieangebotes Strom (konventionelle u. alternative Quellen) Bildquelle: nach GM 2008 Wasserstoff Roadmap der Antriebstechnologien Folie 15 Optimierung der Verbrennungsmotoren: Ottomotor: Downsizing und Downspeeding, Hochaufladung, Restenergienutzung Dieselmotor: Motorinterne Abgasminimierung und -nachbehandlung (NOx), Downsizing Reibungsminderung Anwendung der Abgasnachbehandlung auch bei NFZ und im Off-Roadbereich Konventionelle Antriebe - Schritte Folie 16 8

9 Reduktion der CO 2 -Emissionen um 70 90% Kurzfristig: Konventionelle Antriebe (ICE) verbessern Langfristig: Elektrifizierung des Antriebs Hybrids (HEV), Rein Elektrische Fzge. (EV) und Brennstoffzellen-Fzge (FCV) Bildquelle: NISSAN 2009 CO 2 - Einsparpotenzial Langzeitszenario für Zukünftige Antriebe Folie 17 Reisegeschwindigkeit 37 km/h max. 50 km/h Masse 1 t, davon 410 kg Batterie, ca. 50 km Reichweite Lohner-Porsche: Ursprung des Hybridantriebs Folie 18 9

10 Es gibt keinen Königsweg K Kein One Fits for All Bildquelle: Daimler/ GM 2008 Verbrauchsverhalten: Antriebstechnologie versus Fahrzyklen Folie 20 Bildquelle: MAN 2009 Hybridpotenziale von 5% (Mild Auslegung) bis 25/30% beim Full Hybridantriebe im Nutzfahrzeug Folie 21 10

11 Bildquelle: AUDI 2009 Klassifizierung elektrifizierter Antriebe Folie 22 Bildquelle: ZF 2009 Jede Antriebskomponente hat Verbesserungspotenzial - Synergien Verbrauchsreduktion beim Getriebe Folie 23 11

12 Bildquelle: NISSAN 2009 Fähigkeit CO 2 Emissionen auf nahezu Null zu reduzieren (bei regen.energie) Potenzial Elektroantrieb Folie 24 Bildquelle: NISSAN 2009 E-Fahrzeug: CO 2 in Abhängigkeit von der Energiequelle Folie 25 12

13 Fahrzeugmasse: 3000kg 2000kg 1500kg 1000kg 500kg Geschwindigkeit und Fahrzeugmasse dominieren Leistungsbedarf eines PKW für Konstantfahrt in der Ebene Folie 26 Bildquelle: GM 2009 Energiedichte von Batterien um Zehnerpotenzen unter konv. Kraftstoffen toffen Energiedichten von Energieformen im KFZ (inkl. Tank) Folie 27 13

14 Bildquelle: GM 2009 EV.. Electric Vehicle EREV..Extended Range Electric Vehicle Kosten E-Antrieb vs. Reichweite Folie 28 RESS Rechargable Energy Storage System Bildquelle: GM 2009 Leistung LiOn Batterie vs. Temperatur Folie 29 14

15 Bildquelle: GM 2009 Chevrolet VOLT Antriebssystem Erster Serien Range Extender 2010 Folie 30 Gliederung Folie Soziale Rahmenbedingungen der Zukunft 2. Weiterentwicklung konventioneller und Einführung alternativer Antriebslösungen sungen 3. Zusammenfassung und Ausblick 15

16 Bildquelle: Nissan Säulen: S Evolution konvent.. Technik, Elektrifizierung und Biokraftstoffe Keine singuläre Lösung L kann den globalen Anforderungen gerecht werden KFZ Technologien für CO 2 -Reduktion Folie 32 Bildquelle: VW 2009 Der Weg zum effizientesten Antrieb Bsp. Volkswagen Folie 33 16

17 Bildquelle: FEV 2009 Potenziale und Mehrkosten der relevanten Antriebe Folie 34 Bildquelle: Nissan 2009 Schöne neue Antriebswelt? Folie 35 17

18 FRAGE des ANTRIEBS ist FRAGE nach geeigneter ENERGIEFORM (Verfügbarkeit, Dichte, Kosten) Konventioneller Antrieb + Fahrzeug haben noch viel Potenzial (aber Kosten ) Alternativen werden in Ergänzung kommen! Zusammenfassung (1/2) Folie 36 Alternativen sind: Hybrid in diversen Ausprägungen E Antrieb Brennstoffzelle und kommen ergänzend KEIN sprungartiger Wechsel (Evolution) Zusammenfassung (2/2) Folie 37 18