Entwicklungspotential hinsichtlich CO2-Emissionen bei Personenkraftwagen

Transkript

1 SSM Schweizerische Studiengesellschaft für Motorbetriebsstoffe Technische Kommission 23. September 2009, Campus Sursee Entwicklungspotential hinsichtlich CO2-Emissionen bei Personenkraftwagen Dr. Klaus-Peter Schindler Volkswagen Aggregateentwicklung

2 Umweltschwerpunkte Energie Treibhausgase CO 2 Abgasemissionen CO, NO X, HC, PM

3 Nationale CO 2 Vorschriften in Europa Großbritannien: jährliche Steuer auf CO2-Basis ab 2002: Bemessungsgrundlage der Firmenwagenbesteuerung von CO2 und Kaufpreis abhängig Irland: 14% bis 36% Prozentsatz Zulassungssteuer und jährliche Steuer gestaffelt nach CO2 ISL Niederlande: Zulassungssteuer CO2 Bonus/Malus von Effizienzklassen abhängig; jährliche Steuer: Bonus Otto <110 g/km, Diesel <95 g/km Belgien: Einkommenssteuerminderung bei Kauf <115g/km Geldwerter Vorteil auf Basis CO 2 Luxemburg: jährliche Steuer auf CO2-Basis Frankreich: ab 2006: für Firmenwagen jährliche nach CO 2 gestaffelte Steuer, ab 2008 zusätzlich Zulassungssteuer (Bonus/Malus) mit CO 2 Klassen Portugal: ab 07/2006 Steuer als Funktion von Hubraum und CO 2 Spanien: ab 01/2008: Zulassungssteuer <120g/km 0% >200 g/km 14,75% P IRL E GB F Schweden: ab 07/2006: jährliche Steuer als Funktion von CO 2 Norwegen: ab 2007: Gewichts- und CO 2 Komponenten in progressiven Stufen bei 120, 140 und 180 g/km NL B LUX CH N DK D I S CZ A SLO CRO PL SK H SF EST LET LIT GR RO Finnland: ab 01/ ,2 bis 48,8% Kaufpreis als Funktion von CO 2 Dänemark: jährliche Steuer und Bonus/Malus auf Zulassungssteuer als Funktion der Rechweite in km/l Deutschland: Umstellung KFZ-Steuer auf CO2 Emissionen in 07/09 Österreich: ab 1992 Normverbrauchsababgabe mit max. 16% Steuer vom Kaufpreis, ab 2008 zusätzlich CO 2 Bonus/Malus Zulassungssteuer Jährliche Steuer Zulassungssteuer und jährliche Steuern Italien: Verschrottungsprämie: 1500,--

4 CO2 Co-decision Hintergründe Emissionen in g/km ACEA 2006 CO 2 = 160 g/km - 19% Honda Daimler Toyota VW BMW Renault Ford PSA GM Fiat Entlastung 1372 Belastung Verordnung 2012 CO 2 = 130 g/km Leergewicht in kg

5 CO 2 Co-decision Complementary measures + eco innovations EU-Neufahrzeugflotte 2006: 160 g/km Fahrzeug- und Antriebstechnologie (im Testzyklus) Credits für: EU-Vorgabe 2012: 130 g/km Zusätzliche Maßnahmen Eco Innovations 7 g/km Flotte Complementary Measures Gemeinschaftsziel 120 g/km Biokraftstoffe.

6 CO 2 Co-decision Strafzahlungen: /g CO2 Überschreitung x Anzahl Fzg. pro KJ 2012 bis 2018 ab /g 25 /g 15 /g 5 /g >3g 2-3g 1-2g 1g 95 /g.

7 Umweltschwerpunkte Ziele Nachhaltige Sicherung der Mobilität Neben der Verbesserung der Luftqualität stehen nun die langfristige Sicherung der Energieversorgung und des Klimaschutzes im Vordergrund Als ein möglicher Lösungsansatz wird der Einsatz von Biokraftstoffen gesehen Die Vielfalt an weltweit festgelegten Kraftstoffqualitäten verursacht im Unternehmen erhebliche Kosten. Daher ist es erforderlich, bei Kraftstoffqualitäten deutlich mehr Sensibilität bei den politischen Entscheidungsträgern in den Regionen und Ländern dieser Welt zu erzeugen und als Vision sukzessive auf international einheitliche Standards zu kommen.

8 Volkswagen Antriebs- und Kraftstoffstrategie Elektrizität erneuerbar Wasserstoff (regenerativ) Elektrotraktion Brennstoffzelle SunFuel Zellulose- Ethanol Hybrid von Erdgas vom Erdöl SynFuel CNG Dieselkraftstoff Ottokraftstoff TDI/TSI/DSG

9 Antriebskonzepte von Volkswagen: TDI, FSI / TFSI / TSI, DSG heutige Antriebe Direkteinspritzung in Kombination mit Aufladung (TDI, TSI, TFSI) Hochaufladung BlueTDI / ultra low emission system Audi valvelift System Optimierung Motorsoftware Optimierung Motorhardware BlueMotion, e-modelle Modularer Effizienz Baukasten Doppelkupplungsgetriebe DSG zukünftige Antriebe/Kraftstoffe Antriebe Kraftstoffe Hybrid SynFuel (GtL) E-Fahrzeug SunFuel (BtL) Brennstoffzelle CNG (Erdgas) Wasserstoff Ethanol (E85)

10 TDI Technologie von Volkswagen 2,5l 2V TDI 1,9l 2V TDI 2,5l V6 4V TDI 1,9l 2V TDI- PD 5,0l V10 2V TDI-PD EU4 2,0l 4V TDI-PD EU4 3,0l V6 4V TDI-CR 2,0l 4V TDI-CR EU5 1,Xl TDI-CR EU

11 TDI CommonRail Dieselmotoren mit 1,6 und 2,0 l Hubraum und 55 bis 125 kw Leistung.

12 Polo BlueMotion Der Sparsamste seiner Klasse 99gCO 2 /km Sparsamster Antrieb ohne Verzicht auf Fahrspaß Mobilität für künftige Generationen sichern

13 Maßnahmen zur Erfüllung niedrigster Grenzwerte SCR-System NOx-Speicherkatalysator (NSC, LNT) Kraftstoffeinspritzung Grenzwert NOx-Emissionen Fahrzeuggewicht

14 SCR-System ECU control line T Sensor ECU NOx Sensor AdBlue Tank Heating DPF + Oxi-Cat Slip Cat SCR Cat Metering Valve AdBlue Pipe

15 Anteilige Kosten der Abgasnachbehanddlung beim Dieselmotor % der Gesamtkosten EU2 EU3 EU4 EU5 EU6 EU-Gesetzgebung Abgasnachbehandlung Motor

16 FSI / TFSI / TSI Ein zukunftsweisendes Konzept 1,4l 4V FSI 1,6l 4V FSI 2,0l 4V FSI 2,0l 4V TFSI 3,2l VR6 4V FSI 4,2l V8 4V 5,2l V10 4V FSI 1,4l 4V TSI 1,8l 4V TFSI 1,Xl TFSI / TSI

17 1,4l TSI Motoren als Monoturbo 90 kw und Twincharger 118 /125 kw

18 Maßnahmen zur weiteren Verbrauchsreduktion Aufladung: Turbo- und/oder Kompressor Direkteinspritzung Reibungsoptimierung Variable Ventilsteuerung Thermomanagement Ölkreislauf

19 Volkswagen gibt doppelt Gas TSI / TFSI + CNG TSI / TFSI bieten optimale Voraussetzung Fahrleistung eines großvolumigen Saugmotors Minimaler Verbrauch und Emissionen Hohe Reichweite Beschleunigung ohne Turboloch Passat 1.4l TSI-CNG 110kW

20 DSG - Direktschaltgetriebe DQ200 7-Gang Doppelkupplungsgetriebe Verbrauch geringer als bei Schaltgetrieben Schaltvorgänge ohne Kraftflussunterbrechung Maximaler Schaltkomfort Vergleich der CO 2 -Emissionen 120 % - 22 % - 14 % 100 % Automatic (4-G) (6-G) DSG (6-G) Manual Gearbox DSG (7-G)

21 Kombination TSI + DSG zur Effizienzsteigerung Golf IV 1,8l 20V AQ Golf V 1,4l TSI-DSG Leistung [PS] 125 PS 122 PS Verbrauch [l/100km] 9,1 l/100km 5,9 l/100km (- 35%) CO 2 [g/km] 214 g/km 139 g/km (- 35%) Abgas [-] Euro 3 Euro 5

22 Zukünftiger Effizienzbaukasten Weitere Optimierung der Motorentechnologie (TDI/TSI/DSG) Angebotserweiterung Getriebetechnologie (DSG, S-tronic, tiptronic) Alternative mechanische und hydraulische Nebenaggregate Optimierung Energiemanagement Optimierung Aerodynamik Reduktion der mechanischen Widerstände Ausweitung Leichtbaukompetenz Weiterentwicklung Fahrer-Assistenzsysteme Sicher in die Zukunft

23 CO 2 -Potenziale Quelle: WTW-Report 2006 (CONCAWE, EUCAR, JRC) Generation 2. Generation Reduktionspotenzial [%] CO2-Reduktionspotenzial Ethanol aus Weizen; Braunkohle Ethanol aus Weizen; Erdgas RME BtL CHOREN Ethanol aus Stroh; IOGEN

24 Potentialvergleich CO 2 -Emissions NEDC [g/km] NEDC = New European Driving Cycle Gasoline FSI 150 Gasoline TSI Diesel Potential incl. DPF + DeNO x 130 Diesel today Full Hybrid Diesel Potential 0 Additional Costs [%] 500

25 Volkswagen arbeitet schon lange an elektrischen Antrieben VW Elektrotransporter Baujahr 1973 Leistung 17 kw VW Golf City Stromer Baujahr 1993 Leistung 25 kw Technikstudie VW Chico, Hybridantrieb Baujahr 1992 Leistung kw Technikstudie VW Space up!blue, Brennstoffzellenantrie b Leistung 45 kw

26 Elektrifizierung bei Volkswagen ein Stufenplan VKM Mild Hybrid Full Hybrid Plug-In Hybrid Elektrofahrzeug Brennstoffzelle

27 Volkswagen verfolgt ein abgestuftes Hybrid- Konzept Typ konv. Fzg. Micro Hybrid Mild Hybrid Full Hybrid Plug-In Hybrid Elektro- Fzg. Funktion Starten Start-Stopp Start-Stopp (Rekuperation) Rekuperation (Boost) Start-Stopp Rekuperation Boost Start-Stopp Rekuperation Boost E-Drive < 40 km E-Drive > 120 km Treiber und Schwerpunkt CO 2 - Reduzierung Europa, US, Japan, (China): CO 2 - Gesetzgebung Energie- Diversifizierung US ZEV - Gesetzgebung

28 Herausforderungen an Batteriesysteme Kosten Energie Lebensdauer Verfügbarkeit Sicherheit

29 Lithium-Ionen-Zellen für verschiedene Anwendungen Mobiltelefon 2-3 Wattstunden Laptop/ Powertool 6-10 Wattstunden Hybrid Wattstunden Elektrofahrzeug Wattstunden

30 Energie Verbrauch (z.b. Golf-Klasse) Nutzenergie für 100 km Reichweite Bruttoenergie einer neuen Batterie unter Berücksichtigung von: - Nutzung von 80% der Nennenergie - Alterung der Batterie um 20% ca. 200 Wh/km ca. 20 kwh ca. 30 kwh Stand der Technik bei Batteriezellen heute: ca. 150 Wh/kg 100 km Reichweite => 200 kg Zellen => 330 kg Batteriesystem Energiedichte und spez. Energie heutiger Li-Ion Batterien sind für für attraktive Reichweiten (> (> 300 km) noch viel zu zu gering.

31 Die Wahl der Technologie ist eine strategische Frage Die Materialien sind der größte Kostenfaktor bei den Batterien. Batteriematerialien sind auch hinsichtlich der Verfügbarkeit zu bewerten. Geostrategische Risiken und Firmenkonzentration können eine Rolle spielen.

32 Elektrische Antriebe sind ideal für Pendler 120km 60km 30km

33 Reichweite und Ladezeit passen noch nicht zusammen Ladezeit heute: drei Stunden Batterie heute: ca. 300 kg, ca. 200 L Reichweite 150 km Diesel-Äquivalent: 5 L Reichweite 225 km Ladezeit 2025: eine Stunde 1) Batterie 2025: ca. 200 kg, ca. 120 L Diesel-Äquivalent: 7,5 L 1) an speziellen Schnellladestationen

34 Lebensdauer Batterien altern bei Benutzung und bei Lagerung Lebensdauer für Consumerzellen heute 2 4 Jahre Alterungsmechanismen nicht vollständig verstanden, Zeitraffertests nur bis ca. Faktor 5 möglich Noch sehr dynamische Entwicklung der Technologie (fortlaufend Entwicklung neuer Verbindungen, Aussagen über deren Lebensdauer erst nach Jahren möglich) Lebensdauer im Kundenbetrieb schwer zu prognostizieren. Steigerung der Lebensdauer von Li-Ionen Batterien erfordert mehr Grundlagenforschung, Material- und Zellentwicklung.

35 Sicherheit Risikofaktoren bei Li-Ion für EV: - hohe Energiedichte - brennbare Materialien -große Zellen Es gibt keine einfachen Lösungen. Auch vermeintlich sichere Zellen aus Consumeranwendungen stellen im großen Verbund im Automobil eine potenzielle Gefahr dar. Sicherheit ist ist ein ein Muss! Ziel ist ist die die intrinsisch sichere Zelle. Materialentwicklung und Zelldesign sind die die wichtigsten Ansatzpunkte für für verbesserte Sicherheit.

36 Verfügbarkeit von Batteriesystemen Hochleistungsbatterien für Hybride (von mild bis full ): - NiMH ist Stand der Technik, es gibt praktisch nur zwei Anbieter in Japan. - Li-Ion steht vor der Industrialisierung. Sehr viele Anbieter im Forschungsund Vorentwicklungsstadium. Hochenergiebatterien für Elektrofahrzeuge (plug-in Hybride und reine EV): - Derzeit ist kein serienreifes Produkt verfügbar. - Forschungs- und Vorentwicklungsaktivitäten weltweit, Schwerpunkt Li-Ion. - Erhebliche Investitionen für Industrialisierung erforderlich. Fördermaßnahmen und attraktive Standortbedingungen in in Deutschland sind notwendig, um um die die Verfügbarkeit zu zu sichern.

37 Der Preis für Batteriesysteme wird sinken 100 % Kosten [ % ] 80 % 60 % 40 % 20 % Zeit

38 Anteil Hybridfahrzeuge an der Gesamtproduktion Weltweite Marktentwicklung Hybridfahrzeuge (Pkw und LCV) < 6t 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % Mercer: 1,1 Mio. in 2011 Forecast in 2004 Forecast in 2006 Forecast in 2007 Forecast in 2008 Freedonia: 1,8 Mio. in 2010 (2004: 2,7 Mio.) Nomura: 7 Mio. in 2015 (nur Pkw) Morgan Stanley: 7-10 Mio. in 2015 : J.D. Power: 3,7 Mio. in 2013 Freedonia: 4,3 Mio. in 2015 (2004: 7,5 Mio.) Nomura: 14 Mio. in 2020 (nur Pkw) Roland Berger:19 % PHEV in 2020 (nur Pkw) Advanced Automotive Batteries: 2,0 Mio. in 2015 Global Insight: 1,5 Mio. : in 2011 Global Insight: 0,6 Mio. in 2009 Freedonia: 8,5 Mio. in 2020 (2004: 11,5 Mio.) Produktion weltweit * PKW+LCV < 6t PKW 68 Mio. 53 Mio. 83 Mio. 65 Mio. 88 Mio. 70 Mio. Quelle: Vahlensiek, ZF, 2009

39 Weltweite Marktentwicklung Elektro-PKW Anteil Elektrofahrzeuge an der Gesamtproduktion 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % 2008 Forecast in 2008 Institut für Automobilwirtschaft (IFA): 10% EV in > 2025 IFA: 5% EV in > 2020 Roland Berger: 3% EV in 2020 Nomura:1% EV in 2015 Nomura: 2% EV in 2020 IFA: EV in McKinsey: 4% in 2025 Produktion weltweit (PKW): 64,9 Mio. 68,5 Mio. 73 Mio. Quelle: Vahlensiek, ZF, 2009

40 Strom entsteht aus allen verfügbaren Primärenergien Primärenergie Energieträger Antrieb fossil Erdöl Erdgas Kohle Uran Kraftstoffe Mineralöl Gas Verbrennungsmotor regenerativ Wind Wasser Sonne Erdwärme Brennstoffzelle Biokraftstoff Wasserstoff Elektromotor Biomasse Strom Batterie Quelle :

41 COVDA 2 emission Technischer for Kongress an electric 2009 vehicle Well to wheel GHG Emission Source: Ecomove Berlin CO 2 [g/km] France Europe Japan Germany USA World China

42 CO 2 -Emissionen bei verschiedenen Energiepfaden CO 2 [g/km] Vorkette Fahrzeugbetrieb Pkw Neuwagenflotte D ) effizienter Dieselmotor ) E-Fzg mit Strommix D ) E-Fzg. mit EE-Strom ) Dieseltreib stoff aus Kohle (CtL) 1) Quelle: KBA, konv. Kraftstoff 2 ) Verbrauch: 4 l/100 km, konv. Kraftstoff 3) Strombedarf: 18 kwh/100 km Quelle: Lahl, BMU, 2008

43 CO 2 emissions and source of electrical energy GHG Emission 200 GHG Well to Tank GHG Tank-to wheel 150 CO 2 [g/km] Diesel Diesel Gasoline (out of coal) CNG Electricity (out of coal) Elec. Mixture Electricity (renewable) Quelle: Bosch, VDA Techn. Kongreß 2009

44 Die Erwartungen der Öffentlichkeit sind hoch Elektromobilität VDA-Marktbefragung Fast ein Viertel der Befragten interessiert sich für ein Elektroauto und verschiebt deshalb momentan eine Neuanschaffung. Etwa 40 Prozent der Befragten erwarten eine Reichweite von 250 bis 500 km. Im Mittel wollen die Befragten für ein Elektrofahrzeug nur gut 2200 Euro mehr bezahlen.

45 Vielen Dank!