Chancen und Risiken alternativer Antriebe Antriebskonzepte im Vergleich

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1 Chancen und Risiken alternativer Antriebe Antriebskonzepte im Vergleich Prof. Dr.-Ing. Thomas von Unwerth Professur Alternative Fahrzeugantriebe 1

2 Auswirkungen der konventionellen Mobilität Globale Erwärmung der Erde Energieverknappung CO 2 -Reduzierung Energiesicherheit 2

3 Ersatzoptionen im Transportsektor Ressourcen Energie (-träger) Antrieb fossil Öl Elektrizität H 2 Brennstoffzelle / E-Antrieb Kohle Uran Gas regenerative Wind Wasser Solar Geothermie Kraftstoffe Benzin/Diesel CtL GtL BtL Batterie / E-Antrieb Konventioneller Antrieb (ICE) Biomasse Biogas CO 2 Synthesegas 3

4 Treiber für alternative Antriebe Gesellschaft: - steigendes Umwelt- und Kostenbewusstsein - Klimaveränderungen - Lobbyisten Gesetzgebung: - Emissionen / Verbrauch - Incentives / Steuervorteile - Fahrverbote / City-Maut - ZEV-Gesetz alternative Antriebe / Elektrifizierung Energiewirtschaft: - Kraftstoffverfügbarkeit u. lokale Abhängigkeiten - Ressourcenverknappung - Rückgang Ölfördermenge Wettbewerb: - verstärkte Aktivitäten - zunehmend Einführung von Serienfahrzeugen - Positionierung Prof. Dr.-Ing.. T.von Unwerth - Professur Alternative Fahrzeugantriebe 4

5 Wirkketten im Vergleich Wirkungsgrad-Pfade Windkraft Wasserstoff Methan Erdgasfahrzeug CO 2 Wirkungsgradpfad: 50% 70% 50% 25% = 4,4% Windkraft Wasserstoff Brennstoffzelle Elektro-Auto H 2 Wirkungsgradpfad: 50% 70% 90% 50% 80% = 12.6% Windkraft Batterie Elektro-Auto Li-Ion Wirkungsgradpfad: 50% 95% 90% 80% = 34.2% 5

6 Erdgas als Brücke zum Wasserstoff 6

7 Well-to-Wheel CO 2 (g/km) Potenziale der CO 2 - und Energieeffizienz Antriebe (bis 2020) (inkl. Fahrzeugmaßnahmen) Otto, Diesel, Erdgas (heute) 120 Otto, Diesel, Gas (2020) BEV 2020 mit Strom aus Windkraft Elektrofahrzeug 2020 (BEV) mit Strom aus Kraftwerkspark 2020 B100 Biokraftstoffe E-Gas E Well-to-Wheel Primärenergie (kwh/100 km)

8 Well-to-Wheel CO 2 (g/km) Potenziale der CO 2 - und Energieeffizienz Antriebe (bis 2020) (inkl. Fahrzeugmaßnahmen) FCEV 2020 H 2 aus Elektrolyse (mit Strom aus Kraftwerkspark heute) Otto, Diesel, Erdgas (heute) 120 Otto, Diesel, Gas (2020) BEV 2020 mit Strom aus Windkraft Brennstoffzelle 2020 (FCEV) H 2 Erdgasdampfreformierung Elektrofahrzeug 2020 (BEV) mit Strom aus Kraftwerkspark 2020 FCEV 2020 H 2 mit Strom aus Windkraft Biokraftstoffe Well-to-Wheel Primärenergie (kwh/100 km) auf Basis heutiger Energiequellen können alle Antriebskonzepte ein ähnliches Niveau erreichen höchstes Potenzial im Bereich der CO 2 - & Energieeffizienz haben Elektro-Fahrzeuge in Abhängigkeit von der Energieerzeugung B100 E-Gas E100 8

9 Erstes Elektrofahrzeug von Porsche 14. April 1900 auf der Weltausstellung in Paris 2 Radnabenmotoren P max = 2 x 7PS P nenn = 2x 2,5PS (bei 120 U/min) 44-zelliger 300 Ah Akku mit 80 V V max = 50km/h Reichweite 50km Sperrklinken gegen zurückrollen Elektrische Bremse vorne, mechanische Bandbremse hinten Gesamtgewicht 980 Kg Batteriegewicht 410 Kg 1 Vorderrad 115 Kg Ca. 300 Fahrzeuge verkauft 9

10 Erster Elektrovan von GM mit AFC 1967 Alkalische Brennstoffzelle P BZ = 5 kw P Motor = 32 kw Gesamtgewicht 3500 kg Vmax = 105 km/h Reichweite 200 km Flüssigwasserstoff (LH2) 10

11 Anforderungen an elektrische Speicher/Wandler Energie Elektrische Reichweite, Verfügbarkeit Komfortverbraucher Ladezeiten, -infrastruktur Kosten Wirtschaftlichkeit, Marktakzeptanz, Recycling Leistung Fahrleistung, Performance, Dynamik, Lebensdauer Zyklen, Standzeit Sicherheit Fehler, Unfall, Missbrauch, Wartung, Komfort, Zuverlässigkeit 11

12 Elektrische Reichweite, Neuer Europäischer Fahrzyklus NEFZ [km] Entwicklung von Hochenergiespeichern Mittelklassefahrzeug

13 Fahrzeugenergiespeicher im Vergleich Reiner Brennstoff ohne Speichersysteme kwh / l 10 Benzin/ Diesel Ethanol 5 LPG 5bar 0 Herkömmliche LiIon Batterien Holz Li/02 5 Erdgas EU 200bar H2 gasförmig 30 H2 700bar H2 350bar kwh/kg 13

14 Vergleich von Masse und Volumen für 500km Reichweite Dieselkraftstoff 400 kwh chemische Energie Druckwasserstoff 6 kg bar = 200 kwh chemische Energie Li-Ion Batterie 100 kwh elektrische Energie 14

15 Elektrofahrzeuge - Betankungsdauer Strom Drehstromsteckdose 10 kw Wasserstoff Tankstelle kw (ca. 1 kg/min) Benzin Zapfsäule kw (ca. 50 l/min) 1 min Tanken = 1 km fahren 1 min Tanken = 100 km fahren 1 min Tanken = km fahren 15

16 Elektrofahrzeuge Infrastruktur Laden und Tanken Ladestationen in Lissabon (Quelle: zeitonline.de) Wasserstofftankstelle in Berlin (Quelle: cleanenergypartnership.de) Ladestation in Berlin (Quelle: berlin.de) HFS in NYC (Quelle: dailytech) Honda Solar H2-Station in LA (Quelle: Honda) SS2010 / Dr.-Ing. T.von Unwerth

17 Elektroinfrastruktur Kohle, Erdgas Kernenergie Wind Wasser Sonne öffentliche Ladesäulen Firmen Privathaushalte 17

18 Wasserstoffinfrastruktur Kohle, Erdgas Kernenergie Wind Wasser Sonne Wasserstofftankstelle Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle 18

19 Beispiel eines Batterie-Elektrofahrzeugs Optionales Solardach Leistungselektronik Getriebe und E-Motor Batterien Batteriemanage -mentsystem Hochvoltkabel 19

20 Beispiel eines Batterie-Elektrofahrzeugs Optionales Solardach Leistungselektronik Getriebe und E-Motor Batterien Batteriemanage -mentsystem Hochvoltkabel 270 Nm Drehmoment 50 kw (85 kw peak) Elektromotor 26,5 kwh Batteriekapazität km Reichweite 20

21 Beispiel eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs 21

22 Beispiel eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs Wasserstoffspeicher Bz-System Li-Ion-Batterie für Rekuperation und Boost Elektromotor 80 kw BZ-System 6,4 kg H 700 bar 55 kw (peak 100 kw) Elektromotor 1,47 kwh Batteriekapazität > 600 km Reichweite 22

23 Neue Wertschöpfungskette neue Komponenten Neue Funktionen Neue Verfahren Neue Prozesse Neue Player 23

24 Chancen und Risiken alternativer Antriebe Chancen Gesellschaft Ressourcenunabhängigkeit Klimaschutz, Emissionsreduktion Versorgungssicherheit Wirtschaft Technologievorsprung Mobile Speicherung von Energie Neue Arbeitsplätze Neue Geschäftsfelder Neue Anbieter für Mobilitätsenergie Risiken Gesellschaft Neue Rohstoffabhängigkeiten Komforteinbußen für Mobilität Fehlende Infrastruktur Wirtschaft Investitionen Kostentargets für Serie Zeit bis Marktdurchdringung Sinkender Absatz traditioneller Antriebskomponenten Neuer Wettbewerb um Marktanteile 24

25 auch Alternative Antriebskonzepte... Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 25