Elektromobilität ist das die Zukunft? Prof. Dr. Markus Lienkamp

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1 Elektromobilität ist das die Zukunft? Prof. Dr. Markus Lienkamp

2 Elektromobilität? Batterie 40 kwh E-Maschine 40 kw + Leistungselektronik Fahrzeug Einmalaufwand, Investition, Händlermarge, MwSt., etc. x 2 =

3 Agenda 1. Megatrends der nächsten Jahrzehnte 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte 3. Faktor 2: Verbrennungsmotoren brauchen nur noch die Hälfte Treibstoff 4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen 5. Faktor 8: Vernetzte Mobilität Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 7

4 1. Megatrends der nächsten Jahrzehnte Zeit wird knapp Raum wird knapp Rohöl wird knapp Breitbandige Kommunikation Fortschritte in der Elektronik Neue Batterietechnologie 8

5 Verfügbarkeit nicht erneuerbarer Energien Reserven: Aktuell wirtschaftlich abbaubare Menge des Rohstoffs Ressourcen: Gesamtmenge des Rohstoffs (inferred, indicated, measured) Erdöl (konventionell und nicht konventionell) Erdgas (konventionell und nicht konventionell) Kohle Braunkohle Uran Reserve Ressource Quelle: BGR >200 >1000 Jahre Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 9

6 Steigender Ölverbrauch durch steigende Wirtschaftsleistung Wirtschaftswachstum und Änderung des Ölverbrauchs (Quelle: WEO 2008) CO2 Emissionen über BIP (Quelle: IEO 2007) Ölpreisentwicklung (Quelle: Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 11

7 IEA Prognose 16

8 Erschließen von Ölvorräten 17

9 Weltweite Erdölförderung: Bei 2% Steigerung des jährlichen Verbrauchs: Faktor 2: im Jahr 2036 Faktor 4: im Jahr Faktor 8: im Jahr Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 18

10 Prognose von Erdöl-Bedarf und Förderung Quelle: 19

11 Alternative Flüssigkraftstoffe Biogene Kraftstoffe: Biodiesel (Raps), Ethanol (Weizen, Zuckerrübe) Biomass to liquid (2. Generation) Bioethanol (2. Generation) Gas to liquid Coal to liquid Ca. 10 % des aktuellen Bedarfs abdeckbar Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 21

12 Wasserstoff + Wasserstoff hat Potenzial als umweltfreundlicher Energieträger, wenn er aus überschüssigen erneuerbaren Energien erzeugt würde Aus Strom-Mix schlechte CO2-Bilanz Technologierisiken Membran, Katalysator, Speicher Technologiewechsel im Antrieb (Elektromotor, Leistungselektronik, Batterie) Industrielle Reife nicht vor 2020 Erzeugung und Verteilung von Wasserstoff offen (Energiequelle, Infrastruktur) 22

13 Entwicklung bei Ölknappheit Stationäre Verbraucher können auf alternative Energieträger umsteigen: Holz-, Gasheizung, Fernwärme, Wärmepumpen, Dämmungsmaßnahmen PKW-Kurzstrecke: Öl durch Strom prinzipiell substituierbar PKW-Langstrecke: Öl nicht durch Strom substituierbar Schwerlastverkehr: nur Umstieg auf die Schiene möglich Flugverkehr hat keine Alternative zu Öl (außer ICE) Teilweise Wind oder Kohle einsetzbar? 23

14 CO2 Bilanz der Elektromobilität Referenz-Benziner: ~120 g/km physikalische Argumentation: ~ 120 g/km statistische Argumentation: ~ 100 g/km realistische Argumentation: ~ 200 g/km idealistische Argumentation: ~ 10 g/km politische CO2-Deckelung: 0 g/km Bedarf einer politischen/ gesetzlichen Vorgabe! Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 24

15 Zwischenfazit Der Klimawandel wird kurzfristig nur über politische Maßnahmen Druck ausüben Haupttreiber in der Mobilität wird ein erheblicher Preisanstieg sein, wenn der Bedarf das Angebot übersteigt Die alternativen Flüssigkraftstoffe sind mengenmäßig nicht relevant Pro Kopf wird langfristig nur noch ca. 1/8 der heutigen Menge an Flüssigkraftstoff zur Verfügung stehen. 25

16 Agenda 1. Megatrends der nächsten Jahrzehnte 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte 3. Faktor 2: Verbrennungsmotoren brauchen nur noch die Hälfte Treibstoff 4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen 5. Faktor 8: Vernetzte Mobilität 26

17 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte: 27

18 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte: Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 28

19 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte: Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 29

20 Agenda 1. Megatrends der nächsten Jahrzehnte 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte 3. Faktor 2: Verbrennungsmotoren brauchen nur noch die Hälfte Treibstoff 4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen 5. Faktor 8: Vernetzte Mobilität 30

21 3. Faktor 2: Verbrennungsmotoren Personenanzahl km/h bzw. km max 150 Benzin Diesel 120 Up! 60 Plug-In Hybrid Gas 30 Elektro 31

22 TDI, TSI, DSG, Hybrid, Alu Efficient Dynamics 32

23 Fahrzeuge heute: 33

24 Punktfahrzeuge: 1-Liter Auto für Langstreckenmobilität 34

25 Agenda 1. Megatrends der nächsten Jahrzehnte 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte 3. Faktor 2: Verbrennungsmotoren brauchen nur noch die Hälfte Treibstoff 4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen 5. Faktor 8: Vernetzte Mobilität 37

26 ÖPNV: Garching - Haar 10 Minuten Gehen Fahrzeit: Ca. 1h 10 Minuten Gehen Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 38

27 Individualverkehr: Garching - Haar Fahrzeit: Ca. 20 min Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 39

28 Flottenversuch eflott UMTS Datenauswertung CAN- BUS Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 40

29 elektrische Reichweite NEFZ [km] Lithium Ionen Batterien kg, 18 kwh/100km Reichweitenberechnung auf Basis Batteriesystem revolutionärer Technologiewechsel 1500 Wh/kg * 1000 W/kg Wh/kg * 1000 W/kg Wh/kg * 800 W/kg Wh/kg * 600 W/kg EV 200 l Plug-In l Prototypenbatterie verfügbar; Serieneinsatz + 3J. *) Energiedichte bezogen auf Zelle 41

30 4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen Personenanzahl km/h bzw. km max 150 Benzin Diesel Elektro Plug-In Hybrid Gas 42

31 43

32 Ziele des Projekts Know-How: Ausbau der E-Mobility-Kompetenz in Forschung und Lehre Zusammenarbeit: Aufbau eines interdisziplinären Netzwerks innerhalb der TUM und den beteiligten Industriepartnern Verantwortung: Mitgestaltung künftiger Mobilitätslösungen Nachweis, dass Elektromobilität bezahlbar sein kann Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 44

33 Beteiligte Institute der TUM Aerodynamik (Prof. Adams) Carbon Composites (Prof. Drechsler) Energiewandlungstechnik (Prof. Herzog) Energiewirtschaft (Prof. Hamacher) Entrepreneurial Finance (Prof. Achleitner) Ergonomie (Prof. Bengler) Fahrzeugtechnik (Prof. Lienkamp) FZG (Prof. Höhn) Elektrische Energiespeichertechnik (Prof. Jossen) Industrial Design (Prof. Frenkler) Integrierte Systeme (Prof. Stechele) Leichtbau (Prof. Baier) Marketing (Prof. v. Wangenheim) Produktentwicklung (Prof. Shea, Prof. Lindemann) Umformtechnik/Gießereiwesen (Prof. Hoffmann) Thermodynamik (Prof. Sattelmayr) Wirtschaftsinformatik (Prof. Krcmar) Technische Elektrochemie (Prof. Gasteiger) Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 45

34 Fahrzeugkonzept Grundgedanken Dimensionen Passagierzahl Zuladung Reichweite Kosten vor Kunde Markt Höchstgeschwindigkeit Leistung Leergewicht Kleinstwagen 2 Personen 2 Gepäckstücke > 100 km TCO gleich heutigen Kleinwagen (z.b. Smart) Mitteleuropa 120 km/h 15 kw am Rad 400 kg kg Batterien Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 47

35 48

36 49

37 TUM CREATE Elektromobilität in Megacities Singapur als tropische Megacity Klima (Infra-)struktur Nutzerverhalten verlangen eigens entwickelte Lösungen: Kooperationsprojekt TUM NTU Austausch von ca. 100 wiss. Mitarbeitern Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 50

38 4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen Personenanzahl km/h bzw. km max 150 Benzin Diesel Elektro Plug-In Hybrid Gas Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 51

39 Verbesserung der Wirtschaftlichkeit Senkung Batteriekosten (Massenfertigung/Innovation) Erhöhte Laufleistung im Kurzstreckenbetrieb Staatliche Förderung Schaffung von Monopolsituationen (z.b. Benutzung Busspuren, Verbrennungsmotor-freie Zonen) 52

40 Verbesserung der Wirtschaftlichkeit Einbindung des Fahrzeugs in Netz (Vehicle to grid) und Rückfluß durch Verkauf kw Schattenkraftwerk und kwh Punktfahrzeugkonzepte mit intelligenten Energiespeicherkonzepten Inkaufnahme kurzer Reichweite verbunden mit Mobilitätskonzepten (Mietwagen on demand) 53

41 Car-Sharing Entzerren von Ballungszentren und Betanken der E-Fahrzeuge in einem Car-Sharing-Konzept 54

42 Teleoperiertes Fahren 55

43 Autos leihen 56

44 Agenda 1. Megatrends der nächsten Jahrzehnte 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte 3. Faktor 2: Verbrennungsmotoren brauchen nur noch die Hälfte Treibstoff 4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen 5. Faktor 8: Vernetzte Mobilität 58

45 Veranstaltung in Hamburg (55 Teilnehmer) 55 * 200 km * 8l/100 km = 880 l 55/4 * 200 km * 8l/100 km = 220 l 1 * 200 km * 20l/100 km = 40 l 59

46 car2gether Bus - Mitfahrzentrale 60

47 Neue Möglichkeiten durch Vernetzung 62

48 64

49 Fahrtstrecke zum Dienst 66

50 Kalkulation Anteil an der Mobilität Ölverbrauch (Im Vergleich zu Heute) CO2 (Im Vergleich zu Heute) Zukünftiges CO2 (Im Vergleich zu Heute) Faktor 2: Weiterentwicklung konventioneller Fahrzeuge 25% 50% 50% 50% Faktor 4: E-Fahrzeuge für geeignete Strecken 50% 0% 50% 0% Faktor 8: Information + Kommunikation: Vom Individual- zum Kollektivverkehr 25% 10% 10% 10% 15% 40% 15% 67

51 Kalkulation Anteil an der Mobilität Ölverbrauch (Im Vergleich zu Heute) CO2 (Im Vergleich zu Heute) Zukünftiges CO2 (Im Vergleich zu Heute) Faktor 2: Weiterentwicklung konventioneller Fahrzeuge 25% 50% 50% 50% Faktor 4: E-Fahrzeuge für geeignete Strecken 50% 0% 50% 0% Faktor 8: Information + Kommunikation: Vom Individual- zum Kollektivverkehr 25% 10% 10% 10% 15% 40% 15% 68

52 Ausblick in die Zukunft Entwicklung eines 5 Jahre Fahrzeugs: Produktionslaufzeit 10 Jahre (incl. Modellpflege): Betrieb des Fahrzeugs: 15 Jahre 30 Jahre Schon jetzt ist der Faktor 2 überschritten! Faktor 8 - Die Zukunft der Mobilität 69

53 Anzahl in 1000 Anzahl in 1000 Vision: - Jahr 2050: Kurzstrecken- Mobilität komplett durch E-Fahrzeuge abgedeckt - bis 2064: für Langstrecken- Mobilität nur noch 30 % der heutigen Verbrenner mit 1/8 des heutigen Ölverbrauchs notwendig Anzahl der zugelassenen Fahrzeuge in Deutschland Angemeldete Verbrenner Jahr Angemeldete E-Fzg Anzahl der jährlichen Neuzulassungen Jahr Neuzulassungen Verbrenner Neuzulassungen E-Fzge 70

54 Fazit Der Faktor 8 ist erzielbar. Individuelle kollektive Mobilität ist auch nach dem Ende des Ölzeitalters möglich. Faktor 2: riesige Herausforderungen in der Automobilindustrie der Gegenwart. Faktor 4: Forschungsthema, das uns schneller als wir denken einholen wird. Faktor 8: Das Netz und die Community helfen. Die Mobilität wird spannend, verlässlich und planbar. Wir Ingenieure haben ungeheure Herausforderungen, weil die Mobilität der Zukunft nicht mehr nur vier Räder, vier Zylinder und fünf Sitze haben wird. 72

55 Ein kleiner Schritt für die Ingenieure Ein großer Schritt für den Kunden 77