Umwelt- und Energiestrategien für den Güterkraftverkehr. Dipl.-Ing. Håkan Samuelsson, Vorstandsvorsitzender der MAN Nutzfahrzeuge Gruppe

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1 Umwelt- und Energiestrategien für den Güterkraftverkehr, Vorstandsvorsitzender der MAN Nutzfahrzeuge Gruppe MAN Nutzfahrzeuge Gruppe FS-MN

2 Wachsender Güterverkehr Erweiterung EU gesetzliche Vorgaben (Emissionen / CO 2 ) endliche Energie-Ressourcen Allgemeine Rahmenbedingungen Die optimale Nutzung von Energieressourcen und die Schonung der Umwelt ist seit Jahrzehnten ein Muss für den gesamten Güterkraftverkehr. Sowohl die Hersteller, Kunden als auch Gesetzgeber haben die Verantwortung angenommen und bis heute schon viel erreicht. Der stetig wachsende weltweite Handel sowie die EU-Osterweiterung führen zu einem kontinuierlich wachsenden Güterverkehr. Somit sind neue Ansätze notwendig, damit auch in Zukunft die eingeschlagene Richtung fortgeführt werden kann. Die durch die Regierung vorgegebenen Rahmenbedingungen (z.b. Euro-Emissions-Richtlinien) sowie die Endlichkeit der Rohölvorkommen sind weitere Argumente für eine Fokussierung auf eine effiziente Energie- und Umweltstrategie.

3 Grenzwertabsenkung PM [g/kwh] 0,7 Euro 0, ,4 Euro 1, ,15 0,1 Euro 2, 1996 Euro 3, 2000 COP-Grenzwerte EEC 88/77 0,02 0 Euro 5, Euro 4, ab 2008 ab , NO 14,4 x [g/kwh] Grenzwertabsenkung Seit der Einführung der Euro-Emissions-Richtlinien wurde neben der Reduzierung des Verbrauchs seitens der Entwicklungsabteilungen verstärkt auf die Schadstoff-Reduzierung hingearbeitet. Besonders im Bereich der Partikel- (PM) und Stickoxide- (NO x ) Emissionen wurden enorme Fortschritte erreicht. Mit der Einführung der Euro 4 sowie Euro 5 Richtlinien sind für die Zukunft die Weichen für eine weitere Verbesserung der Abgas-Emissionen gestellt.

4 Partikel- und NO x -Emission 60 Straßenverkehr in Deutschland Partikel-Emissionen [kt/a] Partikel PKW Partikel NFZ NO X PKW NO X NFZ Quelle: Institut für Verbrennungskraftmaschinen, TU Wien, Stand November 2001 NO x -Emissionen [kt/a] Partikel- und NO x -Emission Mit der erreichten Abgasoptimierung ist die Gesamtbelastung durch Partikel- und Stickoxid-Emissionen seit Einführung der Euro Abgasvorschriften dramatisch gesunken. Die Entwicklung und Implementierung von technischen Innovationen zur Erfüllung von Euro IV / V wird trotz eines weiter steigenden Verkehrsaufkommens zu einem weiteren Rückgang bei den Abgas-Emissionen führen.

5 Verbrauchs- und CO 2 Minderung erhält Priorität Steigerung der Effizienz Alternative Kraftstoffe CO 2 Minderung wird Priorität Die begrenzte Verfügbarkeit von Rohöl und die Erkenntnis des Einflusses von CO 2 auf den Treibhauseffekt führt zu einer Fokussierung auf die Reduzierung des Verbrauches. Da die Aktivitäten zur Verbrauchsreduzierung zusätzlich auch positive Auswirkungen auf den Kundennutzen haben, werden sich die Entwicklungsbereiche noch intensiver mit diesem Thema beschäftigen. Eine Minderung der CO 2 Emissionen kann im wesentlichen auf zwei Arten erreicht werden. Zum einen durch die Steigerung der Effizienz des konventionellen Antriebes in Verbindung mit neuen Transportkonzepten. Zum anderen durch alternative Kraftstoffe und durch den Einsatz alternativer Antriebe.

6 Anhebung des Fahrzeuggesamtgewichtes 40 t Beispiel 50 t Verbrauchsvorteil bis zu 10% CO 2 Minderung Anhebung des Fahrzeuggesamtgewichtes Kurz- und mittelfristig sind die folgenden drei Ansätze am vielversprechensten für eine Effizienzsteigerung. Durch eine Erhöhung der zulässigen Nutzlast kann bei einer Unterstützung durch den Gesetzgeber eine Verbrauchsoptimierung erzielt werden. Eine Erhöhung der Nutzlast um 10 t auf ein zulässiges Gesamtgewicht von 50 t ist mit heutigen Fahrzeug-Konfigurationen darstellbar. Bezogen auf des Zuggesamtgewichtes ist durch einen optimierten Gesamtzug eine Verbrauchsminderung von bis zu 10 % erreichbar. Die Belastung der Straßen wird bei gezeigter Achskonfiguration nicht erhöht, die Gesamtzahl der Fahrzeuge wird tendenziell verringert.

7 Optimierung Antrieb Nebenaggregate Integrierter Starter / Generator Mild Hybrid Automatisches Schaltgetriebe Energiespeicher + Bremsenergierückgewinnung bis zu 15 % Kraftstoffersparnis Optimierung Antrieb Ein weiteres Potential kann durch Einsatz neuer Technik im Bereich des konventionellen Antriebes gehoben werden. Die größten Chancen liegen in der Verwendung von bedarfsoptimierten Nebenaggregaten sowie dem Einsatz von automatisierten Schaltgetrieben inkl. Management. Darüber hinaus gilt in diesem Bereich auch die Kombination von dem Einbau eines integrierten Starters / Generators und Energiespeichern zur Bremsenergierückgewinnung als effizienzsteigernd. Diese Kombination wird als Mild Hybrid bezeichnet. Je nach Einsatzgebiet kann die Summe dieser Maßnahmen zu einer Kraftstoffersparnis von bis zu 15% führen.

8 Straßengüterverkehr in Deutschland Quelle: ifo, eigene Berechnungen Transportleistungen [in Mrd. Tonnenkilometern] Straßengüterverkehr in Deutschland Prognose: bis zu 10 % Kraftstoffersparnis Fahrleistungen [in Mrd. Kilometern] Eine für Deutschland dargestellte Prognose der Entwicklung von Fahr- und Transportleistung des Straßengüterverkehrs bis 2014 zeigt einen kontinuierlichen Anstieg beider Größen. Der unterproportionale Anstieg der Fahrleistungen im Vergleich zu den Transportleistungen resultiert aus einer optimierten Transportlogistik sowie einer sich rasant weiterentwickelnden Informations- und Kommunikationstechnik (Telematik). Aus dieser Entwicklung wird zwischen den Jahren 2002 und 2014 eine Kraftstoffersparnis von bis zu 10% erwartet.

9 Verkehrsmanagement / Auslastung Position Infrastruktur-Kommunikation Kommunikation Verkehrsleitzentralen Adaptive Cruise Control (ACC) Navigation Verkehrsmanagement / Auslastung Zwei Drittel aller Staus entstehen durch zu hohes Verkehrsaufkommen oder durch Baustellen. Die Stauforschung weiß heute, dass sich aus kleinen Störungen große Staus entwickeln, die sich vermeiden ließen. Aus der Kombination von Satellitenortung, Fahrerassistenzsystemen, Verkehrsleitzentralen sowie aus einer verbesserten Kommunikation werden Störungen minimiert aus denen sich Staus und Stop-and-Go Wellen entwickeln. Der verbesserte Verkehrsfluss wird sich unmittelbar positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirken. Die oben aufgeführten Technologien können ebenfalls zur besseren Steuerung des Einsatzes und der Auslastung der Nutzfahrzeuge eingesetzt werden. Dies ist bei der zu erwartenden Erhöhung der Transportkosten pro Kilometer (Maut / Steuer / Kraftstoff) auch ein zentraler Kundennutzen.

10 Alternative Kraftstofflösungen flüssig Synthetischer Diesel aus Erdgas Biokraftstoffe Synthetischer Diesel aus Biomasse Biodiesel z.b. RME Alternative Kraftstoffe gasförmig LNG (Liquified Natural Gas) CNG (Compressed Natural Gas) H 2 (Wasserstoff) Alternative Kraftstofflösungen Parallel zur CO 2 Reduzierung durch Effizienzsteigerungen können alternative Kraftstofflösungen und Antriebe einen Beitrag leisten. Die wesentlichen Alternativen zu konventionellen Kraftstoffen aus Rohöl können nach ihrem Aggregatszustand bei Umgebungstemperatur und druck unterschieden werden. Zu den flüssigen Alternativen zählen: Synthetischer Dieselkraftstoff (Syn-Fuel). Die wesentlichen bekannten Vorteile sind ein verbessertes Abgasverhalten (PM, NOx). Nachteile, keine Verbesserung der CO 2 Bilanz. Biokraftstoffe, wie z.b. Synthetischer Diesel aus Biomasse (Sun-Fuel), ein aus Biomasse gewonnener schwefelfreier synthetischer Kraftstoff oder auch das derzeit unter Biodiesel verkaufte Rapsölmethylester (RME). Der Vorteil ist die verbesserte CO 2 Bilanz. Generell gilt für diese Kraftstoffe, dass sie konventionellem Kraftstoff beigemischt werden können und somit keine eigene Infrastruktur benötigen. Zu den gasförmige Alternativen zählen: LNG (Liquified Natural Gas), verflüssigtes Erdgas CNG (Compressed Natural Gas), komprimiertes Erdgas H 2 Wasserstoff, der durch Einsatz von Primärenergie (regenerativ oder fossil) gewonnen werden kann Für die hier gezeigten gasförmigen Kraftstoffe gilt generell, dass sie ein verbessertes Abgas-Emissionsverhalten haben. Wasserstoff kann darüber hinaus einen hohen Beitrag zur Verringerung des CO 2 Ausstoßes liefern.

11 Bewertung der Energieträger Kraftstoff flüssig + hohe Energiedichte + Infrastruktur vorhanden + Handling + geringe Speicherkosten gasförmig - große Volumina Gewicht - Reichweite - eingeschränkte Infrastruktur - Handling - hohe Speicherkosten Bewertung der Energieträger Eine grundsätzliche Unterscheidung von gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen bei Umgebungstemperatur und druck nach ihren Eigenschaften, der Speicherung, ihrem Handling sowie der Infrastruktur zeigt einen deutlichen Nachteil der gasförmigen Kraftstoffe. Ein zentraler Vorteil der flüssigen Kraftstoffe ist die höhere Energiedichte. Der Vergleich von Dieselkraftstoff mit CNG zeigt, trotz Verdichtung auf 250 bar, einen auf das Volumen bezogenen Unterschied um den Faktor 4 (Wasserstoff Faktor 16). Somit benötigt man für die Mitnahme der gleichen Energiemenge bei einem mit Gas betriebenem Fahrzeug die vier- bis sechzehnfache Tankgröße. Neben dem Effekt der Energiedichte ist ein weiterer Pluspunkt die geringen Speicherkosten für flüssige Kraftstoffe. Gasfahrzeuge brauchen spezielle durch den TÜV freigegebenen Gastanks, die hohe Anschaffungs- und Unterhaltskosten verursachen. Daneben besteht für flüssige Kraftstoffe im Gegensatz zu gasförmigen eine flächendeckende Infrastruktur und die Handhabung mit Dieselkraftstoff ist alltagserprobt.

12 Fazit Einsatz Fernverkehr Antrieb Verbrennungsmotor Effizienzsteigerung Kraftstoff Diesel Sauberer Diesel Syn-Diesel aus Erdöl Beimischung Biokraftstoffe Verteilerverkehr Verbrennungsmotor Evtl. Mild Hybrid Brennstoffzelle Vorraussetzung PKW-Technologie Diesel Erdgas Wasserstoff Personennahverkehr Fazit In Zukunft muss der konventionelle Dieselantrieb weiter verbessert werden, da für den Fernverkehr keine wirtschaftlich sinnvolle Alternative zum Dieselkraftstoff in Sicht ist. Hierbei müssen Konzepte wie eine erhöhte Tonnage, ein optimierter Antriebsstrang, Telematik, usw. ineinander greifen um je nach Anwendungsgebiet ein optimales Ergebnis zu erzielen. Eine Teilsubstitution von fossilen Kraftstoffen durch Beimischung von Syn-Fuels oder Biokraftstoffe / Sun-Fuels bringt eine sinnvolle Entlastung der Erdölreserven und darüber hinaus z.t. eine Reduzierung der CO2-Belastung. Alternative gasförmige Kraftstoffe wie Erdgas (CNG/LNG) oder Flüssiggas (LPG) haben aufgrund ihrer geringen Schadstoffemission sowie hohen weltweiten Verfügbarkeit Chancen im Verteilerverkehr und Personennahverkehr und sind heute schon zuverlässig im Einsatz. Langfristig gehört die Zukunft -zumindest in Ballungsgebieten- dem Energieträger Wasserstoff, da dieser kohlenstofffrei und an keinen endlichen Rohstoff gebunden ist. Voraussetzung ist die H2- Erzeugung mittels regenerativer Energieformen. Als Antriebssystem eignen sich vorrangig zwei Varianten: 1) kostengünstige Verbrennungsmotor mit interner Gemischbildung inkl. Mild hybrid, 2) effiziente PEM-Brennstoffzellenantrieb mit integrierter Bremsenergierückgewinnung. Die Brennstoffzelle wird sich jedoch nur bei erheblicher Senkung der Herstellkosten durchsetzen. Die ist vor allem dann möglich, wenn im PKW Bereich hohe Stückzahlen verbaut werden, die modular im Nutzfahrzeug eingesetzt werden können.

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