Elektromobilität - Hype oder Revolution? Prof. Dr. Markus Lienkamp Elektromobilität? Batterie 40 kwh 12 000 E-Maschine 40 kw + Leistungselektronik 4 000 Fahrzeug 4 000 20 000 Einmalaufwand, Investition, Händlermarge, MwSt., etc. x 2 = 40 000
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 1. Megatrends der nächsten Jahrzehnte Zeit wird knapp Raum wird knapp Rohöl wird knapp Breitbandige Kommunikation Fortschritte in der Elektronik Neue Batterietechnologie
Verfügbarkeit nicht erneuerbarer Energien Reserven: Aktuell wirtschaftlich abbaubare Menge des Rohstoffs Ressourcen: Gesamtmenge des Rohstoffs (inferred, indicated, measured) Erdöl (konv. + nicht konv.) Erdgas (konv. + nicht konv.) Kohle Braunkohle Uran 2000 2050 2100 2150 Reserve 62 157 Ressource 64 756 Quelle: BGR 2002 207 1425 198 1264 42 527 0 50 100 150 >200 >1000 Jahre Förderkosten und Verfügbarkeit von Rohstoffen - Verschiedene Quellen zu unterschiedlichen Kosten Preissteigerungen - Sprünge in der Fördertechnologie verursachen Sprünge in der Kostenfunktion
Steigender Ölverbrauch durch steigende Wirtschaftsleistung CO2 Emissionen über BIP Wirtschaftswachstum und Ölverbrauch (Quelle: WEO 2008) Weltprimärenergieverbrauch (Quelle: IEO 2007) (Quelle: BP Statistical Review of World Energy June 2010) Weltweite Erdölförderung: 1900-2150 2006 Bei 2% Bedarfssteigerung und Förderprognosen des BGR: Faktor 2: im Jahr 2037 Faktor 4: im Jahr 2052 Faktor 8: im Jahr 2064
Weltweite Erdölförderung: 1900-2150 Bei 2% Bedarfssteigerung und gleichbleibender Öl-Förderung: Faktor 2: im Jahr 2040 Faktor 4: im Jahr 2075 Faktor 8: im Jahr 2110 IEA Prognosen 2000 und 2008 Prognostizierter Energieverbrauch 2000 (Quelle: WEO 2000) (in 1990 USD, Quelle: WEO 2000) 2010 Prognostizierte Energiekosten 2000 16,5 $/barrel Prognostizierte Energiekosten 2008 Prognostizierter Energieverbrauch 2008 (Quelle: WEO 2008) 2010 100.00 $/barrel (in 2007 USD, Quelle: WEO 2008)
IEA Prognose 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
Wasserstoff + Wasserstoff hat Potenzial als umweltfreundlicher Energieträger, wenn er aus überschüssigen erneuerbaren Energien erzeugt würde Aus Strom-Mix schlechte CO2-Bilanz + Praxistauglichkeit durch Daimler nachgewiesen Betriebswirtschaftliche Sinnhaftigkeit noch offen (Kosten für Platin als Katalysator zu hoch) Erzeugung und Verteilung von Wasserstoff offen (aber machbar) (Energiequelle, Infrastruktur) 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.
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 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte:
2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte: 2. Wie eine Vision der Mobilität aussehen könnte:
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 3. Faktor 2: Verbrennungsmotoren Personenanzahl km/h bzw. km 1 2 3 4 5 6 max 150 120 Benzin Gas: CNG Up! Diesel 60 Plug-In Hybrid 30 Elektro
TDI, TSI, DSG, Hybrid, Alu Efficient Dynamics Fahrzeuge heute:
Punktfahrzeuge: 1-Liter Auto für Langstreckenmobilität Gas: CNG (Compressed Natural Gas) 15% geringerer CO 2 Ausstoß als Benzin aufgrund chemischer Zusammensetzung Aus Strom erzeugbar Sabatier: 2 H 2 O O 2 + 2 H 2 CO 2 + H 2 H 2 O + CH 4 (Methan) Problemlos über mehrere Wochen speicherbar Größere Vorkommen durch neue Verfahren erschließbar als bei Öl
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 elektrische Reichweite NEFZ [km] Lithium Ionen Batterien 150 130 110 500 75 65 55 1500 kg, 18 kwh/100km Reichweitenberechnung auf Basis Batteriesystem 140 Wh/kg * 600 W/kg 170 Wh/kg * 800 W/kg 200 Wh/kg * 1000 W/kg revolutionärer Technologiewechsel 1500 Wh/kg * 1000 W/kg EV Plug-In 2008 2012 2017 200 l 100 l Prototypenbatterie verfügbar; Serieneinsatz + 3J. *) Energiedichte bezogen auf Zelle
4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen Personenanzahl km/h bzw. km 1 2 3 4 5 6 max Benzin Diesel 150 CNG 120 60 Plug-In Hybrid 30 Elektro 50
Fahrzeugkonzept Grundgedanken Dimensionen Kleinstwagen Passagierzahl Zuladung Reichweite Kosten vor Kunde Markt Höchstgeschwindigkeit Leistung Leergewicht 2 Personen 2 Gepäckstücke > 100 km TCO gleich heutigen Kleinwagen (z.b. Smart) Mitteleuropa 120 km/h 15 kw am Rad 400 kg + 100 kg Batterien Gesamtkosten eines Mobilitätskonzepts mit MUTE (Beispiel) MUTE Fahrzeug Haftpflichtversicherung + Vollkasko Kfz-Steuer Mobilitätsgarantie Wartung (Inspektion, Verschleißteile) Ladestation (eigene Garage) 1.000 Inklusivkilometer / Monat (regenerativ) inklusive Inklusive Inklusive Inklusive Inklusive Inklusive Inklusive TCO MUTE 344,- / Monat Zum Vergleich VW Golf 1.4 446,- Smart Fortwo 320,-
4. Faktor 4: Kurzstreckenmobilität mit Elektrofahrzeugen Personenanzahl km/h bzw. km 1 2 3 4 5 6 max Benzin Diesel 150 CNG 120 60 Plug-In Hybrid 30 Elektro 69 Verbesserung der Wirtschaftlichkeit Senkung Batteriekosten (Massenfertigung/Innovation) Erhöhte Laufleistung im Kurzstreckenbetrieb Staatliche Förderung Schaffung von Monopolsituationen (z.b. Benutzung Busspuren, Verbrennungsmotor-freie Zonen)
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) Autos leihen 76
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 car2gether Bus - Mitfahrzentrale 79
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 6. Faktor 16: gar keine Mobilität
Fahrtstrecke zum Dienst 86 Neue Megacities Lingang, Quelle: Architekturbüro Gerkan
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% 88 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% 89
Ausblick in die Zukunft Entwicklung eines 5 Jahre Fahrzeugs: Produktionslaufzeit 10 Jahre (incl. Modellpflege): Betrieb des Fahrzeugs: 15 Jahre 30 Jahre Selbst bei gleichbleibender Förderung wird sogar der Faktor 8 in einem Zeitraum von 100 Jahren erreicht! 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 *EU Weißbuch: 2030: 50% E-Fzg in Städten 2050: 100% E-Fzg in Städten Anzahl in 1000 Anzahl in 1000 50000 40000 30000 20000 10000 Anzahl der zugelassenen PKW in Deutschland 0 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 Jahr Verbrenner-PKW Elektro-PKW PKW Gesamt Anzahl der jährlichen PKW- Neuzulassungen 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 Verbrenner-PKW Jahr Elektro-PKW
Ein kleiner Schritt für die Ingenieure Ein großer Schritt für den Kunden