Willkommen Welcome Bienvenue Halbierung der PW CO 2 Emissionen bis 2025 geht das? CO 2 -arme Treibstoffe der Zukunft, 28. Februar 2013 Patrik Soltic Abteilung Verbrennungsmotoren
Inhalt Was kommt auf uns zu? Wie bestimmt man CO 2 Emissionen bei Automobilen? Wo stehen wir, wo müssen wir hin, was sind die «Schlupflöcher»? Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar Zusammenfassung 2
Was kommt auf uns zu? Bis vor ca. 10 Jahren: gesetzlicher Fokus auf Schadstoffreduktionen Bis ca. 2008: freiwillige CO 2 Abmachungen mit der Autoindustrie EU: verbindliche CO 2 Grenzwerte 130 g/km* gestaffelte Einführung 2012-2015 (12: 65%, 13: 75%, 14: 80% der Neuwagen) Sonderregelung für kleine Hersteller ( < 10 000 Fzg. in der EU -komplette Befreiung möglich), aktuell z.b. Lotus, Isuzu, Cadillac, Ferrari, Aston Martin, Lada Sonderregelung für kleine Hersteller (10 000 300 000 Fzg. in der EU) Verringerung um 25% gegenüber 2007), aktuell z.b. Subaru, Tata, Jaguar, Land Rover, Mazda, Suzuki Supercredits für Fahrzeuge unter 50 g/km (werden mehrfach gezählt) 5% CO 2 -Bonus für E85-Fahrzeuge Für Elektrofahrzeuge wird die CO 2 -Intensität Stromproduktion ignoriert, sie werden mit 0 g/km CO 2 bewertet (!) Heftige Strafzahlungen, wenn die Grenzwerte nicht eingehalten werden (ab 2019 95 pro g/km zu viel) EU: weitere Absenkung auf 95 g/km per 2020 (Details noch unklar) weitere Absenkung auf 70 g/km per 2025 in Diskussion * Verordnung (EG) Nr. 443/2009 des Europäischen Parlament und des Rates vom 23. April 2009 3
Was kommt auf uns zu? CH: Übernahme der EU Regelung* Unterscheidung von Grossimporteuren (>50 Autos/Jahr) und Kleinimporteuren Klein- und Nischenherstellerregelung: Übernahme der EU-genehmigten Ausnahmen Spezielle Regelung für Erdgasfahrzeuge: -10% für den anrechenbaren biogenen Gasanteil Importeure können sich zu Emissionsgemeinschaften zusammenschliessen (max. 5 Jahre lang) *Verordnung über die Verminderung der CO2-Emissionen vom 16.12.2011 4
Wie bestimmt man CO 2 Emissionen bei Automobilen? Genau definiertes Fahrprofil (aktuell NEFZ) Gemessen auf einem Rollenprüfstand, ohne Klimaanlage, ohne Heizung, ohne Nebenverbraucher (Licht, Radio, etc.) 5
Wie bestimmt man CO 2 Emissionen bei Automobilen? 6
Wo stehen wir? CH 2011 155 g/km, 1 483 kg Benzin-Hybride Erdgasfahrzeuge modernste Dieselfahrzeuge Plug-in Hybride Quelle: Auto-Schweiz (2012) 7
Die Schlupflöcher des Gesetzes Plug-in Hybride fahren in Europa per Definition mit CO 2 freiem Strom Im NEFZ, ohne Nebenverbraucher Sobald ein Auto vom Stromnetz geladen werden kann, kann man auf dem Papier phantastisch tiefe CO 2 Emissionen erreichen Dieser Trick gilt nicht für autarke Hybride (das sind Hybride, welche nie an die Steckdose müssen) 8
Die Schlupflöcher des Gesetzes Plug-in Hybride fahren in Europa per Definition mit CO 2 freiem Strom Beispiel: Chevrolet Volt / Opel Ampera NEFZ Angabe: 27 g/km CO 2, 1.2 l/100km 80 km, = 113 5 Beispiel: Fisker Karma NEFZ Angabe: 53 g/km CO 2, 2.3 l/100km 83 km, = 229 9.9 9
Die Schlupflöcher des Gesetzes Plug-in Hybride fahren in Europa per Definition mit CO 2 freiem Strom Beispiel: Toyota Prius Plug-in NEFZ Angabe: 49 g/km CO 2, 2.1 l/100km 25 km, = 98 4.2 10
Die Schlupflöcher des Gesetzes Beispiel: Plug-in Prius mit Berücksichtigung der CO 2 Intensität der Stromproduktion reiner Plug-In Betrieb Hersteller werden durch das Gesetz motiviert, Plug-In Hybride anzubieten (speziell bei SUVs) Die offiziellen Verbrauchszahlen bei Plug-in Hybriden sind für die effektiven CO 2 Emissionen nicht aussagekräftig wir werden immer mehr unsinnige Verbrauchsangaben sehen Plug-in kann zu CO 2 -Minderung oder zur CO 2 -Erhöhung gegenüber reinem Benzinbetrieb führen Massgebend ist, wie dieser durch Plug-in Fahrzeuge zusätzlich nachgefragte Strom produziert, gespeichert und verteilt wird 11
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar welche Einflussmöglichkeiten hat man 2. Fahrzeugparameter 1. Energieträger 3. Energiewandler CO 2 (4. Energiespeicher) 12
1. Energieträger 13
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar 1. Kohlenstoffarme und/oder sinnvolle regenerative Treibstoffe nutzen + + + Kohlenwasserstoff Sauerstoff CO 2 Wasser Energie 14
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar 1. Kohlenstoffarme und/oder sinnvolle regenerative Treibstoffe nutzen -9% -12% -25% fossile Primärenergie 15
2. Fahrzeugparameter 16
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar 2. Energiebedarf senken = leichte Autos bauen Luftwiderstandskraft F L = /2 c w A v 2 Antriebskraft F A Rollreibungskraft F R = m g Antriebsleistung: P A = m dv/dt v + /2 c w A v 3 + m g v Für ein Auto mit wenig Energiebedarf: m, c w, A,, möglichst tief! Die Fahrzeugmasse hat für den Normalgebrauch des Autos den mit Abstand grössten Einfluss 17
3. Primärenergiewandler 18
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar 3. Effiziente Energiewandlung im Fahrzeug Das Teillastproblem der Verbrennungsmotoren 10 Bestbereich = Hochlast p me [bar] 8 6 4 2 0 0.28 28% 0.32 32% 30% 0.30 0.10 34% 0.34 typischer Betrieb im PW = Tieflast 10% 20% 0.20 15% 0.15 0.05 25% 0.25 5% Zwei Strategien zur Verbesserung: 1. Wirkungsgradabfall in der Teillasst reduzieren 2. «schlechte» Betriebspunkte vermeiden -2-4 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 n [1/min] Drehzahl [1/min] 19
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar 3. Effiziente Energiewandlung im Fahrzeug Wie weit kommt man mit der Strategie «Wirkungsgradabfall in der Teillast reduzieren»? Beispiel: 1372 kg schweres Auto mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb 2015 2020 2025? (Downsizing, Aufladung, Start-Stopp) (nicht erreichbar, weil - 100% vollständige Verbrennung - unendlich schnelle Verbrennung - keine Gaswechselverluste - keine Reibung) 20
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar 3. Effiziente Energiewandlung im Fahrzeug Wie weit kommt man mit der Strategie «schlechte» Betriebspunkte vermeiden»? Schlechte Betriebspunkte = tiefe Last Schlechte Betriebspunkte vermeiden = Motor bei hohen Lasten betreiben oder abstellen = Energie «zwischenspeichern» = Hybridantrieb Primärenergiewandler Zwischenspeicher Primärenergiespeicher 21
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar 3. Effiziente Energiewandlung im Fahrzeug Wie weit kommt man mit der Strategie «schlechte» Betriebspunkte vermeiden»? Beispiel: 1372 kg schweres Auto 2015 Potenzial: -57% 2020 2025? (Downsizing, Aufladung, Start-Stopp) (nicht erreichbar, weil 100% Wirkungsgrad der Energiezwischenspeicherung) 22
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar Beispiel: «CLEVER» Gas Hybrid Materials Sci ence & Technolog y BAFU 23
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar Beispiel: «CLEVER» Gas Hybrid 24
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar Beispiel: «CLEVER» Gas Hybrid Allrad Schaltgetriebe 30 kw PM E-Maschine Gasflaschen 25
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar Beispiel: «CLEVER» Gas Hybrid 26
Wie sind echte CO 2 -Absenkungen machbar Beispiel: «CLEVER» Gas Hybrid Im Projekt erreicht: -40% 27
Zusammenfassung Welche CO 2 Emissionen sind also mit konventionellem verbrennungsmotorischen Antrieb für ein «Normauto» mit 1372 kg erreichbar? 130 g/km sind mit effizienten Benzinmotoren, Dieselmotoren und Erdgasmotoren ohne Hybridisierung erreichbar 95 g/km ist mit Benzinmotoren kaum erreichbar, eine minimale Hybridisierung wird vermutlich notwendig 95 g/km ist mit Dieselmotoren ohne Hybridisierung erreichbar 95 g/km ist mit Erdgas ohne Hybridisierung erreichbar 70 g/km mit Benzin, Diesel oder Erdgas erfordern, neben Verbesserungen am Verbrennungsmotor, unbedingt eine Hybridisierung Weitere Absenkungen mit sinnvollen biogenen Komponenten oder Nutzung von anderen aus regenerativen Quellen erzeugten Treibstoffen (z.b. «Power-to-Gas») Elektrofahrzeuge: CO 2 -Wirkung hängt davon ab, woher in Zukunft der zusätzlich benötigte Strom kommen wird dies kann ja nach Stromverbund sehr unterschiedlich sein 28
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