ÖGEW/ DGMK Herbstveranstaltung 2009 Zukunft der europäischen Energieversorgung Wirtschaftskammer Wien, 15. und 16. Oktober 2009 Zukünftige KFZ-Antriebstechniken emissionsarm und ressourcenschonend Univ.-Prof. Dr. DI Bernhard Geringer Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau der Technischen Universität Wien Elektrische Antriebe im Medienfokus Folie 2 1
Gliederung Folie 3 1. Soziale Rahmenbedingungen der Zukunft 2. Weiterentwicklung konventioneller und Einführung alternativer Antriebslösungen sungen 3. Zusammenfassung und Ausblick Drei Key-Anforderungen für r Antriebe: Emissionsarmut durch stringente Emissions- gesetzgebung Fahrspaß und Leistungsdichte Kundennutzen Energieverbrauch und CO 2 -Minimierung Zukünftige Antriebe Folie 4 2
Bildquelle: Audi 2009 Entwicklung der Emissionsgrenzwerte in EU, USA und Japan für Diesel-PKW s Folie 5 Bildquelle: nach DEUTZ 2009 Emissionsgrenzwerte für Offroad- Motoren mit Leistungen von 56-130 kw Folie 6 3
Bildquelle: Audi 2009 Entwicklung von Fahrspaß und Emission Folie 7 Änderung des Energiebedarfs weltweit in [%] zu Basis 2000 250 200 150 100 50 Andere Erneuerbare Wind Solar Biomasse Kernkraft Kohle Gas Öl Szenario: Koordinierte Entwicklung 0 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr Energiebedarf weltweit steigt Regenerative Alternativen sind gefragt Regenerativ Relative Entwicklung des Energiebedarfs [Quelle: Shell 2008; BP 2008; World Energy Outlook 2008] Folie 8 4
Veränderung in [%] 400 300 200 100 Neuzulassungen 2007 67 Mio. Fahrzeug - davon 56 Mio. PKW Weltweit ~ 100 PKW pro 1000 Ew. EU15 ~ 510 PKW pro 1000 Ew. PKW Bestand weltweit Fahrleistung Energiebedarf Alternativer Energiebedarf Fossile Energie 0 2007 1995 2010 2025 Jahr 2040 Mobilitätsbedarf tsbedarf steigt weltweit immens Energiebedarf fast genauso Verkehrsrelevante Entwicklungen und Prognosen [Quelle: Shell 2008; World Energy Outlook 2008; IVK 2008] Folie 9 18.000 16.000 PKW Otto PKW Diesel Nutzfahrzeuge 14.000 CO2-Emissionen [kt/a] 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 CO 2 -Emissionsausstoß stabilisiert sich erst in einigen Jahren Jahr 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 CO 2 -Emissionen in Österreich aus dem Verkehr (1990 2030) Folie 10 5
Bildquelle: NISSAN 2009 Zielwert 100 g/km CO 2 ist weltweit bis 2020 zu erreichen Verschärfte CO 2 -Limits weltweit Ausstoß Fahrzeug Folie 11 Gliederung Folie 12 1. Soziale Rahmenbedingungen der Zukunft 2. Weiterentwicklung konventioneller und Einführung alternativer Antriebslösungen sungen 3. Zusammenfassung und Ausblick 6
Zukünftige Mobilität: t: KEINE Frage des richtigen ANTRIEBS sondern: Frage der effizientesten ENERGIEFORM zur Treibhausgasminimierung Prämisse für zukünftige Antriebe Folie 13 Kriterien Antrieb: Wirkungsgrad / Effizienz der Energiewandlung Schadstoffausstoß im Lebenszyklus Gewicht / Baugröß öße e (spez. Leistung) Reichweite des Fahrzeugs Kosten Verfügbarkeit / Reifegrad Kriterien für einen effektiven Antrieb Folie 14 7
Steigende Effizienz bei sinkenden Emissionen Übergang zu kohlenstofffreien Treibstoffen Wasserstoff Brennstoffzelle Elektroantrieb Hybridantrieb (inkl. Plug-In) Optimierter Verbrennungsmotor Zeit Fossile Treibstoffe (konventionelle und alternative Quellen) Diversifizierung des Bio-Treibstoffe Energieangebotes Strom (konventionelle u. alternative Quellen) Bildquelle: nach GM 2008 Wasserstoff Roadmap der Antriebstechnologien Folie 15 Optimierung der Verbrennungsmotoren: Ottomotor: Downsizing und Downspeeding, Hochaufladung, Restenergienutzung Dieselmotor: Motorinterne Abgasminimierung und -nachbehandlung (NOx), Downsizing Reibungsminderung Anwendung der Abgasnachbehandlung auch bei NFZ und im Off-Roadbereich Konventionelle Antriebe - Schritte Folie 16 8
Reduktion der CO 2 -Emissionen um 70 90% Kurzfristig: Konventionelle Antriebe (ICE) verbessern Langfristig: Elektrifizierung des Antriebs Hybrids (HEV), Rein Elektrische Fzge. (EV) und Brennstoffzellen-Fzge (FCV) Bildquelle: NISSAN 2009 CO 2 - Einsparpotenzial Langzeitszenario für Zukünftige Antriebe Folie 17 Reisegeschwindigkeit 37 km/h max. 50 km/h Masse 1 t, davon 410 kg Batterie, ca. 50 km Reichweite Lohner-Porsche: Ursprung des Hybridantriebs Folie 18 9
Es gibt keinen Königsweg K Kein One Fits for All Bildquelle: Daimler/ GM 2008 Verbrauchsverhalten: Antriebstechnologie versus Fahrzyklen Folie 20 Bildquelle: MAN 2009 Hybridpotenziale von 5% (Mild Auslegung) bis 25/30% beim Full Hybridantriebe im Nutzfahrzeug Folie 21 10
Bildquelle: AUDI 2009 Klassifizierung elektrifizierter Antriebe Folie 22 Bildquelle: ZF 2009 Jede Antriebskomponente hat Verbesserungspotenzial - Synergien Verbrauchsreduktion beim Getriebe Folie 23 11
Bildquelle: NISSAN 2009 Fähigkeit CO 2 Emissionen auf nahezu Null zu reduzieren (bei regen.energie) Potenzial Elektroantrieb Folie 24 Bildquelle: NISSAN 2009 E-Fahrzeug: CO 2 in Abhängigkeit von der Energiequelle Folie 25 12
Fahrzeugmasse: 3000kg 2000kg 1500kg 1000kg 500kg Geschwindigkeit und Fahrzeugmasse dominieren Leistungsbedarf eines PKW für Konstantfahrt in der Ebene Folie 26 Bildquelle: GM 2009 Energiedichte von Batterien um Zehnerpotenzen unter konv. Kraftstoffen toffen Energiedichten von Energieformen im KFZ (inkl. Tank) Folie 27 13
Bildquelle: GM 2009 EV.. Electric Vehicle EREV..Extended Range Electric Vehicle Kosten E-Antrieb vs. Reichweite Folie 28 RESS Rechargable Energy Storage System Bildquelle: GM 2009 Leistung LiOn Batterie vs. Temperatur Folie 29 14
Bildquelle: GM 2009 Chevrolet VOLT Antriebssystem Erster Serien Range Extender 2010 Folie 30 Gliederung Folie 31 1. Soziale Rahmenbedingungen der Zukunft 2. Weiterentwicklung konventioneller und Einführung alternativer Antriebslösungen sungen 3. Zusammenfassung und Ausblick 15
Bildquelle: Nissan 2009 3 3 Säulen: S Evolution konvent.. Technik, Elektrifizierung und Biokraftstoffe Keine singuläre Lösung L kann den globalen Anforderungen gerecht werden KFZ Technologien für CO 2 -Reduktion Folie 32 Bildquelle: VW 2009 Der Weg zum effizientesten Antrieb Bsp. Volkswagen Folie 33 16
Bildquelle: FEV 2009 Potenziale und Mehrkosten der relevanten Antriebe Folie 34 Bildquelle: Nissan 2009 Schöne neue Antriebswelt? Folie 35 17
FRAGE des ANTRIEBS ist FRAGE nach geeigneter ENERGIEFORM (Verfügbarkeit, Dichte, Kosten) Konventioneller Antrieb + Fahrzeug haben noch viel Potenzial (aber Kosten ) Alternativen werden in Ergänzung kommen! Zusammenfassung (1/2) Folie 36 Alternativen sind: Hybrid in diversen Ausprägungen E Antrieb Brennstoffzelle und kommen ergänzend KEIN sprungartiger Wechsel (Evolution) Zusammenfassung (2/2) Folie 37 18