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Alternative Kraftstoffe und Antriebssysteme für PKW-Fahrzeuge

Vergleich zwischen alternativen Kraftstoffen (Biodiesel/Pflanzenöle, Wasserstoff und Erdgas) und Antriebssystemen (Brennstoffzelle, Hybrid- und Elektromotoren)

Projektarbeit 2008 34 Seiten

Physik - Sonstiges

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1. Problemstellung
1.2 Abgrenzung des Themas

2 Historische Entwicklung der Antriebssysteme
2.1 Analyse des aktuellen Automobilmarktes betreffend der Antriebssysteme
2.2 Die ökologischen Schlussfolgerungen die sich hieraus ergeben
2.3 Mögliche Folgen bei konsequenter Beibehaltung fossiler Antriebssysteme

3 Alternative Antriebssysteme
3.1 Alternative 1 = Hybridmotoren
3.1.1 Die ökologischen Aspekte
3.1.2 Die technologischen Aspekte
3.1.3 Die ökonomischen Aspekte
3.1.4 Fazit der Aspekte
3.2 Alternative 2 = Elektromotoren
3.2.1 Die ökologischen Aspekte
3.2.2 Die technologischen Aspekte
3.2.3 Die ökonomischen Aspekte
3.2.4 Fazit der Aspekte
3.3 Alternative 3 = Brennstoffzelle
3.3.1 Die ökologischen Aspekte
3.3.2 Die technologischen Aspekte
3.3.3 Die ökonomischen Aspekte
3.3.4 Fazit der Aspekte

4 Alternative Kraftstoffe
4.1 Alternative 4 = Wasserstoff
4.1.1 Die ökologischen Aspekte
4.1.2 Die technologischen Aspekte
4.1.3 Die ökonomischen Aspekte
4.1.4 Fazit der Aspekte
4.2 Alternative 5 = Erdgasfahrzeuge
4.2.1 Die ökologischen Aspekte
4.2.2 Die technologischen Aspekte
4.2.3 Die ökonomischen Aspekte
4.2.4 Fazit der Aspekte
4.3 Alternative 6 = Biokraftstoffe (Biodiesel / Pflanzenöle)
4.3.1 Die ökologischen Aspekte
4.3.2 Die technologischen Aspekte
4.3.3 Die ökonomischen Aspekte
4.3.4 Fazit der Aspekte

5 Generelle und gegenseitige Bewertung der Antriebssysteme / Möglichkeiten
5.1 Die Umsetzbarkeit der Antriebssysteme

6 Prognosen

7 Schlussbetrachtung

8 Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Der Bedarf nach Rohstoffen und den damit steigenden Rohstoffpreisen hat die Entwicklung der Weltwirtschaft in den letzten Jahren entscheidend geprägt. Einen besonders großen Einfluss hatte der Ölpreis. Die Nachfrage nach Rohöl steigt bis heute weiter an. Zum einen haben Anschläge, politische Unruhen, Streiks und Naturkatastrophen den Ölpreis erhöht und zum anderen trägt die steigende Nachfrage weltweit zu immer höheren Preisen bei. Damit sind in den letzten Jahren die Erdölkapazitäten voll ausgelastet. Von den weiter steigenden Erdölpreisen ist besonders der Straßenverkehr betroffen, der zu 98 Prozent vom Erdöl als Treibstoff abhängig ist.[1] Die starke Abhängigkeit und der rasante Anstieg des Ölpreises, sowie die sich verändernde Umweltpolitik haben die Suche nach alternativen Antrieben und Treibstoffen in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt.

Im Rahmen dieses Projektes sollen alternative Möglichkeiten zu den bekannten klassischen fossilen Antriebssystemen vorgestellt werden. Als Ausgangssituation wird ein kurzer Blick auf die historische Entwicklung der Antriebssysteme geworfen. Im ersten Schritt erfolgt dann eine Ist-Analyse des Automobilmarktes, insbesondere des deutschen Automobilmarktes betreffend der vorhandenen, in der Regel fossilen Antriebssysteme (Treibstoffe). Mit Hilfe der erfolgten Analyse wird versucht, daraus mögliche ökologische Schlussfolgerungen zu ziehen, und somit auch eventuelle Prognosen zu erstellen. Daran kann man zeigen, welche Folgen sich bei einer konsequenten Beibehaltung der heutigen Situation ergeben würden. Der nächste Schritt wird versuchen, die gefundenen alternativen Antriebssysteme darzulegen und unter den erforderlichen Punkten vorzustellen.

Wichtige Punkte und Fragen, die sich für alternative Antriebssysteme ergeben könnten, sind folgende:

- Was zeichnet ein alternatives Antriebssystem aus?
- Wie sehen die technologischen Umsetzungsmöglichkeiten aus?
- Wie sieht es mit den Kosten und der damit verbunden betriebswirtschaftlichen Sichtweise aus?
- Wie sieht es mit rechtlich/staatlichen Vorgaben aus?
- Ist eine Umsetzung für eine breite Kundenschicht geeignet und bezahlbar?
- Wie sieht es mit der erforderlichen Infrastruktur aus?
- Ist die Vorraussetzung einer dauerhaften Nutzung der alternativen Rohstoffe gegeben?
- Gibt es alternative Antriebssysteme, die eingesetzt werden oder sich in der Testphase befinden?

In diesem Projekt soll versucht werden, die alternativen Antriebssysteme nach diesen oben genannten wichtigen und eventuell noch weiteren zum Tragen kommenden Punkten zu analysieren. Im letzten Schritt sollen die analysierten Antriebssysteme gegenseitig bewertet werden und anhand des heutigen Marktes auf Ihre Umsetzbarkeit geprüft werden.

Das Ziel des Projektes ist es, die hier behandelten alternativen Antriebssysteme / Möglich-keiten darzustellen und zu analysieren. Ein weiteres Ziel dieses Projektes soll die Prüfung der generellen Umsetzbarkeit einiger oder aller gefundenen Antriebssysteme sein. Beim letzten Ziel soll versucht werden, anhand der recherchierten Daten, Prognosen zu erstellen.

1.1. Problemstellung

In Bezug auf die Thematik der alternativen Antriebssysteme und Treibstoffe gibt es eine Vielzahl von Problemen, die hier dargestellt werden. Dabei wird deutlich, dass im Prinzip ein viel weiteres Umfeld betroffen und zu beachten ist, als nur alleine die alternativen Antriebssysteme und Treibstoffe selbst.

Eines der markantesten Probleme ist die endgültige Ressourcenausschöpfung der Erdöl-vorkommen weltweit. Es werden heute schon Fördermethoden angewendet, die vor Jahren nicht denkbar gewesen wären, aufgrund zu teurer oder ineffizienter Fördermethoden. Ein Beispiel stellt Kanada dar: „Auf Grund des hohen Ölpreises ist die Förderung der Ölsande im Norden Albertas profitabel geworden.“[2] Dieses Beispiel zeigt, es werden auch die letzten möglichen Rohstoffe gewonnen, egal zu welchem Preis. Gleichzeitig steigt trotz hohem Preis stetig die Nachfrage nach diesem Rohstoff.

Diese gesteigerte Nachfrage kommt vor allem aus Ländern wie China und Indien. Diese Länder weisen ein erstaunliches Wirtschaftswachstum auf, allerdings mit dem entsprechenden Verbrauch und Bedarf an Energie, Rohstoffen und Umwelt. Dort ist das Umwelt- und Klimabewusstsein in der Gesellschaft nicht so ausgereift wie z.B. in vielen Industrieländern. Hier liegt ein generelles Problem für die weltweite Umweltpolitik. Ein Teil der Welt versucht mit allen zur Verfügung stehenden Mitteln die Umwelt und das Klima zu schützen und in Ländern der so genannten dritten Welt oder den so genannten Schwellenländern ist dies nicht der Fall.

Die Gesellschaft braucht die Mobilität, also ist auch hier Handlungsbedarf geboten. Die Folgen einer zu teuren oder wegfallenden Mobilität sind für die heutige Gesellschaft mit nicht absehbaren Auswirkungen verbunden. Der Straßenverkehr ist eines der Hauptprobleme für den Klimaschutz, da hier die größten CO2-Emissionen unserer Zeit auftreten. Gleichzeitig ist der Verkehr auch ein zentraler Bestandteil des gesamten Energiesystems.

Die nächsten Punkte verdeutlichen, dass in Bezug auf die Energie bzw. das Energiesystem selbst entscheidende Probleme herrschen. Unser auf fossile und nukleare Brennstoffe gestütztes Energiesystem ist nicht zukunftsfähig. Denn die Kernenergie ist nicht in der Lage, die Lücke dauerhaft zu schließen, weil sie nicht nachhaltig ist. Zudem sind ihre technischen und politischen Risiken erheblich und schwer kalkulierbar, was wiederum private Investoren abschreckt. Die globale Energiewirtschaft ist auf dem Weg, den Ausstieg aus dieser Energieform zu planen, vorzubereiten und schnellstmöglich zu vollziehen.

Hinsichtlich der Jahrhunderte langen Erfahrung auf dem Gebiet der Energie hat sich folgendes gezeigt: „Jede Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere und auch jeder Transport und jede Speicherung von Energie ist mit Verlusten verbunden.“[3] Deshalb sollten, die erneuerbare Energiequellen möglichst unmittelbar angezapft werden. Hier liegt das offensichtliche Problem, denn oft ist die unmittelbare Verwendung erneuerbarer Energien nicht möglich. Zwischen Quelle und Verbrauch müssen i. d. R. örtliche und zeitliche Abstände überbrückt werden. Gerade Erdöl zeigt diese Abstände, von Förderung, Herstellung und Verbrauch. Diese Situation ist auch bei vielen alternativen Antriebssystemen und Treibstoffen zu finden.

1.2 Abgrenzung des Themas

Anhand der Recherche konnte festgestellt werden, dass es sich hier um ein sehr weites Themenspektrum handelt. Deshalb ist eine deutliche Themenabgrenzung erforderlich.

Diese Projektarbeit konzentriert sich ausschließlich auf die Betrachtung von Antriebssystemen / Möglichkeiten (Treibstoffe) für Pkws. Fahrzeuge wie Nutzfahrzeuge und Busse werden in die Betrachtung der Projektarbeit nicht miteinbezogen.

Punkte, die ebenfalls für die Gestaltung des Straßenverkehrs von morgen eine Rolle spielen, wie Stichwort Verkehrsvermeidung und Verkehrsverlagerung werden ebenfalls nicht weiter in diesem Projekt behandelt.

Bei den verschiedenen alternativen Antriebssystemen / Möglichkeiten liegt der Fokus auf;

- ökologischen,
- technologischen und
- ökonomischen Aspekten.

Ausgenommen einiger ergänzender Stichpunkte bleibt das Hauptaugenmerk auf den deutschen Markt gerichtet.

2 Historische Entwicklung der Antriebssysteme

Die Entwicklung des Straßenverkehrs und die damit verbundene Mobilität sind zu zentralen Aspekten unseres modernen Lebens geworden. Das zeigt auch die rasante Entwicklung des Verkehrs in Deutschland. „Im Jahr 1960 waren in den alten Bundesländern nur 8 Mio. Kraftfahrzeuge registriert, 1970 waren es bereits 17 Mio., im Jahr 1980 waren es dann schon 26 Mio. und 1990 waren es insgesamt 35 Mio. Im Jahr 1997 wurde der Kfz-Bestand in den alten Bundesländern mit 41 Mio. beziffert.“[4]

Viele Antriebe die nachfolgend beschrieben werden, sind keine Erfindungen der Neuzeit, sondern wurden schon teilweise im 18. und im 19. Jahrhundert entwickelt. Dabei wurden viele Antriebssysteme sogar als zukunftsträchtiger angesehen, als der Verbrennungsmotor, der sich schließlich durchgesetzt hat. Aussagen des Visionärs Jules Verne aus dem 19. Jahrhundert in Bezug auf Wasserstoff, der als „Kohle der Zukunft“ beschrieben wird, zeigen dies. Diese Aussage stammt aus dem 1874 erschienen Buch „Die geheimnisvolle Insel“.[5] Allerdings wurden viele der heute alternativen Antriebssystem / Möglichkeiten nicht weiterentwickelt und über die Zeit vergessen. Hauptsächlich hat man sich auf das heute vorherrschende Antriebsystem des Verbrennungsmotors mit Benzin oder Dieselmotor konzentriert. Aufgrund der Umweltentwicklung greift man auf viele der nachfolgend beschriebenen Antriebssysteme wieder zurück.

Damit kann man grundsätzlich sagen, dass ist keines der hier vorgestellten Antriebssysteme eine Erfindung aus unserer Zeit. Die Leistung der Neuzeit ist die Weiterentwicklung der alternativen Antriebssysteme, um sie für die Zukunft effektiv nutzbar zu machen.

2.1 Analyse des aktuellen Automobilmarktes betreffend der Antriebs­systeme

Die Analyse des aktuellen Automobilmarktes zeigt, dass man momentan von einer generell schwachen Konjunktur sprechen kann. Dies liegt zum einen an rein ökonomischen Aspekten und zum anderen auch an ökologischen Aspekten.

Ein weiterer Grund für die weitgehende Flaute auf dem Automobilmarkt sind die vielen Neuerungen bzw. in der Entscheidung stehenden Planungen von gesetzlichen Vorschriften. Was besonders die Debatte um die CO2-Grenzwerte und eine Kfz-Besteuerung nach Schadstoffausstoß betrifft. Deshalb sind viele Kunden in der Kaufentscheidung verunsichert bzw. wollen die politische Entwicklung abwarten, um die richtige Kaufentscheidung treffen zu können.

Auf dem aktuellen Automobilmarkt sind die konventionellen Antriebe noch absolut vorherrschend. Allerdings zeigen Untersuchungen, dass der Anteil der alternativen Antriebe steigt. Sie erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Die aktuelle Diskussion zum Klimaschutz und der geplanten Vorschriften zur Senkung des CO2-Ausstoßes, haben viele Autofahrer für die alternativen Antriebssysteme sensibilisiert. „Zu diesem Ergebnis kommt das aktuelle AUTO BILD Marktbarometer Alternative Antriebe – Öko. 97 Prozent der Befragten befürworten die Weiterentwicklung alternativer Autoantriebe und 77 Prozent glauben, dass sie in naher Zukunft einen ebenso großen Absatzmarkt haben werden, wie Benzin- oder Dieselantrieb.“[6]

Ein Beispiel sind die Erdgasfahrzeuge, hier wurden laut Kraftfahrt-Bundesamt, bereits in den ersten 5 Monaten 4800 Erdgasfahrzeuge verkauft. Dies entspricht einem Anstieg von ca. 19% zum Vorjahr. Die Gesamtzahl der Erdgasfahrzeuge in Deutschland stieg damit auf ca. 60.000 Fahrzeuge.[7]

Ein weiterer Punkt, der diese Entwicklung auf den aktuellen Automobilmarkt positiv für die alternativen Antriebssysteme / Möglichkeiten beeinflusst, sind die vielseitigen staatlichen Förderungen.

2.2 Die ökologischen Schlussfolgerungen die sich hieraus ergeben

Die jetzige Situation zeigt als eine Schlussfolgerung, dass der Treibhauseffekt weiter fortschreiten wird. Die ökologischen Folgen werden sich zumeist in die negative Richtung entwickeln. Alle heute schon spürbaren klimatischen Effekte werden sich weiter verstärken. Darunter fallen Waldsterben, die weiter steigenden Temperaturen, vielerorts häufiger und schlimmer auftretende Hochwasser, um nur einige zu nennen.

Das beschreibt auch folgendes Zitat: „Andererseits sind immer stärker die Folgen des Verbrauchs dieser Stoffe zu beobachten. Lange Ausführungen zu Treibhausgasemissionen und Klimawandel erübrigen sich. „Jahrhundert-Hochwasser“ treten in Deutschland jetzt rd. alle fünf Jahre auf, und die Gletscher der bayerischen Alpen werden in spätestens 20 Jahren verschwunden sein.“[8]

Abschließend lässt sich dazu als Schlussfolgerung sagen, dass die gesamten klimatischen Bedingungen weltweit voranschreiten und die Lebensbedingungen sich wesentlich verschlechtern werden.

2.3 Mögliche Folgen bei konsequenter Beibehaltung fossiler Antriebssysteme

Als sichere Prognose ist die Endlichkeit der fossilen Kraftstoffe festzustellen. Bei konsequenter Beibehaltung wird dies schneller erfolgen, als dass weitere alternative Antriebssysteme / Möglichkeiten eingesetzt werden.

Sollten die alternativen Antriebssysteme und Möglichkeiten unbeachtet bleiben, lässt sich prognostizieren, dass die Mobilität im Straßenverkehr fast zum Stillstand kommen wird. Die ersten Anzeichen des immer teurer werdenden Benzins und Diesels bekommen wir heute schon zu spüren.

Eine Prognose für die Mobilität in der Zukunft besagt, dass die Nutzung von Fahrzeugen als Fortbewegungsmittel für eine breite Masse der Bevölkerung nicht mehr möglich sein wird. Als Grund werden vor allem der generelle teure Unterhalt des Fahrzeuges und die hohen Treibstoffkosten der fossilen Treibstoffe sein. Bei dieser Prognose bleiben öffentliche Verkehrmittel unbeachtet.

Eine weitere Prognose, die sich daraus ergibt, wenn man einen Schritt weiter geht ist, dass in fast jedem Bereich die Preise ansteigen könnten. Grund dieser Annahme ist, so gut wie alle Waren werden in irgendeiner Form transportiert. Die teureren Preise für den Transport werden direkt an die Verbraucher weiter gegeben. Damit sind bezüglich dieser Entwicklung nicht nur direkt die Autofahrer betroffen, sondern im Prinzip auch die Allgemeinheit.

Auch könnte es sein, dass nicht mehr die billigste Produktion entscheidend ist, sondern der billigste und kürzeste Transportweg. Dies bedeutet, es gibt bei konsequenter Beibehaltung, viele einschneidende Veränderungen, die zum Teil heute noch gar nicht abzusehen sind.

3 Alternative Antriebssysteme

Der entscheidende Faktor für einen neuen Antrieb oder Kraftstoff ist die Umweltverträglichkeit. Dies unterscheidet die Antriebe und Kraftstoffe von den bisherigen und stellt die Kriterien für deren Beurteilung auf.

Nur wenn eine transparente Untersuchung die Wettbewerbsfähigkeit der alternativen Antriebssysteme / Möglichkeiten unter Beweis stellt und gleichzeitig eine nachhaltige Emissionsreduktion ermöglicht, wäre dies im Straßenverkehr eine alternative Antriebstechnologie und tatsächlich eine Lösung zur Emissionsreduktion und Primärenergie­einsparung im Straßenverkehr der Zukunft.[9]

Die alternativen Antriebsysteme / Möglichkeiten kann man grundsätzlich in zwei Gruppen aufteilen.

- In die alternativen Antriebsysteme - darunter fallen der Hybrid- und Elektromotor, sowie die Brennstoffzellen. Bei genauer Beurteilung gibt es nur zwei wirklich unterschiedliche Konzepte. Den bisherigen Verbrennungsmotor und den Elektromotor. Der Hybridmotor stellt eine Kombination zwischen dem Verbrennungs- und Elektromotor dar. Die Brennstoffzelle ist eine Variante im Grundprinzip zum Elektromotor.
- Und die alternativen Möglichkeiten, die sich in dieser Projektarbeit auf die alternativen Kraftstoffe beziehen, wie Erdgas, Wasserstoff und Biokraftstoffe wie z.B. Biodiesel oder Pflanzenöle.

Besonders wichtig ist hier auch die Betrachtung der konventionellen Antriebssysteme, mit den alternativen Antriebssystemen, um einen wirklichen Vergleich und Nutzen der alternativen Antriebssysteme zu bekommen. Nur die Betrachtung der alternativen Antriebssysteme allein kann nicht zu einem aussagekräftigen Urteil führen.

Eine weitere Betrachtungsvariante stellen die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten dar:

- alternative Antriebe mit den fossilen Kraftstoffen
- alternative Antriebe mit den verschiedenen alternativen Kraftstoffen
- alternative Kraftstoffe mit den heutigen angewandten Antrieben.

Für die Beurteilung der Antriebssysteme und Kraftstoffe spielt die Unterscheidung der Primär- und Sekundärenergie eine ausschlaggebende Rolle.

Primärenergie = „…die Energie, die mit den natürlich vorkommenden Energieformen oder Energieträgern zur Verfügung steht.“[10]

Sekundärenergie = „ist die nach der Umwandlung der Primärenergieträger in sog. Nutzenergieträger verbleibende Energieform.“[11]

Die Antriebsysteme sollen in einer ersten allgemeinen Beschreibung vorgestellt werden. Deshalb wird auf eine tiefe technische Beschreibung und Erläuterung verzichtet. Mit den Aspekten werden auch teilweise die Punkte, die unter dem Punkt Problemstellung beschrieben werden, aufgegriffen.

3.1 Alternative 1 = Hybridmotoren

„Als Hybridantrieb bezeichnet man allgemein die Kombination verschiedener Antriebs-Prinzipien oder verschiedener Energiequellen für eine Antriebsaufgabe innerhalb einer Anwendung. Diese kann sich auf alle Arten von Fahr- und Flugzeugen beziehen, wie beispielsweise Autos, Fahrräder bis zu schweren Fahrzeugen wie Schienenfahrzeuge, Schiffen oder Raketen.“[12]

Diese Antriebsform ermöglicht vor allem eine Verbrauchsreduktion bei Benzin- und Diesel-Fahrzeugen. Bei der genauen Betrachtung handelt es sich bei dem Hybridfahrzeug, das sowohl über einen Verbrennungsmotor als auch elektrisches Antriebssystem verfügt, um ein Konzept zur Reduktion des Treibstoffverbrauchs unter Beibehaltung der heutigen Treibstoffe.[13] Demnach handelt es sich nicht im klassischen Sinne um ein alternatives Antriebsystem oder einen alternativen Treibstoff.

Diese Technologie ist bereits zum ersten Mal 1902 durch Ferdinand Porsche vorgestellt worden. Am Anfang der Entwicklung wurde dieses Konzept hauptsächlich eingesetzt, um ca. 1919 Autorennen zu gewinnen. Es stand vor allem in Konkurrenz zum reinen Verbrennungsmotor. Die Möglichkeit der Reduktion des Treibstoffverbrauchs war zu jener Zeit noch kein Aspekt. Man hat erst mit der Zeit den Vorteil dieser Kombination erkannt und beginnt ihn heute zu nutzen.

3.1.1 Die ökologischen Aspekte

Einen wesentlichen Punkt stellt der Elektromotor dar. Er senkt den Verbrauch von Treibstoffen und somit auch die auftretenden Emissionen. Dieser Vorteil kommt besonders im Stadtverkehr oder in Staus zum tragen. Grund dafür ist, hier wird die volle Motorleistung in 45 Prozent der Reisezeit gar nicht benötigt.

3.1.2 Die technologischen Aspekte

Die Kombination ist aus Sicht des batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs sinnvoll, da die Vorteile beider Antriebe genutzt werden. Dies bedeutet, hier wird durch die Kombination eine hohe Reichweite, schnelles Nachtanken und eine Rückgewinnung der Bremsenergie erreicht. Ebenso werden die Nutzung regenerativer Energiequellen und ein emissionsfreier Betrieb ermöglicht.

Aus Sicht des verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeuges ist diese Kombination sinnvoll, da hier ein entkoppelter Betrieb des Verbrennungsmotors vom Fahrleistungsbedarf ermöglicht wird. Dies bedeutet, hier kann z.B. der Betrieb im wirkungsgradungünstigen Teillastbereich vermieden werden.[14]

Einer der Hauptpunkte, warum sich dieses Konzept über die Jahre nicht durchgesetzt hat, ist die komplexe Technologie. Bei diesem Konzept gibt es mehrere Varianten, wie den seriellen Hybridantrieb, den Mikrohybrid und den Vollhybrid. Auf diese verschiedenen Varianten wird hier nicht näher eingegangen. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Art der Kombination und einzelner Bauteile. Demnach ergeben sich verschiedene Grade der Hybridisierung.

3.1.3 Die ökonomischen Aspekte

Die auftretenden Zusatzkosten sind meist schwer kalkulierbar. Damit ist eine Einschätzung auf diesem Gebiet sehr schwierig. Schätzungen ergeben Zusatzkosten von mindestens 2500 Euro. Damit liegen die Fahrzeuge in der Regel mit den Herstellungskosten über den Benzin- und Dieselmotoren. Besonders auf dem weltgrößten Markt, den USA, bieten sich potenzielle Absatzmöglichkeiten. Die hohe Nachfrage aus den USA wird den Weg in den Massenmarkt positiv beeinflussen und ermöglichen. Kosteneinsparungen ergeben sich durch die staatlichen Förderungen, um weitere Kaufanreize zu schaffen und gleichzeitig die höheren Kosten auszugleichen.

3.1.4 Fazit der Aspekte

Vorteile:

- staatliche Förderung
- Flexibilität
- Emissionsreduktion
- effizientere Nutzung der Antriebssysteme
- großer potenzieller Markt

Nachteile:

- weitere Nutzung von Primärenergie
- teuer in der Herstellung
- komplexe Technologie
- ineffiziente Hybridantriebe
- Einsparmöglichkeit hängt von Fahrgewohnheiten des Nutzers ab

Aufgrund der besonderen Vorteile im Stadtbereich ist dieses Konzept für Stadtfahrzeuge oder Gebiete mit hoher Städtedichte wie Japan geeignet. Einen endgültigen Wirkungsgrad des Hybridfahrzeuges kann man einheitlich nicht festlegen, da die Variable der Fahrgewohnheiten des Nutzers eine entscheidende Rolle spielt. Bei der aktuellen Weiterentwicklung liegt der Fokus in dem Versuch, die Komplexität der Technologie überschaubar zu machen. Durch starke Nachfrage kann aus dem Nischenfahrzeug ein Fahrzeug für den breiten Markt werden.

3.2 Alternative 2 = Elektromotoren

Als Einstieg eine kurze Definition, was eine Elektromotor ist bzw. wie er funktioniert.

„Elektromotor (aus dem Lateinischen motus = Bewegung) bezeichnet eine Maschine, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Dies passiert rein elektrisch mit Hilfe von magnetischen Feldern. In Elektromotoren wird die Kraft, die von einem Magnetfeld auf die Leiter einer Spule ausgeübt wird, in Bewegung umgesetzt. Damit ist der Elektromotor das Gegenstück zum Generator. Elektromotoren erzeugen meist rotierende Bewegungen. Sie können aber auch translatorische Bewegungen ausführen (Linearantrieb). Elektromotoren werden zum Antrieb verschiedener Arbeitsmaschinen und Fahrzeuge (vor allem Schienenfahrzeuge) eingesetzt.“[15]

In der 100-jährigen Geschichte des Automobils gab es immer wieder alternative Antriebssysteme. Hierbei handelt es sich um einen wirklichen alternativen Antrieb, da es sich hier um eine ganz andere Konzeption, als beim Verbrennungsmotor handelt. Auch der Elektroantrieb ist keine Erfindung der heutigen Zeit. „Immerhin fuhr das erste bekannte Batterieelektrische Auto bereits 1888 und zunächst galt diese Antriebsart im Vergleich mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM im weiteren Dokument damit abgekürzt) als die Zukunftsträchtigere.“[16] Der Elektroantrieb geriet lange in Vergessenheit. Erst in jüngerer Zeit, als die Frage der Umweltverschmutzung immer mehr in den Vordergrund trat, beschäftigte man sich wieder intensiver mit dem elektrischen Antrieb.[17]

Auch die verschärften Abgasvorschriften rückten den Elektromotor, trotz der Probleme dieses Antriebs, als umweltfreundliches Antriebssystem in das öffentliche Interesse. Ein frühes Beispiel für die Entwicklung in diese Richtung war die Vorstellung durch die Firma Daimler-Benz im Frühsommer 1973 mit dem Elektrofahrzeug LE 306.[18]

3.2.1 Die ökologischen Aspekte

Auf den ersten Blick verschaffen die Elektrofahrzeuge viele ökologische Vorteile. Allerdings kann nur auf den ersten Blick diese Annahme aufrechterhalten werden. Unter Einbeziehung aller Faktoren und Parameter ergibt sich ein sehr differenziertes Bild.

Für den Elektromotor spricht, dass dieser weniger zum Smog, der insbesondere im Sommer auftritt und zum Stickstoffeintrag in Böden, sowie Gewässern, beiträgt.[19]

Die Nachteile ergeben sich besonders durch die Beschaffung des Stromes für das Fahrzeug. Der Strom für die Fahrzeuge wird oft noch durch die mit Kohle befeuerten Kraftwerke geliefert. Hier ist also nicht nur das Auto alleine zu betrachten, sondern auch die Erzeugung des Stromes. Im Endeffekt werden die Abgasverursachenden Emissionen auf die Stromerzeugung verlagert. Die meisten Elektrofahrzeuge in Deutschland fahren demnach mit Kohle- und Atomstrom.

3.2.2 Die technologischen Aspekte

Bei näherer Betrachtung zeigen sich bei dieser Technologie wesentliche Schwachpunkte auf, wodurch sich dieses Antriebssystem in der Geschichte des Automobils nicht durchsetzen konnte. Das Speichermedium Batterie zeichnet sich als das entscheidende Problem dieser Technologie ab. Besser gesagt, aufgrund der mangelhaften volumen- und gewichtsspezifischen Speicherfähigkeit der Batterien und damit auch der geringen möglichen Reichweite mit einer Batterieladung.

3.2.3 Die ökonomischen Aspekte

Aus Sicht der meisten Stakeholder schneidet der Elektromotor auch auf der Kostenseite nicht positiv ab. Generell sind die Elektrofahrzeuge in der Anschaffung teurer als konventionelle Fahrzeuge. Diese werden vor allem von den Batteriekosten dominiert.

„Als einziger nennenswerter ökonomischer Vorteil von Elektroautos bleibt die Möglichkeit bestehen, diversifizierte Primärenergieträger zu nutzen, da das Elektroauto den herrschenden Strommix mitbenutzen kann.“[20] Ein weiterer Punkt der für den Elektromotor spricht sind die einfache Wartung und die lange Lebensdauer der einzelnen Bauteile.

[...]


[1] Vgl. Puls, Thomas; Alternative Antriebe und Kraftstoffe – Was bewegt das Auto von morgen?; 2006 Deutscher Instituts-Verlag GmbH Köln; S. 7

[2] Auswärtiges Amt; Kanada Wirtschaft; Struktur der Wirtschaft;

Stand: November 2006; URL:

http://www.auswaertiges-amt.de/diplo/de/Laenderinformationen/Kanada/Wirtschaft.html

[3] Schmidtchen, Ulrich, Dr.; Wasserstoff und Brennstoffzelle – Chancen und Grenzen; Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e.V. (DWV); Sonderdruck (NR. 6143) Ausgabe Jg. 106 (2007) Heft 1-2; VWEW Energieverlag GmbH; URL:

http://www.dwv-info.de/publikationen/2007/ew_Chancen.pdf S. 2

[4] Limbourg, Maria; Universität Essen; URL:

http://www.uni-duisburg-essen.de/traffic-education/alt/texte.ml/Einsteiger/SiW.pdf S. 1

[5] Vgl. Puls, Thomas; (FN 1); S. 70

[6] Willkommen auf dem Energie-Verkehr-Infoportal; 97 Prozent der Autofahrer befürworten alternative Antriebe; 22.12.2006; URL:

http://www.energie-infoportal.de/verkehr/2006-12/97-prozent-der-autofahrer-befuerworten-alternative-autoantriebe.html

[7] Vgl. Pkw Markt in der Flaute; Erdgasautos trotzen dem Trend, URL:

http://www.alternativ-fahren.de/Erdgas/News/Erdgasautos_im_Trend.shtml

[8] Schmidtchen, Ulrich, Dr.; (FN 3); S. 2;

[9] Vgl. Kolke, Roland; Gegenüberstellung von konventionellen und alternativen Antrieben aus Sicht einer dauerhaft umweltgerechten Entwicklung; Umweltbundesamt, Motorische Verbrennung, Haus der Technik; Essen 16/17.März 1999; S.19;

[10] Wikipedia, der freien Enzyklopädie; Stichwort: Primärenergie; URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Prim%C3%A4renergie

[11] Wikipedia, der freien Enzyklopädie; Stichwort: Sekundärenergie; URL:

http://de.wikipedia.org/wiki/Sekund%C3%A4renergie

[12] Wikipedia, der freien Enzyklopädie; Stichwort: Hybridantrieb; URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Hybridfahrzeug

[13] Vgl. Puls, Thomas (FN 1); S. 27

[14] Vgl. Hybrid Autos; Hybridantrieb; URL: http://www.autos-hybrid.de/hybridantrieb.html

[15] Wikipedia, der freien Enzyklopädie; Stichwort: Elektromotor; URL:

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotor

[16] Puls, Thomas (FN 1); S. 68

[17] Vgl. Frankenberg, Richard, von; Matteucci, Marco ; Geschichte des Automobils; 1973/1988 Sigloch Edition; Zeppelinstr. 35a D 7118 Künzelsau; Verlagsleitung: Hans Kalis STIG, Turin 1970 Printer in Germany; Übersetzung der italienischen Vorlage: Carlo Musazzi Redaktion und Herstellung: Sigloch Edition, Künzelsau; Druck: J. Fink, Ostfildern; ISBN 3 80030100 8; Völlig überarbeitete und neu gestaltete deutsche Ausgabe von „Storia dell ´Automobile von Marco Matteucci, erschienen bei STIG, Turin; S 373

[18] Vgl. Frankenberg, Richard, von; Matteucci, Marco ; ( FN 17); S.373

[19] Vgl. Kolke, Roland; (FN 9); S.16

[20] Puls, Thomas; (FN 1); S. 69

Details

Seiten
34
Jahr
2008
ISBN (eBook)
9783640385942
ISBN (Buch)
9783640385645
Dateigröße
586 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v132444
Institution / Hochschule
Hochschule Darmstadt
Note
1,3
Schlagworte
Kraftstoffe Alternative Antriebe Erdgas Hybrid Brennstoffzelle Wasserstoff Biodiesel Elektromotor

Autor

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Titel: Alternative Kraftstoffe und Antriebssysteme für PKW-Fahrzeuge