In der Europäischen Union erfolgt eine kontinuierliche Entwicklung hin zu einer gemeinschaftlichen Energiestrategie, welche den drei Grundprinzipien der Nachhaltigkeit, Wettbewerbsfähigkeit und Versorgungssicherheit unterliegt. Die Verwendung heutiger Kraftstoffe im Straßenverkehr entspricht dabei nicht diesem Gedanken. Die europäische Gesetzgebung fordert daher die Erhöhung der CO2-freien Energiebereitstellung. Bereits im Jahr 1995 veröffentlichte die Europäische Kommission ihre Strategie zur Minderung der CO2-Emissionen von Personenkraftwagen und zur Senkung des durchschnittlichen Kraftstoffverbrauchs. In weiterer Folge wurde eine CO2-Durchschnittsemission von 130 g/km, sowie eine weitere Verringerung um 10 g/km mittels zusätzlicher Maßnahmen ab dem Jahr 2012 festgelegt. Ab dem Jahr 2020 wird der Zielwert von 120 g/km auf 95 g/km herabgesetzt.
Zur Einbindung der leichten Nutzfahrzeuge in die Gesamtstrategie der Gemeinschaft wurde im Jahr 2011 eine CO2-Durchschnittsemission für leichte Nutzfahrzeuge beschlossen. Ab dem Jahr 2014 ist eine durchschnittliche CO2-Emission der neu zugelassenen leichten Nutzfahrzeugflotte von 175 g/km einzuhalten. Vorbehaltlich der Bestätigung der Durchführbarkeit durch die Europäische Kommission wird für das Jahr 2020 ein Zielwert von 147 g/km festgesetzt. Diese rechtlichen Rahmenbedingungen, welche zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Klimaauswirkungen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor führen, stellen wesentliche Innovationstreiber im automotiven Sektor dar. Insbesondere die ab dem Jahr 2020 angestrebten CO2-Durchschnittsemissionen liegen jedoch auf einem derart niedrigen Niveau, dass sie bei der vorliegenden Flottenzusammensetzung kaum mit konventionellen Antriebskonzepten (Verbrennungsmotor) realisiert werden können.
Elektromobilität wird hierbei vielfach als die Lösung zukünftiger Mobilität gesehen. Insbesondere Politik und Medien sehen in der Elektrifizierung des Individualverkehrs ein wirksames Mittel zur erforderlichen deutlichen Absenkung der Treibhausgasemissionen und zur Erhöhung der Energieeffizienz. Seit dem Jahr 2011 werden am Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der Technischen Universität Wien neben der Erforschung und Entwicklung alternativer Antriebskonzepte auch umgesetzte batterieelektrische Kraftfahrzeuge mit und ohne Range- Extender, Plug-In Kraftfahrzeuge und Wasserstoffkraftfahrzeuge vermessen und analysiert. Dies mit dem Ziel die Potenziale dieser Antriebskonzepte hinsichtlich Nachhaltigkeit und Klimaschutz sowie Energieeffizienz und Kundenanforderungen zu beurteilen. Die Untersuchungen erfolgen dabei unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Dies betrifft insbesondere die Klimatisierung (Heizen/Kühlen) des Fahrzeuginnenraumes und das Geschwindigkeitsprofil.
Diese Arbeit fasst im Zuge der letzten Jahre entstandene Analyseergebnisse zusammen. Im Fokus der Untersuchungen stand die Bestimmung der Potenziale moderner PKW-Antriebskonzepte zur Senkung des Energiebedarfs und der Treibhausgasemissionen, ohne dabei die Kosten und Alltagstauglichkeit zu vernachlässigen. Je nach Elektrifizierungskonzept sind die Potenziale unterschiedlich groß und gegebenenfalls auch mit Nutzungseinschränkungen verbunden. Die Vor- und Nachteile von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen gegenüber einem modernen konventionellen Diesel-PKW wurden unter Berücksichtigung der sich im Jahresverlauf ändernden Anforderungen praktisch untersucht. Neben realen Betriebsbedingungen fand die Energiebereitstellung von Elektrizität und Dieselkraftstoff Berücksichtigung. Die Ermittlung der realisierbaren Reichweiten, des Energiebedarfs, der Energiekosten, der Wirkungsgrade der Hochvoltkomponenten, der Ladevorgang und der CO2-Emissionen standen dabei im Vordergrund. Da im Besonderen Plug-In-Hybride, aufgrund der hohen Batteriekosten und der teilweise stark eingeschränkten Reichweiten von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen, eine interessante Alternative darstellen, welche die Vorteile des elektrischen und verbrennungsmotorischen Antriebes verbinden sollen, wurden zur Bewertung der Auswirkungen der Elektrifizierung eines konventionellen Antriebskonzeptes mit Verbrennungsmotor vier Plug-In-Hybride im Hinblick auf deren Energieeffizienz, Energiebedarf, Wirkungsgrade der Hochvoltkomponenten, Ladevorgang, Treibhausgasemissionen, Zustartbedingung und elektrische Reichweite untersucht. Die Ermittlung der elektrischen Reichweite unter variierenden Umgebungsbedingungen, bei verschiedenen Fahrsituationen und bei wechselnden Batterieladezuständen war dabei eine der Kernfragen. Neben rein elektrischen und Plugin-Hybriden wurde auch das Konzept des Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuges praktisch analysiert, sodass eine umfassende Betrachtung der Potentiale aller wesentlichen elektrifizierten PKW-Antriebe möglich wurde.
Autor: Dr. Werner Tober
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