K u rzfassu n g sb an d - Graz University of Technology

90 Energieinnovation 2006
Wirkungsgradverbesserungen durch Hybrid- und Brennstoffzelleantrieb
Der Hybridantrieb bietet dann Vorteile gegenüber einem konventionellen Antrieb, wenn entweder
Verluste (Bremsenergie) rückgewonnen oder ungünstige Betriebszustände des Antriebs (Teillast)
vermieden werden können. Diese Vorteile (je nach Konfiguration einer Hybridantriebes mit
Verbrennungskraftmaschine) im Bereich von 5-20% müssen die Nachteile (höheres Gewicht) überkompensieren
und zu einem Mehrwert für den Konsumenten führen (ROI innerhalb der Lebensdauer).
Dieser Mehrwert kann aber auch durch Bereitstellung neuer Komfortfunktionen (Zugkraftunterbrechungsfreie
Schaltvorgänge, Standklimatisierung) erreicht werden. Einige Hybridfahrzeuge
wurden erfolgreich in den Markt eingeführt. Besonders kritisch sind in diesem Zusammenhang die
Herstellkosten. Von AVL wurde daher mit dem Demonstrationsfahrzeug ECO TARGET TM ein
Hybridkonzept entwickelt, dass modular in einen konventionellen Antrieb integriert werden kann und
sich durch eine minimal-notwendige Hybridisierung auszeichnet. So konnte auf große und teure
Batterien zu Gunsten von Superkondensatoren verzichtet werden. Die Mehrkosten des
Hybridantriebes (3-Zylinder Dieselmotor mit 10kW E-Maschine und automatisierten Schaltgetriebe),
der im Bauraum des zuvor konventionellen 4-Zylinder Dieselmotors mit Handschaltung untergebracht
wurde, belaufen sich auf ca. 40% des Basisantriebes. Berücksichtigt man die Mehrkosten für ein
Automatikgetriebe, so stellt sich dieses Konzept wesentlich kostengünstiger als derzeitige
Serienlösungen dar!
Auch im Fall des Brennstoffzellenantriebes ist eine Hybridisierung (Parallelschaltung von
Brennstoffzelle und Batterie) von wesentlichem Vorteil: einerseits kann durch die Rückgewinnung der
Bremsenergie der Energieverbrauch gesenkt (auf Grund der leistungsstarken E-Maschinen besser als
beim VKM-Hybrid!) und andererseits können Leistungsspitzen von der Batterie übernommen werden.
Das Brennstoffzellensystem kann damit kleiner und kostengünstiger dimensioniert und die
Lebensdauer durch Vermeidung kritischer Betriebszustände verlängert werden.
Vergleichende Bewertung unterschiedlicher PKW-Antriebe und deren
Auswirkung auf den „Transportwirkungsgrad“
Berücksichtigt man sowohl die Wirkungsgradpotenziale der diskutierten konventionellen und
alternativen Antriebe wie auch die Wirkungsgrade der Kraftstoffherstellung und -bereitstellung, so
zeigen sowohl der Diesel-Hybridantrieb als auch der Wasserstoff(CG-H2)-Brennstoffzellen-
Hybridantrieb zukünftige Potenziale im Bereich von 35%, was beinahe eine Verdopplung gegenüber
den heutigen Werten darstellt. Andere „künstliche“, auf Biomasse basierte Kraftstoffe weisen größere
Umwandlungsverluste auf und beeinflussen daher in dieser Betrachtung das Endergebnis negativ. Da
aber dabei global betrachtet kein zusätzliches CO2 produziert wird, muß die Bewertung nun
hinsichtlich der größeren umgewälzten Blindleistungen und der damit verbundenen Ressourcen und
Kosten erfolgen.
Im Gegensatz zu einer reinen Wirkungsgradbetrachtung schneidet daher ein Hybridantrieb mit
Verbrennungskraftmaschine, die mit einem auf Biomasse-basierten Kraftstoff (Biogas) betrieben wird,
sowohl hinsichtlich technischer Realisierbarkeit, Kosten und Gesamt-Öko-Bilanz sehr gut, wenn nicht
am besten ab.
Als abschließende Gedanken zu den Untersuchungen zum „Transportwirkungsgrad“ muß festgehalten
werden, daß alle Wirkungsgradverbesserungen in der Vergangenheit letztlich durch Steigerungen des
Verkehrsaufkommens „überkompensiert“ wurden, d.h. die verkehrsbedingten CO2-Emissionen sind
absolut gestiegen. Auch hat sich der Verkehrsfluß verschlechtert, sodaß nun der gesetzliche
Fahrzyklus die (traurige) Realität des Stop-and-Go Verkehrs normiert. Alleine durch Vermeidung eines
häufigen Beschleunigens und Bremsens könnten bis zu 20% des Kraftstoffverbrauches eingespart
werden.
Und letztlich gilt es zu beachten, daß auf Grund steigender Komfort- und Sicherheitsanforderungen
die mittleren Fahrzeugmassen kontinuierlich ansteigen, wodurch die CO2-Emissionen mit Schnitt pro
zusätzlicher 100 kg Fahrzeuggewicht um ca. 10 g CO2/km ansteigen. Eine umfassende Optimierung
eines PKW-Antriebes (und der damit verbundenen Aufwände) sollte daher immer vor dem Hintergrund
des gesamten Fahrzeugkonzeptes sowie des realen Einsatzprofiles eines PKW gesehen werden!