Antriebstechnologien im Straßenverkehr
Erstellt am: 23.03.2010 | Stand des Wissens: 21.01.2019
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Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Prof. Dr. M. Wietschel
Der Verkehrssektor ist für circa 20 Prozent der Emissionen in Deutschland verantwortlich, von denen circa 60 Prozent auf den motorisierten Individualverkehr entfallen. Die Einführung alternativer Antriebe ist mit dem Ziel verbunden, verkehrsbedingte Emissionen zu reduzieren, sowohl global als auch lokal, besonders im innerstädtischen Bereich (lokal spielen neben Schadstoffemissionen auch Lärmemissionen eine Rolle) [FuGn15]. Darüber hinaus kann durch alternative Antriebe die Abhängigkeit von Energieimporten gesenkt werden.
Zu den derzeit verfügbaren Antriebstechnologien zählen die konventionellen Antriebe mit einem Verbrennungsmotor (Otto- und Dieselmotoren), batterieelektrische Antriebe sowie diverse Hybridvarianten, die zwei verschiedene Antriebsarten miteinander koppeln, vorwiegend einen elektrischen Antriebstrang mit einem konventionellen Antriebstrang [Dall13]. Eine wichtige Unterscheidung von Hybridfahrzeugen ist die in Hybridfahrzeuge ohne externen Stromanschluss sowie sogenannte Plug-In Hybridfahrzeuge, die über einen externen Stromanschluss verfügen und daher zu den Elektrofahrzeugen gezählt werden. Brennstoffzellenfahrzeugen werden auch zu elektrischen Antrieben gezählt. Diese haben bislang jedoch nur bedingt Marktreife erreicht [Hydr16] [Emob13]. Die elektrischen Antriebe und Hybridvarianten mit Netzanschluss lassen sich unter dem Begriff E-Mobility oder Elektromobilität zusammenfassen. Dabei ist die Brennstoffzelle als ergänzender und komplementärer Pfad zur Batterietechnologie zu sehen.
Zu den derzeit verfügbaren Antriebstechnologien zählen die konventionellen Antriebe mit einem Verbrennungsmotor (Otto- und Dieselmotoren), batterieelektrische Antriebe sowie diverse Hybridvarianten, die zwei verschiedene Antriebsarten miteinander koppeln, vorwiegend einen elektrischen Antriebstrang mit einem konventionellen Antriebstrang [Dall13]. Eine wichtige Unterscheidung von Hybridfahrzeugen ist die in Hybridfahrzeuge ohne externen Stromanschluss sowie sogenannte Plug-In Hybridfahrzeuge, die über einen externen Stromanschluss verfügen und daher zu den Elektrofahrzeugen gezählt werden. Brennstoffzellenfahrzeugen werden auch zu elektrischen Antrieben gezählt. Diese haben bislang jedoch nur bedingt Marktreife erreicht [Hydr16] [Emob13]. Die elektrischen Antriebe und Hybridvarianten mit Netzanschluss lassen sich unter dem Begriff E-Mobility oder Elektromobilität zusammenfassen. Dabei ist die Brennstoffzelle als ergänzender und komplementärer Pfad zur Batterietechnologie zu sehen.
Aktuell wird der Pkw-Bestand in Deutschland durch konventionelle Antriebe dominiert [KBA18]. Alternative Antriebe machen immer noch nur ca. 1.8 Prozent des Fahrzeugbestandes in Deutschland aus, Elektrofahrzeuge (batterieelektrische und Plug-In Hybrid-Fahrzeuge) liegen bei 0.1 Prozent.
Abb. 1: Anzahl und relative Anteile verschiedener Antriebe im deutschen Pkw-Bestand zum 1.1.2018. Eigene Darstellung nach [KBA18] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)Das Ziel, verkehrsbedingte Emissionen zu senken, kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden. Diese reichen von modifizierten Verbrennungsmotoren mit neuen Kraftstoffen bis hin zu neuen Antriebstechnologien wie dem Elektromotor. Die Bewertung der unterschiedlichen Antriebstechnologien hinsichtlich ihrer Emissionen sollte die gesamte Kette der Energiebereitstellung berücksichtigen. Diese umfasst die Bereitstellung des Kraftstoffs von der Quelle (englisch: well) bis zur Umwandlung in Bewegungsenergie am Rad (englisch: wheel). Man spricht daher bei einer ganzheitlichen Emissionsbetrachtung von einer Well-to-Wheel-Analyse.
Besonders bei der Betrachtung der Emissionen von Elektrofahrzeugen ist aufgrund der lokalen Emissionsfreiheit sowie aufgrund unterschiedlicher Strom-Erzeugungsmöglichkeiten eine Well-to-Wheel-Analyse notwendig, um Elektrofahrzeuge umfassend bewerten zu können. Emissionen von Elektrofahrzeugen skalieren direkt mit den Emissionen der Stromerzeugung. Diese Abhängigkeit bedingt auch die Verringerung der Emission von Elektrofahrzeugen über die Zeit, unter der Annahme, dass der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix zunimmt.
Im Rahmen dieser Wissenslandkarte werden die verschiedenen alternativen Antriebstechnologien vorgestellt und im Rahmen einer Well-to-Wheel Analyse miteinander verglichen. Schließlich wird der aktuelle Einsatz alternativer Antriebstechnologien im öffentlichen Personennahverkehr vorgestellt.
Besonders bei der Betrachtung der Emissionen von Elektrofahrzeugen ist aufgrund der lokalen Emissionsfreiheit sowie aufgrund unterschiedlicher Strom-Erzeugungsmöglichkeiten eine Well-to-Wheel-Analyse notwendig, um Elektrofahrzeuge umfassend bewerten zu können. Emissionen von Elektrofahrzeugen skalieren direkt mit den Emissionen der Stromerzeugung. Diese Abhängigkeit bedingt auch die Verringerung der Emission von Elektrofahrzeugen über die Zeit, unter der Annahme, dass der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix zunimmt.
Im Rahmen dieser Wissenslandkarte werden die verschiedenen alternativen Antriebstechnologien vorgestellt und im Rahmen einer Well-to-Wheel Analyse miteinander verglichen. Schließlich wird der aktuelle Einsatz alternativer Antriebstechnologien im öffentlichen Personennahverkehr vorgestellt.
