Antriebe und Energiesysteme von morgen 2024

Autor: Marc Ziegler

Nachricht vom MTZ-Kongress Antriebe und Energiesysteme von morgen 2024

Wie kann die Mobilitätswende gelingen?

Hohe Kosten, Verbote und Technologieoffenheit: Der Umstieg auf klimafreundliche Mobilität ist ein Hauptthema des MTZ-Kongresses "Antriebe und Energiesysteme von morgen".

Nach den einleitenden Worten von Professor Dr. Peter Gutzmer, Wissenschaftlicher Leiter der Veranstaltung, eröffnete Ines Fröhlich, Staatssekretärin des sächsischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Transport, den Kongress mit ihrer Keynote "Mobilitätswende im Jahr 2024 – wie sich die Herausforderungen ständig wandeln". Das Mobilitätsbedürfnis der Menschen stehe außer Frage, eine Mobilitätswende könne ihr zufolge aber nur gemeinsam mit den Kunden und nicht gegen sie erfolgen. Die in Sachsen ansässigen OEMs fertigen derzeit 250.0000 elektrisch angetriebene Fahrzeuge jährlich mit einer Prognose von 320.000 Einheiten in 2024. 

Der bewusste Umstieg auf klimafreundliche Mobilität erfordere, dass elektrische Fahrzeuge für eine breitere Käufergruppe bezahlbar würden. Fast 80 % des Personenverkehrs entfällt derzeit auf den Individualverkehr, hier seien also enorme Einsparungen möglich, etwa der Umstieg auf alternative Verkehrskonzepte. Dazu zählen laut Fröhlich viele Sharing-Angebote und der ÖPNV sowie die Umstellung des Lkw-Verkehrs von der Straße auf die Schiene. Eine weitere Chance sieht sie im Aufbau einer funktionsfähigen Wasserstoffinfrastruktur. Nachhaltig erfolgreich wird ihr zufolge derjenige sein, der bereit ist sich anzupassen und zu bewegen, um gemeinsame Lösungen für eine neue Mobilitätsstruktur zu finden. Das Verbot des Verbrennungsmotors sieht Fröhlich in diesem Zusammenhang kritisch, der schrittweise Wandel mache durchaus Sinn, einseitige Verbote jedoch nicht.

Wasserstoffinfrastruktur technisch umsetzbar

Professor Dr. Thomas von Unwerth von der TU Chemnitz hielt in seinem Vortrag "Wasserstoff als nachhaltiger Energieträger – Potenziale für die Energie- und Mobilitätswende" ein flammendes Plädoyer für den Wasserstoff als Energieträger der Zukunft. Er hob zu Beginn hervor, wie groß der weltweite Energiebedarf tatsächlich ist. Dabei ist der Straßenverkehr gesamtheitlich zu knapp einem Viertel Verursacher von CO₂-Emissionen. Die Treiber der Energiewende sind ihm zufolge die Gesellschaft, der Energiesektor, der Wettbewerb und die Gesetzgeber. Die CO₂-Emissionen wurden über die Jahre deutlich reduziert, wobei enorme Investitionen für neue Technologien und Plattformen erforderlich wurden (Ziel 95 g CO₂/km). Derzeit sind alle Energiepfade letzten Endes CO₂-intensiv. Der laut Unwerth einzige Weg hin zu tatsächlicher CO₂-Neutralität wäre die direkte Nutzung sofort nutzbarer grüner elektrischer Energie. 

Da das aber nicht gegeben ist, erachtet Unwerth den Wasserstoff als einzige weitere speicher- und transportierbare Alternative. Bis 2030 sehen die Planungen europaweit eine Produktionskapazität von 27 Mio t gegenüber einem Gesamtbedarf bis zu 68 Mio t (100.000 t im Verkehr). Dabei ist sowohl die Verteilung von H₂ im vorhandenen Netz möglich als auch die Speicherung in natürlichen Strukturen (Kavernen). Unwerth präsentierte verschiedene Pfade einer Nutzung von Wasserstoff in der Mobilität. Die Effizienzkette der direkten Nutzung von Strom hat dabei stets den höchsten Wirkungsgrad (etwa 61 %). Bei synthetischen Kraftstoffen ist die Effizienz am schlechtesten (25 %), die Wasserstoffnutzung liegt irgendwo dazwischen. Unter kalten Bedingungen verschiebt sich dieses Verhältnis zugunsten des Wasserstoffs. Nimmt man die Verfügbarkeit regenerativ produzierten Stroms mit in die Rechnung, nähern sich die Antriebsarten je nach Region weiter an.

E-Autos als Energiespeicher

Dr. Urban Keussen von der EWE AG sprach in seinem Vortrag "Elektrofahrzeuge als Energiespeicher für das Energiesystem – revolutionär oder bedeutungslos" über die Möglichkeiten der Energiespeicherung. Dabei sind Molekülspeicher, also in Gas oder Flüssigkeiten, deutlich wichtiger als derzeitige Batteriespeicher. Mit den vorhandenen Kapazitäten können die Speicher in Molekülform eine Energiesicherheit über Monate darstellen, bei Batterien sind es derzeit eher Stunden. Zukünftig wird es im Energiesystem trotzdem eine Vielzahl von Lösungen geben müssen. Zur Stabilisierung des Netzes sind Grid Scale Batterys, also Großbatterien, im Gespräch, die direkt als Speicherkapazität im Netz genutzt werden, um aktiven Handel mit Energie zu betreiben. Auf einer kleineren Ebene rangieren Batterien von Elektrofahrzeugen, die eher für Einzelhaushalte als Speicher dienen können. Das Einbinden elektrischer Fahrzeuge in das Energiesystem von Häusern könne hier die Eigennutzung der selbst produzierten Energie durch Photovoltaik deutlich erhöhen. Zudem bieten variable Strompreise die Möglichkeit, zu besonders günstigen Zeitpunkten zu laden. Leider führt das eventuell zu einer Überlastung der Netze, was wiederum zu höheren Netzentgelten führen kann. Damit Fahrzeugbatterien im System eine stabilisierende Wirkung relevant entfalten können, ist zudem eine externe Steuerung notwendig, was derzeit noch schwierig umsetzbar ist. Keussen sieht aber das bidirektionale Laden als zukünftig relevant an. 

Günstige Elektromobilität schwierig umzusetzen

Lars Hentschel, Leiter EAE der Volkswagen AG, beschloss die Keynote-Session mit seinem Vortrag "Einfluss der Energieinfrastruktur und des Mobilitätsökosystems auf zukünftige Hochvoltarchitekturen". Hentschel führte verschiedene Energy-Ökosysteme aus und welche Einflussfaktoren hier wirken. Das Fahrzeug ist in Bezug auf das Energiegesamtsystem dabei nur ein Einzelposten und als solches orientiert sich das System nicht an dessen Bedürfnissen. Tatsächlich finden über 90 % der täglichen Fahrten im Umkreis unter 100 km statt. Die Größenordnung von 1.000 km-Reichweite, laut Hentschel eine wichtige Kenngröße für Kunden, werden mit BEVs nicht erreicht, weshalb Hybridantriebe derzeit noch immer stark nachgefragt werden. 

Der E-Hybrid kombiniert dabei einen 1,5-l-Ottomotor mit einer Hochvoltbatterie und einem Elektromotor, die rein elektrische Reichweite liegt dabei bei etwa 100 km, in der Gesamtreichweite sind angesprochene 1.000 km möglich. Über das Wechselstromladen sind dabei 11 kW, mit Gleichstrom 40 kW möglich, einen SOC-Ladung 10–80 % dauert damit 26 min. Zudem sieht Hentschel einen starken Trend hin zu V2X-Anwendungen. Das Fahrzeug wird als Energielieferant in der Freizeit genutzt, etwa für das Laden oder Verwenden externer elektrischer Geräte, als Speicher für das Eigenheim (V2H), zur Stabilisierung des Netzes oder sogar zum Beladen anderer Fahrzeuge. Der Kunde eines BEV darf bei der Nutzung nach Möglichkeit nicht in Negativerlebnisse verwickelt werden. Ein großes Effizienzpotenzial liegt laut Hentschel im klassischen Maschinenbau, nämlich im Getriebe, aber auch in der elektrischen Maschine und in der Leistungselektronik. Das zeigt sich auch im Vergleich der aktuellen Produkte mit den Vorgängern, die trotz höherer Leistung um bis zu 10 % effizienter wurden. Im Ausblick wird anfänglich das Kundenbedürfnis nach immer höherer Dynamik erfüllt werden, perspektivisch werden die Kosten für BEVs erst ab 2025/26 durch eine dann neue Architektur mit Frontantrieb und geringeren Leistungen relevant sinken, wobei Hentschel betont, dass günstige E-Mobilität eine der größten Herausforderungen darstellt.

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