Energien für alternative Antriebe

Energien für alternative AntriebeDie Prophezeiung des Baurates KloseEnergien für alternative Antriebe gibt es zuhauf. Aber auch die haben Tücken. Eine aktuelle Bestandsaufnahme wägt Vor- und Nachteile ab.Transportunternehmen und Fahrzeughersteller stehen heute vor der gleichen Frage wie vor 115 Jahren: In welche Antriebsart soll ich langfristig investieren? Wie sehr günstiges Öl alternative Antriebe unterband, zeigt am besten ein Zitat von 1897. Damals fand die Gründungsversammlung des Mitteleuropäischen Motorwagen-Vereins in Berlin statt. Dessen Präsident, Oberbaurat a. D. Klose, führte am 30. September 1897 aus: „Als Motorfahrzeuge, welche ihre Energie zur Fortbewegung mit sich führen, machen sich zur Zeit drei Gattungen bemerkenswert, nämlich: durch Dampf bewegte Fahrzeuge, durch Oelmotoren bewegte Fahrzeuge und durch Elektrizität bewegte Fahrzeuge. Die erste Gattung dürfte voraussichtlich in Zukunft hauptsächlich für Wagen auf Schienen und schwere Straßen-Fahrzeuge in Betracht kommen, während das große Gebiet des weiten Landes von Oel-motorfahrzeugen durcheilt werden und die glatte Asphaltfläche der großen Städte wie auch die Straßenschiene von mit Sammlerelektrizität getriebenen Wagen belebt sein wird.“Die große Diskussion um „peak oil“ Dampf ist Geschichte, doch bezüglich der Stromer und Spritgetriebenen nahm Klose vorweg, was sich für die Fahrzeugbranche jetzt bezüglich der künftigen Verteilung der Antriebsarten herausschält: Diesel wird im Fernverkehr aufgrund seiner hohen Energiedichte mittelfristig erste Wahl bleiben.Im Regional- und Verteilerverkehr dürfte der Hybrid interessant werden. Im rein städtischen Verkehr respektive dort, wo das Fahr- überwiegend als Werkzeug dient und somit oft zum Stehzeug wird, kann rein elektrischer Antrieb Sinn machen. Seit niemand mehr genau sagen kann, ob „peak oil“– der Punkt, an dem am meisten Öl gefördert wird – noch vor uns oder schon hinter uns liegt, treibt die Fahrzeugbranche die Entwicklung alternativer Antriebe wieder zügig voran: Neben fossilen Kraftstoffen und Strom kann man heute diverse Alternativen wie Erd- oder Flüssiggas, Wasserstoff, Methanol, Ethanol oder Pflanzenöl zum Antreiben eines Fahrzeuges nutzen.Vieles davon ist seit Jahren verfügbar, fristet aber aufgrund der Öldominanz ein Nischendasein und hat wie die Förderung des schwarzen Goldes seine Tücken: Erd- und Flüssiggas sind auf lange Sicht so endlich wie Erdöl, während Pflanzenöl und die Alkohole als Biosprit Ackerfläche brauchen und mit Nahrungsmitteln konkurrieren. Wasserstoff benötigt ebenso Energie zur Herstellung und eine komplexe Logistik.Entsprechend geläutert sind die Industrievertreter mittlerweile: „Ich habe jahrelang diverse Antriebe getestet und mir dabei mehrere Male die Finger verbrannt. Glauben Sie mir, wenn man alle Vor- und Nachteile exakt gegeneinander aufwiegt, ist das am Ende alles gar nicht mehr so einfach“, resümiert ein geläuterter Techniker, der einst bei MAN alternative Antriebskonzepte entwickelte und testete. Und ein Daimler-Mann erinnert sich: „Als wir in den Siebzigern die ersten Versuchswagen mit alternativen Antrieben hatten, bekamen alle Mitarbeiter als Erinnerung ein Bäumchen geschenkt. Mittlerweile überragt dieser Baum mein Haus und der ganz große Durchbruch steht immer noch aus.“ Knackpunkt ist nach wie vor das Thema, die Energie zu speichern. Aufgrund der jahrelangen Vormachtstellung der Öl- und Gaskonzerne sind die fossilen Energieträger einfach verfüg- und speicherbar. Außerdem kommt man aufgrund des hohen Energiegehaltes mit wenig Diesel sehr weit. Trotzdem geht der Trend weg vom reinen Benzin- oder Dieselmotor hin zu Alternativen, je nach Aktionsradius.Dezentralisierung macht unabhängigEin zweiter Trend ist die Entwicklung zu einer dezentralen Energieversorgung, die künftig auch den Antrieb der Fahrzeugflotten bestimmen könnte, wie UPS-Fuhrparkmanager Michael R. Hance erklärt. Er hat weltweit über 2000 Fahrzeuge mit alternativen Antrieben am Start, deren Einsatz sich an den aktuellen regionalen Förderungen und Verfügbarkeiten orientiert. Diese Mehrgleisigkeit fährt Hance bewusst, denn auch er räumt ein, dass die alternativen Antriebe momentan (noch) zu teuer seien. Andererseits könne man den Erdölpreis nicht mehr langfristig kalkulieren. Insofern formuliert er das Ziel dieser breiten Versuchsanordnung eher als „vorbereitet sein“, was auch für die Fahrzeughersteller zutrifft, die momentan mehrere Konzepte gleichzeitig weiterentwickeln (müssen). So testete Volvo (siehe VR 25/2011, Seite 60/61) sieben Alternativen, von denen nach heutigem Stand drei übrig blieben. Erstens: der Hybrid für den Verteilerverkehr, bei dem ein E-Antrieb den Diesel unterstützt. Zweitens ein Methan-Diesel, bei dem der Motor neben Diesel mit Methan, das man aus der Vergärung organischer Substanzen gewinnt, betrieben wird. Damit hat man eine Brückentechnologie. „Regional“ wäre Dimethyläther als Kraftstoff, der sich aus Schwarzlauge raffinieren lässt. Die fällt aber vor allem in Skandinavien, wo viele große Papier- und Zellstoffwerke Schwarzlauge als Abfallprodukt bereitstellen, in ausreichender Menge an. Auch Daimler fährt mehrgleisig: Während man den Vito als Cityverteiler als reinen Stromer auslegte, spielt man beim Fuso Canter die E-Cell- (Elektro) und die Hybridkarte für den Verteilerverkehr. Dazu hob man auch den Atego Hybrid ins Verkaufsprogramm, während vom Canter bereits über 1000 Stück verkauft wurden, was teils der Vorliebe der Japaner für Hybride geschuldet ist. Für den Kommunalbereich hat Daimler den Econic NGT mit Erdgasantrieb im Programm. Auch DAF bietet den LF Hybrid mittlerweile zum Verkauf an, den schwereren CF hat Magna Steyr in Österreich als Hybrid aufgebaut, um als Zulieferer in diesem Segment Kompetenz auszubauen und zu verkaufen. Scania hat ebenfalls einen Hybrid-Verteiler im Versuch, forscht aber wie Volvo verstärkt mit alternativen Kraftstoffen: Auch durch das Engagement in Brasilien hat man schon seit fast 20 Jahren Ethanolantriebe für Stadtbusse im Programm. Sonst bietet man Motoren an, die zu 100 Prozent Biodiesel vertragen sollen, während man für die Kommunen und Entsorger den CNG-Motor ins Programm hob. Das gab auch bei Iveco den Ausschlag für das mittlerweile breit angelegte CNG-Programm, das jüngst um eine 330-PS-Version erweitert wurde. Der spanische Entsorger FCC in Valencia und Madrid bestand einst auf der Entwicklung einer CNG-Variante des Euro Tech. Anfangs ließ Iveco einfach dieselspezifische Komponenten weg und verbaute dafür CNG-Komponenten. Mit einem Anstieg der Stückzahlen stellte man das Projekt jedoch auf offizielle Beine innerhalb der Entwicklungsabteilung und Produktion.Laut Entwickler Hartmut Kitterer werden CNG-Motoren Iveco-intern nicht mehr als „alternative Antriebe“ geführt. Entsprechend hat der Hersteller sein CNG-Programm 2011 ausgeweitet. Alternativ erprobt man auch einen Eurocargo-Hybriden, von dem ein 7,5- und ein 12-Tonner im Praxisversuch liefen, dessen Daten jetzt ausgewertet werden. Rein elektrisch läuft der Daily Electric, der für den Innenstadtverteilerverkehr konzipiert ist. Gas als kommunale AlternativeSo reiht sich Iveco nahtlos in die vorhandenen Tendenzen ein: Kommunen, die oft auch Gasversorger sind, greifen tendenziell gern zum Erdgas, während es im Regional- und Verteilerverkehr auch aufgrund der begrenzten Reichweite eine Ausnahme bleibt. Entsprechend arbeitet Iveco auch an einer Version mit verflüssigtem Erdgas (LNG), das kryogenisch, also in verflüssigtem Zustand getankt wird. Damit ergänzt man die reinen CNG-Tanks. Leider treiben auch hier die vergleichsweise geringen Stückzahlen die Kosten, was auch die Hersteller von E-Fahrzeugen trifft. Hier geht es im Grunde darum, zugekaufte Bauteile, wie Akku, Steuerung und Antrieb, geschickt zuzukaufen, zu verbinden und zu programmieren. Doch selbst das ist bei den Stückzahlen teuer. Wer dann ein Komplettfahrzeug dazu konzipiert, ist schnell am Ende seiner Kräfte, wie die Beispiele Ecocraft oder Modec zeigen. Entsprechend vorsichtig agiert beispielsweise Smith Electric Vehicles. Hier nutzt man vorkonfigurierte Ford- und Avia-Karossen, die man dann mit eigener E-Antriebstechnik bestückt. In den USA und Großbritannien kommt Smith langsam auf Stückzahlen: Exakt 100 Fahrgestelle lieferte allein Avia nach eigenen Angaben im ersten Quartal an Smith. Ähnlich verfährt AGV, wo man LKW elektrifiziert: Nach dem MAN TGL folgten der Iveco Eurocargo und der Foton Aumark. Dazu kommen Vans auf Ford- und Changhe-Basis. Auch AGV-Verkaufsdirektor Mart Noordam scheut den Bau von Komplettfahrzeugen: „Langfristig sehen wir uns als verlängerte Werkbank für die Großserienhersteller“, erklärt der Niederländer. Die haben das gleiche Problem wie die Kleinserienhersteller, kommen nur von der anderen Seite: Fertige Autos benötigen einen neuen Antriebsstrang, der in zu geringen Stückzahlen ins Geld geht. Trotzdem treibt man die Projekte voran, wie die Indienststellung mehrerer Mercedes Benz Vito E-Cell und Renault Kangoo Z.E. bewies, die rein elektrisch, meist in Flotten Dienst tun. Dabei verfahren beispielsweise DHL oder UPS so, wie es Klose prophezeite: Das „große Gebiet des weiten Landes“ wird nach wie vor von „Oelmotorfahrzeugen durcheilt“, während „die glatte Asphaltfläche der großen Städte (…)mit Sammlerelektrizität getriebenen Wagen belebt sein wird“. ❙❚■ Gregor SollerKlar zum Einbau? Prüfzellenmessung an einer Li-Io-BatterieAhnenforschung: Hybrid-Prototyp auf Basis des Mercedes L206 respektive 307 Mitte der SiebzigerMB-Vans-Chef V. Mornhinweg übergibt den ersten Vito E-Cell an Baden Württembergs Innenminister Heribert Rech (re.) Noch mit Kleinserien-Pilotcharakter: Daimler-Fertigungszentrum für alternative AntriebeUnter Strom: VW übergibt zehn E-Caddys an DHL, Kangoo ZE bei Chemion LogistikEnergien für alternative AntriebeEnergien für alternative AntriebeBenzin/Diesel: hohe Energiedichte und damit Reichweite engmaschiges Tankstellennetz günstiger Fahrzeugpreis endlicher Energielieferant, daher schwer kalkulierbarer Preis geringer Wirkungsgrad des Motors hoher Wartungsaufwand beim Motor Schadstoffausstoß erfordert teure Nach-behandlung, giftige AbfallstoffeBiodiesel: immer noch hohe Energiedichte und damit Reichweite engmaschiges Tankstellennetz wäre machbar günstiger Fahrzeugpreis Energielieferant nachwachsend keine giftigen Abfallstoffe kollidiert mit Nahrungsmittelanbau etwas geringerer Wirkungsgrad des Motors sehr hoher Wartungsaufwand beim Motor Schadstoffausstoß erfordert teure Nach-behandlungElektro: kaum Lärm- und im Idealfall keine Abgasemissionen je nach Kraftwerk hoher Wirkungsgrad kaum Wartungskosten günstiger Energiepreis geringe Reichweite extrem teuer Lebenszeit der Akkus begrenzt hohes Gewicht der Akkus im schlechtesten Fall viel höhere CO2-Belastung als beim VerbrennungsmotorErdgas: Erdgas verursacht weniger CO2 im Vergleich zu Benzin Gasversorger fördern Erdgasfahrzeuge, so sinken die Anschaffungskosten bis 31.12.2018 ist Erdgas steuerbegünstigt für das komprimierte Gas sind bis zu 300 bar Druck nötig. Dies erfordert Autotanks und Tankstellen, die dem Druck standhalten respektive ihn aufbringen können großes Tankvolumen nötig dünnmaschiges Tankstellennetz, das in der Praxis nicht immer genug Druck aufbaut höherer Kaufpreis als Flüssiggas Abhängigkeit von wenigen großen Gas-versorgernFlüssiggas: Flüsiggas verursacht weniger CO2 im Vergleich zu Benzin bis 31.12.2018 ist Flüssiggas steuerbegünstigt, günstiger als CNG Flüssiggas benötigt Tankvolumen im Vergleich zu Autogas im Vergleich zu Benzin/Diesel dünnes TankstellennetzWasserstoff: emissionsfrei: als Verbrennungsprodukt entsteht nur Wasserdampf höherer Wirkungsgrad als Benziner/Diesel in unendlicher Menge vorhanden, kann aus verschiedenen Quellen gewonnen werden liegt nur gebunden vor: aufwendige und teure, meist CO2-verursachende Erzeugung keine flächendeckende Versorgung sehr hoher Wartungsaufwand beim Motor geringere LeistungEthanol: entsteht aus nachwachsenden Rohstoffen hohe Klopffestigkeit erfordert indirekte Zündung konkurriert mit Nahrungsmitteln erfordert Umbauten und andere Dicht-systeme am Motor geringfügig höherer VerbrauchVor- und NachteileEnergien für alternative AntriebeFlüssiges Erdgas – genial und zukunftsfähig?Die VR sprach mit Peter Bauer, Leiter Produktmanagement Econic der Daimler AG, über LNG als Alternativkraftstoff. Ein Kraftstoff, dem der Gasmotoren-Spezialist ein enormes Potenzial nachsagt.LNG versus LPG – wo liegt der Unterschied?Peter Bauer: LPG oder Liquified Pentan Gas ist kein Alternativkraftstoff. Es fällt in der Raffinerie bei der Aufbereitung von Rohöl an. LNG, also Liquified Natural Gas, ist durch niedrige Temperatur verflüssigtes Erdgas. Es liegt als natürliches Gas bereits in der Erde vor.LNG gibt es aber nicht an der Tankstelle?Richtig! LNG ist bislang als Kraftstoff in der EU nicht genormt. Bisher existieren nur Kleinserien, die man etwa in Holland über eine Einzelbetriebserlaubnis zuließ. Zum Beispiel unser Econic LNG, dessen Tanktechnologie wir mit Partner Indox entwickelt haben. Die großen Gasversorger haben aber konkrete Planungen zu einer internationalen LNG-Infrastruktur. Was ist das Besondere an den Tanks?LNG wird bei rund minus 160 Grad verflüssigt. Man benötigt sogenannte Cryo-Tanks. Isolierte Behälter, die solche Temperaturen aushalten und sichern.Ist das nicht aufwendig?Es mag sich aufwendig anhören, ist aber einfach – und wird bereits in großem Umfang industriell genutzt! Mit einem Teil des geförderten Gases wird die Energie zur Abkühlung und Verflüssigung erzeugt. Das kalte, flüssige Gas wird dann in Schiffen mit Cryo-Tanks an die Orte transportiert, wo es gebraucht wird. Dann wird es verdampft und gelangt unter Druck in die lokalen Gasnetze. Wenn wir es für Fahrzeuge nutzen, entfällt die Verdampfung.Wie lange bleibt LNG flüssig?Das ist das geniale an LNG – im Lagerzustand ist es minus 162 Grad kalt unter einem Bar Druck. Die Siedetemperatur liegt bei minus 85 Grad. Durch Verdunstungskälte bleibt das Erdgas ohne zusätzlichen Kühlaufwand flüssig. Mit diesem sogenannten Boil-Off-Effekt wird sogar ein Teil des verdunsteten Gases als Treibstoff in neuartigen Schiffsmotoren verwendet. Letztlich bleibt so ein Tank ohne äußeren Einfluss mindestens zwei Wochen stabil.Wie geht es dann im Fahrzeug weiter?Der Motor benötigt zur Verbrennung gasförmiges Erdgas. Wir arbeiten also mit zwei Tanks, einem Cryo-Tank für flüssiges Erdgas sowie einem Niederdruck-CNG-Tank. In diesem CNG-Tank liegt das Erdgas gasförmig unter 18 Bar Druck vor. Seinen Treibstoff bekommt der Motor über den CNG-Tank bzw. einen zusätzlichen Verdampfer – wie bei jedem Gasmotor. Die Tanks sind im Fahrzeug so abgestimmt, dass es keinen Boil-Off-Effekt gibt, also kein Erdgas in die Umwelt gelangt.Man bräuchte also eine Zapfsäule mehr?Ja. Grundsätzlicher Vorteil von LNG sind aber bedeutend weniger Energieverluste – nur sieben Prozent beim Cryo-Transport gegenüber 30 Prozent beim gasförmigen Erdgas!Gibt’s noch weitere Vorteile?LNG-Tanks sind im Gegensatz zu den aufwendigen Drucktanks von CNG „nur“ doppelwandige Thermoskannen aus Edelstahl. Zudem hat LNG bezogen auf das Volumen die 2,4-fache Energiedichte. Die Reichweite steigt um diesen Faktor an. Auch wenn der Cryo-Tank etwas teurer ist, spricht der Gewichtsvorteil für ihn: statt 1000 Kilo beim CNG-Tank nur 400 Kilo.Ist fossiles LNG zukunftsfähig?Erdgas ist noch für mehrere Dekaden vorhanden. Aber auch mit Biogas funktioniert die LNG-Technik. Am Ende steht dann LBG, Liquified Biogas, ein biologisches Substitut. ggInterviewPeter Bauer

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