Wie spielen Zukunftsantriebe und Energiesysteme zusammen?

ATZlive hat den internationalen Kongress "Antriebe und Energiesysteme von morgen" 2022 als Hybridveranstaltung ausgerichtet. Hier können Sie ausgewählte Inhalte in unserem zusammenfassenden Artikel nachlesen. 

Der ATZlive-Kongress Antriebe und Energiesysteme von morgen von Springer Fachmedien Wiesbaden findet am 10. und 11. Mai 2022 als Hybridveranstaltung statt – in Berlin und mit einem parallelen Livestream. Um den mehr als 130 Teilnehmern Raum für einen inter­disziplinären Dialog zu ermöglichen, finden die ehemals eigen­ständigen Konferenzen "Der Antrieb von morgen" und "Grid Integration+Electrified Mobility" ab diesem Jahr in einem gemein­samen Kongress statt. Der Fokus des neuen Kongresses "Antriebe und Energiesysteme von morgen" liegt auf Themen, die den Wandel bei Fahrzeug­antrieben ebenso beschreiben wie die techno­logischen Lösungen in der zugehörigen Infra­struktur bis hin zur Bereitstellung der Primär­energie. Das Wiesbadener Online-Team Springer Professional bündelt ausgewählte Inhalte im Ticker.

Tag 2

Lieferketten widerstandsfähiger machen

Sylvia Stieler, Projektmitarbeiterin im Projektteam Automotive, IMU Institut GmbH, untersucht in ihrem Vortrag Resiliente Lieferketten und robuste Strategien für die Trans­formation der Auto­mobil­wirtschaft, wie sich die Lieferketten in der deutschen Automobilindustrie vor dem Hintergrund kurzfristiger Störungen (am Beispiel der Covid-19-Pandemie) und langfristiger Veränderungen durch den Wandel zur Elektromobilität verändern und wie die globalen Lieferketten in Zukunft widerstandsfähiger gemacht werden können. Automobilunternehmen müssten sich auch wegen des Kriegs in der Ukraine auf Änderungen in den Lieferketten einstellen. Sie beleuchtet die internationalen Verflechtungen der Automobilindustrie mit einem Fokus auf Baden-Württemberg. Kurzfristige Ansätze seien die systematische Überwachung und Bewertung der Situation sowie die enge Absprache mit den Lieferanten zur Sicherung der Lieferkette. Mittel- bis langfristige Ansätze sind laut Stieler unter anderem die Schaffung von Redundanzen, eine flexiblere interne Arbeitsorganisation, der Einsatz von digitalen Technologien und die Formulierung einer eigenen Resilienzstrategie. 

Als ein Beispiel zeigt Stieler eine Untersuchung des IMU Instituts, wie sich Wertschöpfungsstrategien und -netzwerke durch den Wandel vom Verbrennungsmotor hin zu batterieelektrischen Fahrzeugen verlagern. Sie betrachtet den Unterschied der Wertschöpfungskette von VW Golf VIII zum VW ID.3. Während beim Golf auf der MQB-Plattform noch 60 % der Komponenten aus Deutschland zugeliefert würden, seien es beim ID.3 nur noch 27 % (EU: 76 % vs. 36 %). Der Anteil Asiens an der Lieferkette steigt demnach von 13 % auf 33 %. Allerdings steige auch der OEM-Wertschöpfungsanteil am Antriebsstrang um zehn Prozentpunkte. (chk/sve)

Empfehlung der Redaktion

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Einleitung: Resilienz in Lieferketten

In diesem Kapitel erfolgt eine Hinführung zum Thema "Resilienz in Supply Chains" samt Bewertung der empirischen Relevanz. Insbesondere im Fokus stehen disruptive Krisen der letzten Jahre, darunter die "Klimakrise", der "Brexit" sowie die "Corona-Pandemie". Daraufhin werden Problem- und Zielstellung sowie das Vorgehen bei der Entwicklung dieses Kompaktbuches erläutert.

Vergleich von CO₂-Emissionen im gesamten LCA von Fahrzeugen

Martin Rothbart, Senior Product Manager Energy & Sustainability bei AVL, betrachtet im Vortrag CO₂-optimierte Entwicklung für einen nachhaltigen Produktlebenszyklus die Gesamt-CO₂-Bilanzen der drei Powertrain-Konzepte Hybrid-Fahrzeuge (mit E-Fuels und Bio-Fuels), batterieelektrische Fahrzeuge und H₂-Brennstoffzellen-Fahrzeuge auf dem Weg zum Ziel der vollkommen CO₂-neutralen Mobilität. "Wir mit der Mobilität haben die Chance, auf andere Sektoren einzuwirken. Wir haben Einfluss auf viele Bereiche des Gesamtsystems", sagt Rothbart. Das Fazit: Die verschiedenen Powertrain-Konzepte bewegten sich in der Life Cycle Analysis alle in einem ähnlichen Bereich jedoch mit einem Vorteil für batterieelektrische Fahrzeuge. In einem Lebenszyklus, in dem ein Pkw 180.000 km zurücklege, stoße ein BEV (mit regenerativem oder nuklearem Strom) insgesamt 21 t CO₂ aus (davon 12 t in der Produktion, 9 t während der Nutzung), ein effizientes HEV mit E-Fuels oder Bio-Fuels etwa 31 t (7 t Produktion, 24 t Nutzung), ein Brennstoffzellen-Fahrzeug etwa 32 t (12 t / 20 t). Man werde einen Mix aus verschiedenen Technologien benötigen, auch wenn es so scheine, dass in Deutschland und Europa der Zug für eine Technologieoffenheit durch politische Entscheidungen eher abgefahren sei. "Doch für die weltweite Betrachtung gilt das nicht", sagt Rothbart. (sve)

Empfehlung der Redaktion

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Treibhausgasemissionen nach einer Life-Cycle-Analysis (LCA)

In diesem Kapitel werden die THG-Emissionen im Zuge der Herstellung und des Recyclings repräsentativer Fahrzeuge sowie Well-to-Wheel-Emissionsfaktoren von Energieträgern dargelegt, welche die Grundlage für die Ermittlung der gesamten THG-Emissionen von Automobilen gemäß einer Lebenszyklusanalyse (LCA) bilden. Die Verwendung von spezifischen THG-Emissionen bzw. Emissionsfaktoren ist u. a. für Vergleichszwecke vorteilhaft.

Bidirektionales Laden: Was wollen Nutzer?

Franziska Kellerer, Projektleiterin, Institut CENTOURIS, Universität Passau, und Johanna Zimmermann, Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Lehrstuhl für Marketing und Innovation, Universität Passau, widmen sich in ihrem Vortrag Anreize und Stellhebel für nachhaltige Kunden­bindung im Kontext des bidirek­tionalen Ladens der Frage, wie Menschen zum Kauf und zur kontinuierlichen Nutzung des bidirektionalen Ladens zu bewegen sind. Kellerer und Zimmermann haben untersucht, welche Präferenzen Nutzer in Bezug auf die Gestaltung des Geschäftsmodells des bidirektionalen Ladens als auch die Gestaltung von gamifizierten App-Feedback-Mechanismen haben, damit sie sich langfristig binden. "Die Vorteile der Technologie können sich dann entfalten, wenn sie kontinuierlich genutzt wird", sagt Kellerer. Die Ergebnisse einer groß angelegten Umfrage hätten gezeigt, dass finanzielle Aspekte (d.h. bevorzugter Vertragspartner, Art der Vergütung, Bereitschaft zur Anfangsinvestition in die Technologie) einen wichtigen Faktor für die Beteiligung der Nutzer am bidirektionalen Laden darstellen. Zum Beispiel bevorzugten es die Befragten in Bezug auf die Gestaltung von Geschäftsmodellen, zwischen verschiedenen Anbietern für bestimmte Komponenten, die für das System notwendig sind, wählen zu können. Die Investitionsbereitschaft sei vor allem bei Bestandsnutzern von Elektromobilität deutlich höher als bei Menschen, die noch kein E-Fahrzeug besitzen. Langfristig müsste jedoch auch die nicht-finanzielle Motivation der Nutzer berücksichtigt werden. So seien insbesondere für E-Mobilitäts-erfahrene Kunden die verstärkte Integration erneuerbarer Energien sowie die Verbesserung der Netzstabilität und soziale Faktoren weitere relevante Treiber für die Nutzung des bidirektionalen Ladens. (chk/sve) 

Mehr zum Thema bidirektionales Laden lesen Sie im Kompakt erklärt Wann kommt bidirektionales Laden von E-Autos?

Möglichkeiten, um 330 TWh für Deutschlands Energiereserve zu speichern

Matthias Böger, Entwicklungsingenieur Antriebsberechnung bei der Porsche Engineering Services GmbH, geht in seinem Vortrag Die Energiewende in Deutschland: CO₂-Neutralität im Spannungsfeld zwischen Energiebedarf und Energiebereitstellung unter anderem auf Optionen zur Absicherung der Energieversorgung ein. Böger spricht diverse Studien an, die verschiedene Ausbauszenarien der erneuerbaren Energien beschreiben und Potenziale aufzeigen. Am Beispiel der Offshore-Windenergie, zu der Studien eine Verzwölffachung der heutigen Kapazität in Aussicht stellen, zeigt Böger, dass die geplanten Ausbauflächen für Deutschland eher nur das Fünf- statt Zwölffache von heute ermöglichen. "Die Studien sind also sehr ambitioniert." 
Im Winter benötige Deutschland die doppelte Energiemenge als im Sommer zum Heizen. Möchte man einen sinnvollen oder gar notwendigen Energiespeicher für drei Wintermonate in Deutschland vorhalten, würde eine Kapazität von 330 TWh nötig. Welche riesigen Mengen an Speicheroptionen dafür erforderlich wären, zeigt Böger. 6,7 Milliarden Batterien mit 50 kWh oder 9.100 Pumpspeicherkraftwerke vorzuhalten, sei genau so unmöglich wie 3.100 unterirdische Wasserstoff-Kavernen zu betreiben. Lediglich bei synthetischen chemischen Energieträgern könnte eine solche Speichermenge vorgehalten werden, am ehesten mit großen zylindrischen Tanks, in denen synthetisiertes Ethanol gelagert wird. Bei einem Rückverstromungswirkungsgrad von 50 % bräuchte man deutschlandweit 4.500 Tanks in den Maßen von 40 m Durchmesser und 20 m Höhe. 

"Wenn wir die Ziele der Defossilisierung erreichen wollen, müssen wir Energie sparen, die Erneuerbaren massiv ausbauen, den Import von regenerativen Energien sicher stellen sowie die Infrastruktur ausbauen." Dazu gehöre, die Akzeptanz zu verbessern, dass auch Windkraftanlagen näher an Ortschaften oder Stromleitungen errichtet werden. Dazu bedürfe es auch, gesetzliche Rahmenbedingungen zu schaffen. "Aber in den Größenordnungen, die wir zur Versorgung und Absicherung in Deutschland brauchen, kommen aus meiner Sicht nur synthetische chemische Energieträger in Frage." (sve)

Tag 1

Diskussion und Impulsvortrag zur Energie- und Mobilitätswende

Höhepunkt des ersten Kongresstages war nach der Awardverleihung dann die Podiumsdiskussion unter dem Titel "Fällt der Groschen – intelligente Energiepolitik oder Sackgasse?". Zur Einleitung hielt Matthias Kratzsch (Vorsitzender der Geschäftsführung der IAV GmbH) einen Impulsvortrag über verschiedene Blickwinkel, ob Ingenieurinnen und Ingenieure auch immer die richtigen Antworten auf die Fragen dieser Zeit liefern könnten. Zu den Möglichkeiten, eine klimaneutrale Energieversorgung auch für die Mobilität sagte er den Leitsatz: "Das Klima retten wir entweder global oder gar nicht." Aus seiner Sicht benötige es neben dem Einsatz von Energiegewinnung dort, wo sie am effizientesten ist, eine Wasserstoffinfrastruktur, um H₂ und seine Derivate für Kraftwerke, Industrie und Fahrzeuge weltweit einzusetzen, um den CO₂-Ausstoß massiv zu reduzieren, bis man in einer komplett regenerativen Phase der weltweiten Energiegewinnung angekommen sei. "Wir müssen Energieträger mit möglichst wenigen Transformationen einsetzen und sollten intelligente Lösungen für die nächsten zwei bis drei Dekaden finden, um Verluste bei Transformationen zu vermeiden." Die Fragen dazu seien global noch nicht beantwortet.  

Empfehlung der Redaktion

01.05.2022 | Im Fokus

Zusammenspiel aller Antriebsarten

Vor allem die in Deutschland prognostizierte Zahl für Pkw mit vollelektrischen Antrieben bis 2030 erscheint mehr denn je unrealistisch. Zu groß sind die Unwägbarkeiten bei der Energiebereitstellung sowie beim Erfolg dieser Fahrzeuge im Markt. Gleichzeitig kann als gesichert gelten, dass durch den Einsatz von synthetischen Kraftstoffen auch andere Antriebsarten einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Dies könnte ein Wendepunkt in der Klimadebatte sein. 

In der von ATZ|MTZ-Chefredakteur Dr. Alexander Heintzel und IAV-Kommunikationschef Ivo Banek moderierten Podiumsdiskussion ging es dann vor allem um gesamtsystemisches Denken bei der künftigen Betrachtung von Energieträgern und Fortbewegung. Man benötige ein viel engeres Verständnis in und mit der Politik, ergänzte Kratzsch (IAV) seinen Impulsvortrag.

Dass die Politik in Deutschland in den vergangenen zehn bis 15 Jahren zu stark der notwendigen Energiewende hinterherhinkte, argumentierte Dr. Katrin Goldammer (Geschäftsführerin des Reiner Lemoine Institut). "Für Deutschland ist die Zukunft klar der grüne Strom, auch wenn mehr in den vergangenen Jahren hätte passieren können. Es fehlte ein bisschen an der Motivation, an das Thema ranzugehen", sagte Goldammer. Die Transformation der Energiegewinnung sei eine intrinsische Aufgabe der Bundesregierung, "aber man konnte das gut in die Bundesländer geben und das zwischen den Fingern zerrieseln lassen", stichelte Goldammer in Richtung der früheren Regierungskoalitionen. Nun aber sei man insgesamt auf einem besseren Wege.

Goldammer mache sich auch wenig Sorgen über eine ausreichende Menge an Strom und über die Strombereitstellung auch für eine Ladeinfrastruktur für zunehmend mehr batterieelektrische Mobilität. "Wir haben zwar die direkte Elektrifizierung von Sektoren noch nicht genug berücksichtigt. Aber das findet seit einem halben Jahr nun wirklich gehört." Nur für größere Mengen an importiertem grünen Strom sei man hierzulande nicht vorbereitet, sagte Goldammer. "Im Netzausbau haben wir nicht erreicht, was nötig wäre und vor fast 10 Jahren als Plan formuliert wurde. Das ist keine Neuigkeit. Aber im Mittel- und Niedrigspannungsbereich knüpfen wir jetzt an. Auf den Ebenen sind wir sehr gut vorbereitet, zeigen meine Gespräche mit Netzbetreibern. Doch für Erneuerbare Energien, die zum Beispiel aus Norwegen kommen, sind wir nicht vorbereitet." Hier sei noch viel zu tun und Deutschland müsse seinen eigenen Ausbau der regenerativen Energien rechtzeitig umsetzen, um ausreichend Energie zur Verfügung zu haben. "Klappt das, mache ich mir keine großen Sorgen, dass wir den Strom nicht auch bereitstellen können, zum Beispiel an HPC-Ladehubs."

Man werde für eine funktionierende Energie- und Verkehrswende allerdings unbedingt auch synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff benötigen. H₂ werde "vor allem in der chemischen Industrie benötigt, um in diesem Sektor die CO₂-Emissionen zu reduzieren", sagte Dr. Katherine Ayers (Vice President of Research and Development bei Nel Hydrogen, USA). Den Großteil der Mobilität unter anderem mit dem Schwerlastverkehr auf Wasserstoffsysteme umzusetzen, sieht sie jedoch nicht als die Lösung. "Wir werden noch eine ganze Zeit lang mit großen LKW-Flotten zu tun haben. Hier brauchen wir synthetische Kraftstoffe. Wir müssen jetzt anfangen, umzustellen, um dann in der Zwischenzeit genügend Zeit zu haben, an Zukunftstechnologien zu arbeiten", sagte Ayers und bekräftigte damit die Diskussion um die Bestandsflotte.

Laut Otmar Bitsche (Leiter Elektromobilität bei Porsche) dauere es etwa 17 Jahre, bis eine Bestandsflotte ausgetauscht sei. So lange könne man nicht warten, um den Treibhausgas-Ausstoß im Mobilitätssektor massiv zu reduzieren. Deswegen sei Porsche auch so aktiv am Auf- und Ausbau der E-Fuels beteiligt. "Jedes Gramm an CO₂, das wir einsparen, ist ein gutes Gramm", sagte Bitsche. Er verteidigte jedoch auch die hauptsächliche Konzentration von OEMs auf teils nur eine zukünftige Antriebslösung. Porsche, der VW-Konzern insgesamt und auch andere Hersteller setzen bekanntlich perspektivisch klar auf eine BEV-Strategie. "Das muss so sein, um die massiven Investitionen in neue Plattformen bis runter in die Zulieferkette auch wieder refinanzierbar zu machen", beteuerte Bitsche. Kratzsch sagte: "Für Antriebsentwickler sind die vielen Technologien eine Riesenspielwiese. Für Ingenieure ist das gerade eine tolle Zeit. Ob das kostenseitig stemmbar ist? Für OEMs sicher nicht. Wir müssen uns schon wirtschaftlich fokussieren." Dazu gehöre beispielsweise auch die Frage, in welche Richtung man sein Personal transformiere. "Die Frage ist noch nicht beantwortet, auf was wir setzen sollten."

In der dazu passenden Diskussion um den Wirkungsgrad verschiedener Systeme sagte IAV-Chef Kratzsch: "Der Wirkungsgrad des Energiesystems spielt eine viel größere Rolle als wir die Optimierung im Antriebssystem sehen. Für uns ist es wichtiger, in größeren Systemen zu denken." Und damit traf er vor allem auf Zustimmung auf dem Podium und im Publikum. Bitsche unterstütze dies klar: "Wir müssen das mit den Energienetzen verknüpfen und die Industrien zusammenbringen. Das ist auch ein Kulturthema." Ayers brachte ein: "Effizienz ist zwar wichtig, aber am Ende des Tages dreht es sich immer um das Wirtschaftliche: Für die Kunden zählt die Total Cost of Ownership."

Kratzsch formulierte zusammenfassend: "Wir müssen konsequent defossilisieren. Unseren Generationen steht es nicht zu, alle Ressourcen innerhalb von 200 Jahren zu verbrauchen, die sich über Milliarden von Jahren auf der Erde gebildet haben." Dazu müsse man den Weg der BEVs konsequent gehen und bestehende Flotten "unbedingt und schnell mit Kraftstoffen versorgen, der CO2 bindet." Die Alternative wäre der kritische Weg, die Anzahl der Fahrzeuge deutlich zu reduzieren. "Dann gehen wir eventuell aus unserem Wohlstand ein Stück zurück. Und die Menschen dazu zu motivieren, wird schwierig." (sve)

Weiterer Rückblick auf Tag 1:

Kompaktes In-Wheel-Antriebssystem für E-Autos

Dr. Akeshi Takahashi, Manager Research and Development Group, Hitachi, stellt in seinem Keynote-Vortrag Direct Drive System to Make In-Wheel Electric Vehicles Closer to a Production Reality ein kompaktes und leichtes In-Wheel-Antriebssystem für E-Autos vor, das Motor, Wechselrichter und Bremse in einer Einheit vereint, die in eine 19"-Felge passt. Die Leistungsdichte des Motors soll bei 2,5 kW/kg liegen, als maximale Leistung nennt Takahashi 60 kW. Bei einem Allradantrieb mit vier Motor-Einheiten würde das einer Systemleistung von 240 kW entsprechen. Das maximale Drehmoment liegt bei 960 Nm. Der Antrieb selbst arbeitet mit 420 V Spannung und kann Ströme bis zu 280 A verarbeiten. Darüber hinaus erfordere die Implementierung eines Radantriebs keine wesentlichen Änderungen an der bestehenden Konfiguration der Aufhängung und anderer Komponenten. Antriebswellen und andere indirekte Mechanismen entfielen, sodass die Motorleistung direkt für den Betrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann. Insgesamt soll der Energieverlust gegenüber einem konventionellen Antriebslayout um 30 % reduziert werden. (chk) 

Mehr zum Thema Radnabenmotoren lesen Sie im "Kompakt erklärt" Ist der Radnabenmotor zurück?
 

Optimale Dimensionierung der Batterie

Otmar Bitsche, Leiter Elektromobilität, Porsche, befasst sich in seinem Keynote-Vortrag How to Solve the Trade-off Between Vehicle Dynamics, Traveling Time, and CO₂ Emissions mit den wichtigsten CO₂-Verursachern während des Lebenszyklus eines batterieelektrischen Fahrzeugs. So habe die Lebenszyklusanalyse des Porsche Taycan bestätigt, dass die Batterie für etwa 40 % der CO₂-Emissionen während der Herstellung des Fahrzeugs verantwortlich sei. Diese Erkenntnis habe zu der Frage nach der optimalen Batteriegröße geführt, um den Bedürfnissen der Kunden und den Umweltzielen gerecht zu werden. Unter Berücksichtigung der Hauptfaktoren "CO₂", "Fahrzeit" und "Fahrdynamik" sei eine Begrenzung der Batteriekapazität in Kombination mit Schnellladung möglich. (chk) 

Empfehlung der Redaktion

01.05.2021 | Titelthema

"Mittendrin im Spannungsdreieck aus Performance, Fahrkomfort und Effizienz"

Die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs stellt auch die Ingenieure in der Fahrwerkentwicklung vor neue Herausforderungen. Für Anbieter von Sportwagen gilt dies in besonderem Maße, da sie teils widerstrebende Parameter unter einen Hut bringen müssen. Dr. Ingo Albers, Leiter Hauptabteilung Fahrwerk- und Fahrerassistenz bei Porsche, spricht im ATZ-Interview über die Strategie des Unternehmens.

Ausbau der Ladeinfrastruktur in Europa

Alexander Krug, Partner bei der Arthur D. Little GmbH, betont in seinem Vortrag Ausbau des Schnell-Ladenetzes in Europa – Herausforderungen und Auswirkungen für Infrastruktur- und Energiesysteme, dass sich Flotten von Pkw und Nfz mit Elektroantrieb bis 2030 vervielfachen werden. Der Gesamtenergiebedarf für das Laden wird bis 2030 auf 126 TWh ansteigen. Krug betont jedoch, dass es keine Blackouts durch Elektromobilität geben werde. Eine wirkliche Herausforderung sei das Lkw-Laden mit höherer Leistung. Zudem sei eine integrierte Infrastrukturplanung erforderlich, eine dezentrale Energieversorgung und -speicherung sowie intelligente Ladetechnologien. Krug beschreibt folgende Maßnahmen und Strategien für ein Lade-Ökosystem (chk):
 

Empfehlung der Redaktion

01.05.2020 | Entwicklung

Sind Blackouts unvermeidbar? Energiewirtschaftliche Risiken und Chancen der Elektromobilität

Es ist oft zu hören, dass die steigende Energienachfrage durch den Einsatz von Elektrofahrzeugen und die parallele Umstellung auf erneuerbare Energieerzeugung zu Netzüberlastungen und Stromausfällen führen werden. Wie wahrscheinlich ist es aber tatsächlich, dass dies in der Praxis angesichts sich schnell entwickelnder Technologien und neuer Geschäftsmodelle geschehen wird? Nach Meinung von Arthur D. Little sind die Herausforderungen in puncto Infrastruktur eher Chance als Bedrohung für Mobilitäts- und Energieakteure.

Verleihung des Sustainability Award in Automotive

ATZ, MTZ und Arthur D. Little GmbH haben im Rahmen des ATZlive-Kongresses den Sustainability Award in Automotive verliehen. Hier finden Sie alle Infos zu den acht Award-Preisträgern in den drei Kategorien Mobilitätskonzepte, Technologie und Start-up. (sve)