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Das Elektroauto

Innovative Energieeffizienzsteigerung oder nicht?

Studienarbeit 2009 55 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Energietechnik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einführung

2. Problemstellung
2.1 Fossile Energien
2.1.1 Entwicklung der Energien
2.1.2 Noch vorhandene fossile Energierohstoffe
2.1.3 Erdöl
2.1.4 Erdgas
2.1.5 Kohle
2.1.6 Uran
2.1.7 Preisentwicklung
2.2 Erneuerbare Energien
2.2.1 Die aktuelle Lage
2.2.2 Windkraft
2.2.3 Wasserkraft
2.2.4 Photovoltaik
2.3 Marktentwicklung
2.3.1 Entwicklung Automobilmarkt
2.3.2 Entwicklung Akkumarkt

3. Einflussfaktoren und Wechselwirkungen
3.1 Urbanisierung
3.1.1 Entwicklung der Bevölkerung
3.1.2 Was ist eine Stadt?
3.1.3 Entwicklung der Verstädterung
3.1.4 Urbanisierung als Einflussfaktor auf Elektro-Autos
3.2 Energie
3.2.1 Energie vs. Strom
3.2.2 Fahrverhalten des deutschen Autofahrers
3.2.3 Biokraftstoffe
3.2 Umwelt
3.2.1 Emissionen
3.2.2 Lärmbelastung
3.3.3 Entsorgung von Alt-Akkus
3.4 Akzeptanz und Förderung
3.5.1 Medien und Bevölkerung
3.5.2 Staat

4. Marktanalyse
4.1 Marktentwicklung Elektro-Automobile
4.1.1 Entwicklungen in der Vergangenheit
4.1.2 Prognose für die Zukunft
4.2 Motor-Technologie
4.3 Akkumulator-Technologie
4.3.1 Bisherige verwandte Technologien
4.3.2 Neue Technologien

5. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
5.1 Wertschöpfungskette
5.1.1 Wertschöpfungskette für Elektromobil
5.1.2 Wertschöpfungskette Automobil (Verbrennungsmotor)
5.1.3 Berechnungen für weitere Primärenergiequellen
5.1.4 Erläuterung der Berechnungen
5.2 Interpretation Wertschöpfungskette
5.3 Fazit Wertschöpfungskette

6. Allgemeines Fazit

Literaturverzeichnis

Monographien

Fachzeitschriften

Internetquellen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Weltweite Energiereserven; Bund Naturschutz

Abbildung 2: Angebotssituation fossiler Energiestoffe; Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie 2007

Abbildung 3: Preisentwicklung der Energieträger ab 1970; Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie 2007

Abbildung 4: Entwicklung des Erdölpreises und der Förderquote; Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie 2007

Abbildung 5: Installierte Leitung zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien; REN21 – (Renewable Energy Policy Network for the 21st Century): Konferenz für erneuerbare Energien. 2009

Abbildung 6: Anzahl der Neuzulassungen in Deutschland; Kraftfahrt Bundesamt: Neuzulassungen nach Kraftstoffart 2008

Abbildung 7: Weltweite Produktionszahlen der Automobilbranche; http://www.oica.net/category/production-statistics. 03.05.2009 – 15.42 Uhr

Abbildung 8: Bevölkerung in Deutschland, Stand 2009 und Schätzwerte für 2025 und 2050; eigene Darstellung

Abbildung 9: Vom Rohstoff bis zum beschleunigten Reifen eigene Darstellung

Abbildung 10: Anteile der Energieträger am Primärenergieverbrauch im Jahre 2008; Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen: Primärenergieverbrauch 2008

Abbildung 11: Energieflussbild BRD 2007; Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen: Energieflussbild 2007

Abbildung 12: CO² Ausstoßliste PKW; Centre for Automotive Research, FH Gelsenkirchen: CO² Emissionen der 2006 verkauften Neuwagen Europa

Abbildung 13: Verkehrslärm in Städten verursacht durch Autos; eigene Darstellung

Abbildung 14: Du bist Albert Einstein; Werbekampagne: „Du bist Deutschland“

Abbildung 15: Wertschöpfungskette Elektromobil; eigene Darstellung

Abbildung 16: Wertschöpfungskette Elektromobil; eigene Darstellung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Verfügbare fossile Energien (in Exa-Joule bzw. Jahre); Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie 2007

Tabelle 2: Verkaufszahlen PKW, Deutschland (in absoluten Werten); Kraftfahrt Bundesamt: Neuzulassungen nach Kraftstoffart 2008

Tabelle 3: Verkaufszahlen PKW, Deutschland (in Prozenten); Kraftfahrt Bundesamt: Neuzulassungen nach Kraftstoffart 2008

Tabelle 4: Wirtschaftlichkeit Elektromobil; Büngel, Benjamin; Koch, Julian; Pfeiffer Björn; Daten u.a. aus: Prof. Dr.-Ing. Thielen, Knut: Skript Energiewirtschaft/ Energietechnik

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einführung

Sinkende Kraftstoffkosten in den letzten Monaten lenkten die Blicke von einem gegenwärtig, existierenden Problem weg. Nämlich die Verknappung des Rohöls. Trotz einer rückläufigen Nachfrage rechnen Experten bereits in wenigen Jahren mit ersten Auswirkungen, wie z.B. Preissteigerungen. Zudem sind die Erdölreserven in den vergangenen Jahren, trotz gestiegener Suchanstrengungen, nicht weiter gewachsen.[1]

Dieser Trend der sinkenden Energiereserven, lässt sich auch bei anderen Energieträgern, wie z.B. die Kohle, beobachten. Dennoch ist erheblich mehr Kohle als Rohöl vorrätig, wie folgende Grafik erkennen lässt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Weltweite Energiereserven[2]

Automobilkonzerne stehen somit vor dem Problem der alternativen Antriebe, welche sie unabhängig von dem Rohöl macht. Dabei sind Alternativen wie Gas nur eine kurzfristige Lösung. Für einen längeren Zeitraum wird daher die Entwicklung der Elektro-Autos angestrebt. Erste Prototypen existieren bereits. Verschiedene Modelle wurden schon vor langer Zeit entworfen. In den kommenden Jahren sollen sie nun realisiert werden. Daimler stellte bereits öffentlichen Einrichtungen in London 100 Smart mit Elektro-Antrieb zur Verfügung. Mit einer Reichweite von 100 km und 5 h Ladezeit eignen sie sich gut für den Stadtverkehr.[3] Dennoch stellt sich die Frage, ob mit dieser Antriebs-alternative der Verbrennungsmotor ersetzt werden kann. Denn schließlich handelt es sich letztendlich nur um eine Umlegung der Energiegewinnung. Anstatt des Rohöls werden Kohle, Atomkraft oder sonstige Energien verwendet. Diese werden jedoch nicht vor Ort verbrannt, sondern bereits vorher im Kraftwerk. Damit wird die Frage der Wirtschaftlichkeit aufgeworfen. Diese Themen werden in dieser Ausarbeitung behandelt. Zunächst folgt eine Betrachtung der eigentlichen Problemstellung, d.h. Verknappung der Ressourcen, steigender Energieverbrauch, erneuerbare Energien, sowie wachsender Automobilmarkt. Danach erfolgt eine Analyse der wesentlichen externen Faktoren, die Einfluss auf den Elektroautomarkt haben, bzw. durch ihn beeinflusst werden. Der eigentliche Markt für Elektroautos wird in Form einer Marktanalyse eingehend betrachtet. Es folgt eine Energieeffizienzbetrachtung vom Primärenergieträger bis zum Verbraucher, sowohl für das herkömmlich angetriebene, als auch für das Elektroauto. Hierbei werden die einzelnen Energieträger miteinander verglichen und anschließend ein Fazit getroffen.

2. Problemstellung

2.1 Fossile Energien

2.1.1 Entwicklung der Energien

In den nächsten sind Jahren 27 neue Kohlekraftwerke geplant, diese werden einen CO Ausstoß von ca. 157 Millionen Tonnen jährlich haben[4]. Gaskraftwerke haben einen geringeren Ausstoß, jedoch erhöht sich dadurch die Abhängigkeit vom Gaslieferanten Russland. Erst kürzlich zeigte sich die Unzuverlässigkeit Russlands im Gasstreit mit der Ukraine. Dies ist auch aus Umweltgründen nicht empfehlenswert, da laut Greenpeace täglich 42000 Tonnen Öl aus Pipelines und Förderanlagen in die Taiga und Tundra fließen. Auch bei der Verwendung der traditionellen Energieformen ergeben sich starke Abhängigkeiten. So ist Deutschland zum einen von Rohstoffimporten, zum anderen von den großen Energiekonzernen abhängig. Der Weltweit größte Ölkonzern „ExxonMobil“ hat einen jährlichen Umsatz von 228 Milliarden US-$, das Bruttoinlandsprodukt von Schweden liegt im Vergleich dazu bei 238 Milliarden US-$. Diese Abhängigkeit ist nicht nur aus marktwirtschaftlicher Sicht schlecht. Es gibt eine starke Tendenz zu nationalstaatlicher Energiepolitik, z.B. in Spanien oder Frankreich. Außerdem gibt es Wiederverstaatlichungspolitik in Russland, Asien und Lateinamerika[5].

Ein Ausblick sieht laut Greenpeace so aus: Abhängigkeit von Öl-Importen durch steigende Nachfrage (insbesondere verursacht durch die steigende Nachfrage Chinas). Öl kommt aus instabilen oder der westlichen Kultur abgeneigten Regionen. Durch wachsende Abhängigkeit entsteht erhöhter Druck in den Förderländern, welcher zu Unruhen und Konflikten führen kann. Hierbei ist besonders interessant, dass die EU als Ganzes betrachtet, mehr Rohöl als die USA importiert. Deutschland deckt 97% seines Rohölbedarfs durch Importe ab[6].

Einen Ausweg aus dieser Situation bieten die erneuerbaren Energieformen Biogas, Windkraft, Solarenergie und Wasserkraft. Der Ausbau dieser kommt jedoch nur schleppend voran

2.1.2 Noch vorhandene fossile Energierohstoffe

Weltweit hat der Primärenergiebedarf stark zugenommen. In den letzten drei Jahrzehnten stieg er um 70%. Dabei war ein starker Zuwachs bei Erdöl und Erdgas zu beobachten. Seit 2002 ist auch der Verbrauch von Kohle durch die hohe Nachfrage in China sehr stark angestiegen.

Bei den Verfügbarkeiten wird unterschieden in Reserven = wirtschaftlich abbaubare Quellen und Ressourcen = Vorhanden aber noch nicht wirtschaftlich bzw. technisch abbaubar. Die Verhältnisse zeigt die Grafik unterhalb.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Angebotssituation fossiler Energiestoffe[7]

Da die Zukunftsprognosen recht schwankend sind, zeigt die folgende Tabelle wie lange der jeweilige Energiestoff noch reichen würde wenn man davon ausgeht, dass keine Zunahme der Fördermengen stattfindet.

Als Grundlage des zweiten Kapitels dienen Daten der Bundesanstalt für Geowissenschaften, welche wir als sehr vertrauenswürdig erachtet haben. Falls andere Quellen benutzt wurden ist es vermerkt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Verfügbare Fossile Energien in Extrajoule bzw. Jahre[8]

2.1.3 Erdöl

Wenn man den moderaten Anstieg des Erdölverbrauchs berücksichtigt, ist die Versorgung mit Erdöl für ein paar Jahre noch gewährleistet. Ab ca. 2015 bis 2020 muss jedoch mit einer Versorgungslücke bei dem konventionellen Öl gerechnet werden, da dann die weltweite maximal mögliche Förderung überschritten ist. Dies bedeutet nicht, dass das Öl zu diesem Zeitpunkt aufgebraucht ist, sondern nur, dass nicht mehr alle Nachfragen damit sofort gestillt werden können.

Derzeit sind ca. 38% des Gesamtpotentials an konventionellem Erdöl bereits verbraucht, allerdings wird das nicht-konventionelle Öl in Zukunft interessanter. Nicht-konventionelles Öl kann zum Beispiel aus Öl-Schiefer gewonnen werden, aber die Gewinnung ist wesentlich aufwändiger und wird somit erst interessanter, wenn das konventionelle Öl sehr knapp wird. Die Reserven an nicht-konventionellem Öl betragen 41% der Reserven an konventionellem Öl und die Ressourcen betragen ca. das Dreifache.

In den letzten Jahren entstanden Projekte zur Gewinnung von Öl aus Öl-Sanden und Schwerstölen, jedoch können diese Ressourcen nicht als Substitut zum konventionellen Abbau gesehen werden.[9]

2.1.4 Erdgas

Erdgas weißt seit einiger Zeit hohe Steigerungsraten auf und ist die drittwichtigste Primärenergiequelle hinter Erdöl und Kohle.

Die weltweiten Erdgasreserven reichen bis Mitte dieses Jahrhunderts, wenn man eine gleichbleibende Förderung voraussetzt. Danach stecken viele Erwartungen in neuen Technologien, die derzeit noch nicht sehr weit entwickelt sind, um Gas aus Kohleflözen (zwischen Gesteinsschichten eingelagert), dichten Speichergestein und Gashydrat zu gewinnen. Nach aktuellem Stand sollten Entwicklungsprojekte die kommerzielle Gashydratnutzung ab 2020 umsetzbar machen. Die stärkeren Aktivitäten zu Produktion synthetischer Kraftstoffe aus Erdgas könnten dem Erdgasmarkt zukünftig ein gewisses Potential entziehen.

Kohle unterscheidet man in die Kategorie Hartkohle die einen Energiegehalt von > 16.500kJ/kg hat und die Sorten Hartbraunkohle, Steinkohle sowie Anthrazit umfasst. Die zweite Kategorie ist die Weichbraunkohle, die einen Energiegehalt von < 16.500kJ/kg besitzt und einen hohen Wassergehalt hat. Aus diesem Grunde wird sie in erster Linie nur für eine Verstromung nahe den Lagerstätten eingesetzt.

2.1.5 Kohle

Im weltweiten Vergleich sind für Kohle die größten Ressourcen und Reserven verfügbar. Aus diesem Grunde nimmt sie mit 37% Anteil auch den ersten Platz in der Stromversorgung ein. Die Reserven bestehen aus ¾ Hartkohle und ¼ Weichbraunkohle. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kohlevorkommen nicht regional konzentriert sind wie es bei Erdöl der Fall ist.

Kohle wird in Zukunft weiter eine sehr wichtige Rolle spielen, nach Schätzungen beträgt der Anteil der Kohle im Jahre 2030 noch 28% der primären Energieversorgung.

2.1.6 Uran

Die Reserven und Ressourcen für Uran sind weltweit auf wenige Länder verteilt. Australien, Kanada und Kasachstan besitzen jeweils zweistellige prozentuale Anteile an den Vorkommen. Für die zukünftige zivile Nutzung ist die Abrüstung atomarer Waffen ein fördernder Schritt.

Aus geologischer Sicht wird kein Engpass in der nächsten Zeit erwartet, weltweit werden wachsende Reserven und Ressourcen verzeichnet. In Indien und Südafrika werden neue Technologien vorangetrieben die sich mit Thorium befassen, da diese sparsamer sind als Vergleichbare mit Uran.

2.1.7 Preisentwicklung

Seit 2004 besteht ein drastischer Anstieg der Energierohstoffpreise, wie in der Grafik zu sehen ist – Im Jahr 2007 lagen die Durchschnittspreise 2,5-mal höher als in 2002. Bei Uran handelte es sich sogar um den Faktor sieben.

Diese Preisentwicklung liegt unter anderem daran, dass das Angebot nicht mit dem rasant ansteigenden Bedarf mithalten kann.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Preisentwicklung der Energieträger ab 1970[10]

Der Erdölpreis erhöhte sich in den letzten Jahren deutlich. Anfang 2007 zeigte sich ein Abwärtstrend, der einen Niedrigstpreis von 52US-$/Barrel hervorbrachte. Durch die Drosselung der OPEC wurde die Marke von 100US-$/Barrel im Februar 2008 überschritten und im Juli ein Rekordpreis von 145$/Barrel erreicht. Seit diesem Zeitpunkt besteht jedoch wieder ein Abwärtstrend, von dem allerdings nicht zu sagen ist, wie lange er anhält.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.4: Entwicklung des Erdölpreises und der Förderquote[11]

Der Marktanteil an nicht-konventionellem Erdöl wird durch das hohe Ölpreisniveau zunehmen, jedoch bis 2020 nicht mehr als 5-10% betragen. Mit der Zunahme steigen die Kosten der Öl-Bereitstellung und dies führt dazu, dass mittel- bis langfristig der Ölpreis steigt. Den bisherigen Verlauf sieht man in dem Chart oberhalb.

Der Erdgaspreis wird in Zukunft wohl nicht sehr stark steigen, da die Nachfrage gut befriedigt werden kann, ein Teil des Preisanstieges wird durch höhere Transportkosten verursacht.

Kohle durchlief in der letzten Zeit einen ähnlichen Preisverlauf wie das Erdöl. Seit 2006 war ein starker Preisanstieg zu verzeichnen, der Sommer 2008 bei Preisen bis zu 210 US-$/t ein allzeithoch erreichte. Seit dem sinkt er (Oktober 2008 betrug er 130 US-$/t). Aber der hohe asiatische Bedarf wird den Preis in der Höhe halten.

Der Uranmarkt hatte sein Allzeithoch im Juni 2007 mit 353,60 US-$/kg. 2008 pendelte er sich auf ein Niveau von 130 US-$/kg ein. Der durchschnittliche Langzeitpreis lag bei 41 US-$/kg.

Weltweit verkündeten Länder (u.a. China, Finnland, Russland, Korea, Japan und Indien) den Bau neuer Atomkraftwerke, was laut Experten zu einem dauerhaften Preis von über 80 US-$/kg führen wird.

2.2 Erneuerbare Energien

2.2.1 Die aktuelle Lage

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbb. 5: Installierte Leitung zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 2006[12]

Die fossilen Energien haben lange gedient, doch nach dem der weltweite Energiebedarf immer stärker wächst und die fossilen Energien endlich sind, sollte Versucht werden den prozentualen Anteil unseres Bedarfes mit nachhaltigen Verfahren zu decken. Abbildung Nummer fünf zeigt die jeweiligen installierten Leistungen bisher. Die Umweltbelastung durch die fossilen Energien sind ein großes Manko – durch die Verbrennung von Öl und Gas entstehen Millionen von Tonnen CO2. Das verbrauchte Uran muss sehr lange gelagert werden bis es unschädlich ist.

2.2.2 Windkraft

Wie in der Grafik ersichtlich ist, stellt Windkraft die stärkste Quelle dar.[13] Laut einer Studie vom VDE könne man 2020 den Energiebedarf aller Autos mit Windenergie decken. Dabei entsteht ein positiver Effekt für die Gemeinden, denn über die 20-jährige Laufzeit einer Windkraftanlage fließen je MW 100.000€ Gewerbesteuer in die Kassen.[14] Nach der Laufzeit kann die Anlage abgebaut werden oder die Kanzel wird mit dem neusten Stand der Technik ersetzt (dies bezeichnet man auch als repowering).

Natürlich gibt es auch Schattenseiten wie z.B. den Schattenwurf der Rotoren, Schallimmissionen, Vogelschlag und natürlich die Schwankung der Windstärke. Doch diese Nachteile sind mittels Softwaresteuerung auf ein Minimum begrenzt und die Schwankungen können mit Speicherwerken - und in Zukunft, falls sich die Brennstoffzelle weiter etabliert, auch mit Wasserstoffwerken ausgeglichen werden.

2.2.3 Wasserkraft

Wasserkraft dient seit etwa hundert Jahren zur Stromgewinnung. Wasserkraftwerke haben einen hohen Wirkungsgrad (75-90%) und produzieren kein CO2. Allerdings sterben, trotz der Fischtreppen, viele Fische in den Anlagen. Die großen Kraftwerke machen große Eingriffe in die Natur von Nöten. Für das derzeit größte Projekt, den Drei-Schluchten-Damm in China, mussten 1,9 Mio. Menschen ihre Häuser räumen. Wenn die Pflanzen und Bäume in dem überfluteten Gebiet anfangen zu zerfallen, werden große Mengen Methangas frei, welches schädlicher als CO2 ist.

Laut Naturschützern steht der Nutzen in keiner Relation zu den Umwelt-schäden[15]. Jedoch wird die Wasserkraft auch in Zukunft weiter ausgebaut. Allerdings verstärkt kleine Wasserkraftwerke mit einer Leistung bis 10 MW, denn für große Wasserkraftwerke sind nur an wenigen Stellen auf der Welt die örtlichen Voraussetzungen gegeben.[16]

[...]


[1] Ölpreise auf Talfahrt; n24.de, 24.11.2008

[2] Bund-Naturschutz

[3] Marlies, Uken: Die Zeit. Neuer Liebling Elektroauto. 25.6.2008

[4] Mayer, Gregor J.: Phoenix. Energiemix in Deutschland am Ende. 2007

[5] Rat für Nachhaltige Entwicklung: Effizienz und Energieforschung als Baustein einer konsistenten Energiepolitik. 09/2004

[6] Stern.de: Deutschland emanzipiert sich von der OPEC. 2006

[7] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie. 2007

[8] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie. 2007

[9] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie. 2007

[10] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie. 2007

[11] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie. 2007

[12] REN21: Konferenz für erneuerbare Energien. 2009

[13] REN21: Konferenz für erneuerbare Energien. 2009

[14] Bundesverband Windenergie: Studie. 2008

[15] Süddeutsche Zeitung-Wissen: Wasserkraft contra Umwelt. 2001

[16] EU: Weissbuch. 2005

Details

Seiten
55
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2009
ISBN (eBook)
9783836634748
Dateigröße
1.2 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v226939
Institution / Hochschule
Fachhochschule Gießen-Friedberg; Standort Gießen – Wirtschaftsingenieurwesen und Produktionstechnik, Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen
Note
1,7
Schlagworte
elektroauto elektromobilität energieeffizienz automobil innovation

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Titel: Das Elektroauto