31.01.15, 17:40 | 'Maschinen bauen, Mensch bleiben'
Dies ist eine Fortsetzung zur Definition des Hybridfahrzeugs.
Warum also Hybridfahrzeuge?
Nun, da kommen natürlich mehrere Faktoren zusammen. Einerseits ist der Hybrid eine Innovation, und die lässt sich gern vom Markt treiben, und von der Frage, was den Kunden dazu bewegen könnte, ein bestimmtes Fahrzeug zu kaufen.
Ein weiterer, sehr starker Treiber für die Entwicklung von Hybridfahrzeugen ist der Gesetzgeber. So werden in allen Teilen der Welt die Emissionen von Kraftfahrzeugen reguliert. In Europa übernimmt das die EU auf mehrere Arten: Schädliche Abgase wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und diverse andere wie Schwefeloxide oder Feinstäube werden in ihrer zulässigen Menge begrenzt. Einen Überblick liefert hier das Umweltbundesamt. Zur Behandlung dieser Schadstoffe wurden diverse Techniken entwickelt. Dies sind beispielsweise klassische Oxidationskatalysatoren, Partikelfilter und neuerdings auch Katalysatoren, die mit zusätzlich eingespritzten Harnstoff arbeiten und so Stickoxide chemisch reduzieren - wobei die Reduktion hier als die Gegenreaktion zur Oxidation verstanden wird. Die Schadstoffe werden so in weniger schädliche Stoffe umgewandelt.
Nun kommt das Kohlenstoffdioxid als weiterer "Schadstoff" ins Spiel. Kohlenstoffdioxid ist im Gegensatz zum Kohlenstoffmonoxid zwar in den üblichen Konzentrationen ungiftig, hat allerdings eine Wirkung als Treibhausgas. Die Treibhausgase tragen (sehr grob gesagt) zur Erwärmung der Atmosphäre bei. Diese Wirkung zu quantifizieren, ist Gegenstand der aktuellen Forschung. In [1] wird der Treibhauseffekt von Kohlenstoffdioxid mit dem von Sauerstoff und Wasserdampf verglichen. Die Diskussion dieser Wirkungen soll an dieser Stelle jedoch nicht vertieft werden.
Kohlenstoffdioxid ist Ergebis der Verbrennung von Kraftstoff. Die Energie im Kraftstoff ist in Form von Kohlenstoffverbindungen gespeichert, und diese werden verbrannt, also oxidiert, zu Kohlenstoffdioxid. Dieses lässt sich also nich durch Katalysatoren mengenmäßig verringern, sondern ist das direkte Ergebnis der eingesetzten Kraftstoffmenge. Diese Gesetzgebung nimmt also direkten Einfluß auf den zulässigen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs.
Wie genau diese Richtlinien funktionieren, ist sehr unterschiedlich. In der EU wird ein sogenannter Flottenverbrauch eingeführt, den jeder Fahrzeughersteller einzuhalten hat. Dieser wird aus den Verkaufszahlen und den Verbräuchen der einzelnen Fahrzeuge errechnet, wobei auch Faktoren wie die Fahrzeugmasse einen Einfluss haben. Bei höheren Fahrzeugmassen sind höhere Kohlenstoffdioxidemissionen zulässig (Seite 12. Bei einer Überschreitung des Flottenverbrauchs können Strafzahlungen des Herstellers angeordnet werden. In anderen Teilen der Welt werden ähnliche Regelungen eingeführt, etwa die Corporate Average Fuel Economy (CAFE) in den USA.
Was bewirkt nun eine solche Gesetzgebung?
Ein Hersteller kann nun schulterzuckend die Strafen an seine Kunden über den Kaufpreis weitergeben, weil er davon ausgeht, daß seine Fahrzeuge beispielsweise luxuriös genug sind, um auch bei höheren Preisen verkauft zu werden. Ein Nischenhersteller kann unterhalb eines Grenzwertes an verkauften Fahrzeugen den Strafzahlungen entgehen.
Hersteller von Kleinwägen haben vielleicht bis zur nächsten Verschärfung der Grenzwerte den Vorteil, daß ihre Kleinfahrzeuge schon verbrauchsgünstig genug sind, damit die Grenze eingehalten wird. Durch die Massenabhängigkeit der Grenzwerte geraten allerdings auch diese Fahrzeuge unter Druck.
Für alle anderen gilt es nun, den Flottenverbrauch zu senken. Dazu sind verschiedene Maßnahmen möglich. In die Berechnung gehen zum Beispiel auch Elektrofahrzeuge ein. Allerdings sind die verkauften Stückzahlen dabei gering und stark von einer staatlichen Förderung abhängig, wie beispielsweise in Skandinavien.
Eine Verbrauchssenkung wird beispielsweise durch Entwicklungen am Fahrzeug erreicht. Dies geht von neuen Reifen mit geringerem Rollwiderstand über eine vebesserte Aerodynamik und Getriebe mit geringeren Verlusten bis zu Verbesserungen am Verbrennungsmotor. Einsparungen an der Fahrzeugmasse bergen trotz der bereits erwähnten Massenabhängigkeit der Verbrauchsgrenzen noch Potentiale für viele schwerere Fahrzeuge. Diese müssen allerdings teuer erkauft werden, da die Fahrzeugsicherheit und der Komfortzuwachs stets neue Bauteile mit zusätzlicher Masse ins Fahrzeug einbringen.
Reichen diese Maßnahmen nun nicht aus, um die Kohlenstoffdioxid-Grenzwerte einzuhalten und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken oder ist eine weitere Innovation gewünscht, liegt es also nahe, die Fahrzeuge zur Kraftstoffeinsparung zu hybridisieren.
Aber warum spart ein Hybridfahrzeug trotz zusätzlicher Masse Kraftstoff? Dies liegt an einer Eigenschaft des Verbrennungsmotors, die ich im nächsten Beitrag beschreiben werde, und an der Art, wie der Kraftstoffverbrauch zur Zertifizierung durch den Gesetzgeber gemessen wird.
Warum also Hybridfahrzeuge?
Nun, da kommen natürlich mehrere Faktoren zusammen. Einerseits ist der Hybrid eine Innovation, und die lässt sich gern vom Markt treiben, und von der Frage, was den Kunden dazu bewegen könnte, ein bestimmtes Fahrzeug zu kaufen.
Ein weiterer, sehr starker Treiber für die Entwicklung von Hybridfahrzeugen ist der Gesetzgeber. So werden in allen Teilen der Welt die Emissionen von Kraftfahrzeugen reguliert. In Europa übernimmt das die EU auf mehrere Arten: Schädliche Abgase wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und diverse andere wie Schwefeloxide oder Feinstäube werden in ihrer zulässigen Menge begrenzt. Einen Überblick liefert hier das Umweltbundesamt. Zur Behandlung dieser Schadstoffe wurden diverse Techniken entwickelt. Dies sind beispielsweise klassische Oxidationskatalysatoren, Partikelfilter und neuerdings auch Katalysatoren, die mit zusätzlich eingespritzten Harnstoff arbeiten und so Stickoxide chemisch reduzieren - wobei die Reduktion hier als die Gegenreaktion zur Oxidation verstanden wird. Die Schadstoffe werden so in weniger schädliche Stoffe umgewandelt.
Nun kommt das Kohlenstoffdioxid als weiterer "Schadstoff" ins Spiel. Kohlenstoffdioxid ist im Gegensatz zum Kohlenstoffmonoxid zwar in den üblichen Konzentrationen ungiftig, hat allerdings eine Wirkung als Treibhausgas. Die Treibhausgase tragen (sehr grob gesagt) zur Erwärmung der Atmosphäre bei. Diese Wirkung zu quantifizieren, ist Gegenstand der aktuellen Forschung. In [1] wird der Treibhauseffekt von Kohlenstoffdioxid mit dem von Sauerstoff und Wasserdampf verglichen. Die Diskussion dieser Wirkungen soll an dieser Stelle jedoch nicht vertieft werden.
Kohlenstoffdioxid ist Ergebis der Verbrennung von Kraftstoff. Die Energie im Kraftstoff ist in Form von Kohlenstoffverbindungen gespeichert, und diese werden verbrannt, also oxidiert, zu Kohlenstoffdioxid. Dieses lässt sich also nich durch Katalysatoren mengenmäßig verringern, sondern ist das direkte Ergebnis der eingesetzten Kraftstoffmenge. Diese Gesetzgebung nimmt also direkten Einfluß auf den zulässigen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs.
Wie genau diese Richtlinien funktionieren, ist sehr unterschiedlich. In der EU wird ein sogenannter Flottenverbrauch eingeführt, den jeder Fahrzeughersteller einzuhalten hat. Dieser wird aus den Verkaufszahlen und den Verbräuchen der einzelnen Fahrzeuge errechnet, wobei auch Faktoren wie die Fahrzeugmasse einen Einfluss haben. Bei höheren Fahrzeugmassen sind höhere Kohlenstoffdioxidemissionen zulässig (Seite 12. Bei einer Überschreitung des Flottenverbrauchs können Strafzahlungen des Herstellers angeordnet werden. In anderen Teilen der Welt werden ähnliche Regelungen eingeführt, etwa die Corporate Average Fuel Economy (CAFE) in den USA.
Was bewirkt nun eine solche Gesetzgebung?
Ein Hersteller kann nun schulterzuckend die Strafen an seine Kunden über den Kaufpreis weitergeben, weil er davon ausgeht, daß seine Fahrzeuge beispielsweise luxuriös genug sind, um auch bei höheren Preisen verkauft zu werden. Ein Nischenhersteller kann unterhalb eines Grenzwertes an verkauften Fahrzeugen den Strafzahlungen entgehen.
Hersteller von Kleinwägen haben vielleicht bis zur nächsten Verschärfung der Grenzwerte den Vorteil, daß ihre Kleinfahrzeuge schon verbrauchsgünstig genug sind, damit die Grenze eingehalten wird. Durch die Massenabhängigkeit der Grenzwerte geraten allerdings auch diese Fahrzeuge unter Druck.
Für alle anderen gilt es nun, den Flottenverbrauch zu senken. Dazu sind verschiedene Maßnahmen möglich. In die Berechnung gehen zum Beispiel auch Elektrofahrzeuge ein. Allerdings sind die verkauften Stückzahlen dabei gering und stark von einer staatlichen Förderung abhängig, wie beispielsweise in Skandinavien.
Eine Verbrauchssenkung wird beispielsweise durch Entwicklungen am Fahrzeug erreicht. Dies geht von neuen Reifen mit geringerem Rollwiderstand über eine vebesserte Aerodynamik und Getriebe mit geringeren Verlusten bis zu Verbesserungen am Verbrennungsmotor. Einsparungen an der Fahrzeugmasse bergen trotz der bereits erwähnten Massenabhängigkeit der Verbrauchsgrenzen noch Potentiale für viele schwerere Fahrzeuge. Diese müssen allerdings teuer erkauft werden, da die Fahrzeugsicherheit und der Komfortzuwachs stets neue Bauteile mit zusätzlicher Masse ins Fahrzeug einbringen.
Reichen diese Maßnahmen nun nicht aus, um die Kohlenstoffdioxid-Grenzwerte einzuhalten und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken oder ist eine weitere Innovation gewünscht, liegt es also nahe, die Fahrzeuge zur Kraftstoffeinsparung zu hybridisieren.
Aber warum spart ein Hybridfahrzeug trotz zusätzlicher Masse Kraftstoff? Dies liegt an einer Eigenschaft des Verbrennungsmotors, die ich im nächsten Beitrag beschreiben werde, und an der Art, wie der Kraftstoffverbrauch zur Zertifizierung durch den Gesetzgeber gemessen wird.