Projektarbeit:


Nachhaltiges Mobilitäts- & Verkehrskonzept am Beispiel eines wasserstoff-elektrischen Effizienzfahrzeuges

 

Der Personenindividualverkehr in Deutschland ist vor allem eines: von PKWs geprägt.

Eine Analyse des Mobilitätsbedarfs ergibt eine Distanz von 22 km pro Person und Tag mit PKWs. Im Hinblick auf die von der deutschen Bundesregierung definierten Klimaziele erscheint es sinnvoll, durch Technologieverbesserung gewichtsspezifisch emissionsärmere Fahrzeuge zu produzieren. Jedoch geht der aktuelle Trend in Richtung SUVs, wodurch die gewichtsspezifischen Einsparungen durch erhöhte Fahrzeugmassen negativ kompensiert werden. Außerdem ist das Verkehrsbild in deutschen Städten als Folge der Urbanisierung und damit einhergehender Erhöhung des Verkehrsaufkommens immer mehr vom Start-Stopp Verkehr geprägt. Die kinetische Energie, die bei Ampelstopps durch die Bremsen in Wärme umgewandelt wird, führt zu einem proportional zur Fahrzeugmasse ansteigendem Mehrverbrauch an Kraftstoff. Auch dieser Effekt führt dazu, dass spezifische Emissionseinsparungen wieder zunichte gemacht werden. In Berlin beispielsweise verursachen Ampelstopps jährlich mindestens 1,82 Mrd. kg CO2- Emissionen und ca. 1 Mrd. € Kraftstoffumsatz. Erweitert auf alle Ampeln in städtischen Gebieten in Deutschland bedeutet dies 26,1 Mrd. kg CO2-Emissionen und fast 15 Mrd. € Mehrumsatz durch Kraftstoffverbrauch pro Jahr. Dies entspricht 17% der Gesamtemissionen im deutschen Verkehr und 11,6% des Gesamt-Umsatzes mit Otto- und Dieselkraftstoffen.

Als Alternative zu Verbrennungsmotoren wachsen zwar die Marktanteile von batterieelektrischen Fahrzeugen aufgrund eines grünen Images und staatlichen Subventionen kontinuierlich an, die Fahrzeuge besitzen jedoch umwelttechnisch auch entscheidende Nachteile, wie die Nachhaltigkeit der in den Batterien gespeicherten Energie sowie der Energiebereitstellungs- sowie Wertschöpfungskette bei der PKW Produktion und Recycling.

Ansatzpunkte zur Lösung dieses Problems sind PKWs, deren Masse radikal verringert ist sowie eine Umgestaltung des Verkehrssystems, sodass ein weitgehend kontinuierlicher Verkehrsfluss aufrechterhalten wird. In dieser Arbeit wird anhand der klima- und wirtschaftspolitischen Randbedingungen dargestellt, warum neue, disruptive Mobilitätskonzepte fester Bestandteil der Mobilität von morgen sein müssen und warum Mobilität nicht isoliert betrachtet werden darf, sondern nur mithilfe eines ganzheitlichen Energie-, Umwelt- und Infrastrukturkonzept nachhaltig gestaltet werden kann.

Es wird ein wasserstoff-elektrisches Fahrzeugkonzept vorgestellt, welches durch Simulation und Prüfstandstests belegt, dass es möglich ist, mit einem Verbrauch von weniger als 0,06 𝐿 100𝑘𝑚 die urbane Mobilität zu gestalten.

Unabhängig von der Antriebs- und Brennstoffart kann durch Reduktion des Fahrzeugs auf das Wesentliche eine massive Verbrauchseinsparung erzielt werden und so die Gesamtemissionen im Personenindividualverkehr in Städten deutlich gesenkt werden. Dies leistet einen entscheidenden Beitrag zur Einhaltung der Klimaziele.

Individual passenger transport in Germany is above characterized by one thing: passenger cars.

An analysis of the mobility needs shows an average travelling distance of 22 km per person and day by car. Considering the climate targets defined by the German Federal Government, it seems reasonable to produce vehicles with lower emissions on a weight-specific basis by improving technology. However, the current trend in vehicle sales is showing significant growth of heavy weight vehicles like SUVs, which leads to the effect that the weight-specific savings are negatively compensated by increased vehicle masses. In addition, the traffic in German cities is increasingly characterized by start-stop traffic as a result of urbanization and the associated increase in traffic volume. The loss of kinetic energy, which is converted into heat by the breaks during traffic light stops, leads to an increase in fuel consumption proportional to the vehicle mass. This effect also means that specific emission savings are cancelled out. Taking Berlin as an example, traffic light stops cause at least 1.82 billion kg of additional CO2-emissions and approx. 1 billion € of additional fuel sales per year. Extended to all traffic lights in urban areas in Germany, this effect adds up to 26.1 billion kg CO2-emissions and almost 15 billion € additional revenue from fuel consumption. This corresponds to 17% of total emissions in German individual transport and 11.6% of total sales of petrol and diesel fuels in this sector.

As an alternative to internal combustion engines, the market of battery-electric vehicles is growing continuously due to a green image and government subsidies, but the vehicles also have decisive environmental disadvantages, such as the lacking environmental sustainability of the electric energy stored in the batteries and the energy supply and value chain in car production as well as recycling.

The solution to this problem is to radically reduce the weight of cars and transform the traffic system to maintain a continuous flow. In this paper, climate and economic policy constraints are used to illustrate why new, disruptive mobility concepts must be an integral part of tomorrow’s mobility and why mobility must not be viewed in isolation but can only be sustainable with the help of a holistic energy, environmental and infrastructure concept.

A super minimalistic hydrogen-electric vehicle concept is presented which enables urban mobility with a consumption less than 0.06 Liter/100km, proved through simulation and test bench tests.

Irrespective of the type of propulsion and fuel, massive fuel savings can be achieved by reducing the vehicle to the essentials and thus significantly reducing overall emissions from individual passenger transport in cities. This significantly supports compliance with climate targets.