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I 29 Im Fahrzeugbereich können zwei Megatrends ausgemacht werden die Einführung von aktiven Fahrassistenzsystemen bis hin zum autonomen Fahren und die CO 2 -Reduktion Ersteres ist mit zusätzlichen Sensoren und viel neuer Software im Fahrzeug sowie mit weiterentwickelten Kommunikationstechnologien zu zentralen Rechnersystemen verbunden Letzteres mit neuen Antrieben und neuen Energieträgern In beiden Bereichen werden in hohem Tempo neue Technologien mit neuen Chancen aber auch mit neuen Herausforderungen und Risiken entwickelt Die Empa untersucht beide Bereiche in verschiedenen Forschungsgruppen auf wissenschaftlicher und technischer Ebene Im Folgenden sind die zu erwartenden Veränderungen im Bereich der CO 2 -Reduktion dargestellt Weltweit sind heute rund eine Milliarde Personenwagen immatrikuliert Der Anteil an konventionellen rein verbrennungsmotorischen Benzinund Dieselfahrzeugen daran liegt bei rund 90 Prozent der Rest sind Fahrzeuge mit alternativem Antrieb Gemäss EU-Richtlinie 2014 94 EU werden darunter solche mit teilund vollelektrischem Antrieb sowie alle nicht mit Benzin oder Diesel betriebenen Fahrzeuge verstanden Diese teilen sich heute auf 40 Prozent Ethanol-Methanol-40 Prozent Gas-Flüssiggasund 20 Prozent Hybrid-Elektrofahrzeuge auf Aufgrund der aktuellen Gesetzgebung wird erwartet dass der Anteil an Fahrzeugen mit alternativem Antrieb stark steigt Dabei kann zwischen zwei Hauptentwicklungen unterschieden werden der Elektrifizierung der Antriebe und der Elektrifizierung der Treibstoffe Die Elektrifizierung der Antriebe wurde durch Fortschritte in der Batterietechnologie initiiert Dank der Lithium-Ionen-Technologie konnten Reichweiten und Laderaten realisiert werden die davor nicht möglich waren Die Elektrifizierung der Antriebe reicht von einfachen Hybridkonzepten über Vollhybride bis hin zu reinen Batterieoder Brennstoffzellenelektrischen Konzepten Die Forschungsschwerpunkte liegen in der Optimierung des Energiemanagements wie beispielsweise der Rekuperation der Abwärmenutzung für die Kabinenheizung des Lademanagements bei Elektrofahrzeugen sowie in der Entwicklung unkritischer Materialien mit höheren Speicherkapazitäten für Batterien Zur Elektrifizierung der Treibstoffe zählt die Herstellung von Wasserstoff und synthetischen Kohlenwasserstoffen Dazu wird erneuerbare Elektrizität die im Strommarkt aufgrund eines Überangebots oder mangels Transportkapazitäten nicht nutzbar ist – andere Elektrizität ist zu teuer – in einem ersten Schritt für die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff genutzt der dann entweder in Wasserstoff-Fahrzeugen oder durch Umwandlung mit CO 2 in einen Kohlenwasserstoff in Hybridoder konventionellen Fahrzeugen genutzt werden kann Aufgrund der hohen Energiekostensensitivität wird hier primär an der Wirkungsgradsteigerung geforscht Hinsichtlich CO 2 -Emissionen erreichen alle Konzepte ähnlich niedrige Werte wenn sie auf erneuerbarer Energie basieren Für die Marktentwicklung entscheidend sind deshalb primär deren Gesamtkosten Diese liegen für alle Antriebskonzepte zu einem erheblichen Anteil ausserhalb des Fahrzeugs beispielsweise in der Infrastruktur oder der Energiespeicherung -bereitstellung Unter Berücksichtigung solcher Aspekte kann bei primär lokal regional eingesetzten Personenwagen bzw Nutzfahrzeugen ein hoher Anteil an Batterieelektrischen bzw Brennstoffzellenelektrischen Antrieben erwartet werden während dies für interregionale Anwendungen sowie Langstreckenund Lastanwendungen eher mit synthetischen Treibstoffen betriebene Fahrzeuge sein werden Die Schweiz ist technologisch in beiden Entwicklungsschwerpunkten sehr gut positioniert sei es durch Forschungsinstitutionen oder die Industrie Entscheidend ist die Technologieoffenheit und wettbewerbliche Rahmenbedingungen zu erhalten um Innovationen weiterhin grösstmöglich zu fördern Der oben stehende Beitrag stammt von Herrn Christian Bach Abteilungsleiter Fahrzeugantriebssysteme bei der Empa Eidgenössische Materialprüfungsund Forschungsanstalt ein Teil des ETH-Bereichs in Dübendorf Schweizweit gehört Christian Bach zu den renommiertesten Wissenschaftlern auf diesem Gebiet Zusammen mit seinem Team forscht er – auch in enger Zusammenarbeit mit bedeutenden Automobilherstellern – seit 1989 an höheren Wirkungsgraden sowie Schadstoffund CO 2 -Minderungen von Fahrzeugantrieben Gleichzeitig beschäftigt er sich mit der Mobilität der Zukunft Im Jahr 2020 war Herr Bach Gastredner am le GARAGE-Akademiemeeting 2020 Weitere Informationen finden Sie unter empa ch