Vorstellung eines durchführbaren Lösungswegs zum Erreichen:
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einer nachhaltigen Mobilität (nM) und
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einer gemeinsamen nM
und nachhaltigen EnergieWende nEW
(nMnEW)
in wenigen Jahren:
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FAKTEN zur nMnEW
Grundsätzliches
zur Planung und Implementierung von nMnEW
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Kurze Zitaten, Kommentare (auch
mit Ergänzungen des Verfassers), Infos und
Erklärungen aus den Referenzen
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1. Sektor-Kopplung
Nachhaltige
Mobilität und Energiewende nMnEW müssen
gemeinsam, d.h. als Sektor-Kopplung
behandelt
werden.
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Für eine sehr deutliche Senkung der energiebedingten
Emissionen bis 2035 ist neben Maßnahmen in den einzelnen Sektoren Strom,
Gebäudewärme, Industrieprozesswärme und Verkehr auch eine Sektor-Kopplung zur Verzahnung der
einzelnen Sektoren notwendig… IEE [14
S.6]
Der Schlüssel liegt in einer ganzheitlichen Herangehensweise. Das
Energiesystem wird als ein integriertes Gesamtsystem betrachtet, denn die
separate Behandlung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität und der
jeweiligen Energieträger wird den großen Herausforderungen nicht gerecht. All
dies sollte bezüglich der übergeordneten Energiewendeziele „gekoppelt“
behandelt und optimiert werden, wofür häufig der Begriff „Sektor-Kopplung“ verwendet
wird... FAZ [13
ca. S.2]
Der elektrische
Strom wird
künftig zum dominierenden Energieträger. Das hat Nachteile, weil Strom schwer speicherbar ist und einen
deutlichen Netzausbau erfordert… FAZ [13
ca. S.6].
Aber:
Weil Deutschland aus erneuerbaren Energien mehr Strom
produziert als benötigt, wird diese Energie häufig ins Ausland verramscht. Immer öfter Tendenz steigend bekommen unsere
Nachbarn sogar Geld dafür, wenn sie überschüssigen deutschen Strom nehmen.
Die Rechnung zahlen die Verbraucher FOCUS [60.1,
60.2].
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2.
Der Wasserstoff H2 als
Energieträger ist das Bindeglied in der nMnEW.
Große Mengen des überschüssigen Stroms aus erneuerbaren Energien können über
die H2-Erzeugung chemisch speichern.
Der
gespeicherte H2 lässt sich anschließend als Kraftstoff sowohl für
die nM als auch zur
Rückverstromung in der nEW
einsetzen. Damit entstehen keine CO2 Emissionen!
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Eine langfristig sichere, wirtschaftliche sowie ressourcen-
und umweltschonende Energieversorgung basiert auf einem ausgewogenen
Energiemix mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien ebenso wie auf der
kontinuierlichen Erforschung und Einführung innovativer Technologien.
Wasserstoff
H2 und Brennstoffzellen BZ
bzw.
neuartige VCSR Verbrennungsmotoren VM (s. mehr unter 8.) werden bei der
Energieversorgung im 21. Jahrhundert daher eine bedeutende Rolle spielen.
Im Zusammenspiel mit fluktuierenden erneuerbaren Energien kann
Wasserstoff H2 als
Energieträger fossile Energieträger weitgehend ersetzen (s. auch [21]).
Große Mengen des überschüssigen Stroms können durch Erzeugung
vom Wasserstoff über den Weg der Elektrolyse chemisch für einen beliebig
späteren Einsatz speichern.
Der Wasserstoff H2 kann dann
a)
dezentral in Brennstoffzellen BZ
oder Gasmotoren zurückverstromt,
b)
direkt oder nach Methanisierung in das Gasnetz eingespeist oder als
Reinstoff
c)
hochwertigen Anwendungen in der Industrie zugeführt und insbesondere
d)
in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieben [31.1]
oder
Verbrennungsmotoren VM als Kraftstoff eingesetzt werden [31.2].
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3.
Die langfristige Planung der nMnEW
Implementierungsschritten, deren Kosten, Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit,
Effizienz, Versorgungssicherheit und gesellschaftliche Akzeptanz darf dabei keine Tabus
oder Modeerscheinungen zulassen, nicht unter ideologischen Gesichtspunkten
geschehen oder den Lobbyisten überlassen [22].
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Streit in der Regierungskommission Mobilität:
Wenn es der Politik ernst ist mit dem Klimaschutz, muss der
Verkehrssektor bis 2030 viele Millionen Tonnen Treibhausgas einsparen, neue Antriebe,
effiziente Fahrzeuge, regenerative Kraftstoffe, Verlagerung des Verkehrs auf
die Schiene, Stärkung des öffentlichen Nahverkehrs und des Radverkehrs sowie
Digitalisierung sollen dafür beitragen. Dieses Szenario hat auch die Arbeitsgruppe Klimaschutz der
Regierungskommission Mobilität vor Augen. Mit überwiegend unstrittigen,
wenngleich milliardenteuren Maßnahmen könnten die Klimaziele wohl zu zwei
Dritteln erreicht werden. Über die letzten 20 Millionen Tonnen CO2
gibt es nun heftigen Streit, die Fachleute werden zu Lobbyisten. Selbst das
Tempolimit ist wiederaufgetaucht. Die Umweltschützer wollen Verkehr
verteuern, um ihn zu vermeiden, die Wirtschaft lehnt diesen Ansatz ab. Auch
sie macht aber keinen Hehl daraus, dass Mobilität teurer werden wird. Die
Politik muss diese Erkenntnis dem automobilen Wähler offenlegen. Gleichzeitig
kann sie mit einer Ökosteuerreform für Ausgleich sorgen. Die Zeit für
unbequeme Debatten beginnt jetzt. FAZ [53].
Der
Verkehrsminister Andreas Scheuer ist gegen Verbote und Preisaufschläge. Er
will die Sicht der Politik nicht auf Elektromobilität
verengen, Technologieoffenheit bewahren,
aber gleichzeitig „Begeisterung für E-Fahrzeuge“ wecken. FAZ [57].
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4.
Der elektrische Strom ist direkt (d.h. über Batterien bzw.
Akkumulatoren) langzeitig schwer, teuer und
ineffizient speicherbar. Daher ist diese Speicherart des überschüssigen
Stroms aus den fluktuierenden erneuerbaren Energien für nEW nicht geeignet.
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Beispiel:
Ein
Konsortium um den Oldenburger Energieversorger EWE, darunter die japanischen
Energiespezialisten Hitachi Chemical, Hitachi Power Solutions und NGK Insulators, hat eine Anlage zum Speichern des Windstroms
gebaut. Insgesamt reiche die Speicherkapazität von bis zu 25 Megawattstunden,
um alle Haushalte in Varel, wo knapp 24 000 Menschen leben, fünf Stunden
lang zu versorgen. Ein solcher Dauereinsatz ist allerdings nicht
geplant. Stattdessen wollen EWE und die Japaner die Anlage nutzen, um kurzfristig
Frequenzschwankungen im Stromnetz auszugleichen und so die Stabilität zu
erhöhen… FAZ [12]
Die
berechtige Frage lautet, ist eine solche Investition gemäß ihren mageren
Ergebnissen überhaupt noch sinnvoll?!
Das Problem der sogenannten „kalten Dunkelflauten“ wird
dadurch jedoch nicht gelöst, selbst wenn Batteriespeicher viel günstiger
werden als heute.
Die wind- und sonnenarmen Phasen können mehrere Tage oder gar
einige Wochen andauern. Zur Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit muss
daher eine ausreichend große Menge Reserveleistung zur Stromerzeugung
verfügbar sein, die etwa vergleichbar mit der heutigen Leistung
konventioneller Kraftwerke sein muss.
Dafür kommen in erster Linie mit Erdgas und längerfristig auch
mit
Wasserstoff oder
synthetischen Brennstoffen betriebene Erzeugungseinheiten in Betracht. FAZ [13
ca. S.4].
Vergleiche zwischen den Speichern auf Batterie-Basis und H2-Basis
wurden von Fraunhofer Institut ISI 2012 und ISI
2015 vorgestellt, diese bescheinigen die vorteilhafte
Energiespeicherung anhand der H2-Speicher und erlauben sogar eine
zeitliche Prognose deren Performance-Entwicklung. Der Wasserstoffspeicher ist
dem batterieelektrischen Speicher um Jahrzehnte voraus Keyou
[15].
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5.
Der intensive Einsatz von Batterien bzw. Akkumulatoren d.h.
von EV in der Mobilität
ist keine nachhaltige, effektive, bzw. umweltgerechte Lösung der nM aus folgenden Gründen (s. rechts):
Hierunter
eine kritische Meinung von Reiner Hank, FAS
[3]
…Woher
wissen die Elektromobilisierer, dass die Batterietechnik dem
Verbrennungsmotor überlegen ist? Elektroautos sind auf absehbare Zeit teuer
und träge; es dauert Stunden, bis der Akku wieder voll ist. Schlimmer noch:
Ihre
Öko- und Moralbilanz ist längst nicht so überlegen, wie die Elektrofreunde
behaupten,
solange fossile Stoffe zur Stromherstellung benutzt werden und Sklaven in
Afrika für die seltenen Mineralien der Batterien schuften müssen. Dabei
kennen wir die Elektroprobleme von morgen noch gar nicht.
Wer
entsorgt all die vielen Millionen ausgemusterter Autobatterien? Die Planer
täten gut daran, schon einmal einen E-Batterie-Endlager-Gipfel für das Jahr
2045 in den Kalender einzutragen.
Aber
bis dahin sind die heutigen Staats-Paternalisten längst pensioniert, können
also auch nicht mehr für die Folgen ihrer Fehlplanung politisch haftbar
gemacht und bestraft werden.
Menschen
überschätzen sich, wenn sie die Zukunft planen wollen. Das ist eine Kränkung,
die vor allem den Eliten zu schaffen macht. Dabei weiß niemand, ob der Elektroantrieb
wirklich dem Verbrenner überlegen ist und ob es nicht womöglich Alternativen
zu beidem gibt – Wasserstoff, synthetische Kraftstoffe –, die noch
überzeugender sind,
die wir aber heute noch gar nicht kennen. Dass nach aller bisheriger
Erfahrung die Zukunft zwar Ergebnis menschlichen Handelns, nicht aber
menschlichen Entwurfs ist, könnte Anlass zur Gelassenheit gegenüber den Wegen
und Umwegen der sozialen Evolution sein. Doch allein schon die Mahnung zu
solcher Bescheidung versetzt die Alarmisten in hellen Aufruhr.
S.
auch:
„Elektroautos: Sinn
oder Unsinn?“
FAZ [70]
von Holger Appel und Lukas Weber anhand des unteren Berichtes:
„Was zeigt die
CO2-Bilanz?“
von Christoph Buchal und Hans-Werner Sinn FAZ [72].
Hier
die ehrliche Meinung von VW-Vorstand Andreas Renschler über Stromausfälle
durch E-Autos, Börsenpläne für die Truck-Sparte und Drohnen als
Paketlieferanten, FAS [71].
„Elektroschock“, Neuestes
über EV und seine
Vorreiter, FAZ [69],
von Sven Astheimer
Für
die Befürworter einer staatlich geförderten Champion-Zucht kommt die
Nachricht zur Unzeit: Der Elektroautohersteller Tesla und der
japanische Panasonic-Konzern legen ihre Investitionspläne für die Produktion von Batterien
auf Eis. Grund dafür sind die niedrigen Margen, die sich angesichts des
großen Angebotes am Weltmarkt erzielen lassen. Die Anleger in Japan
reagierten erleichtert auf die Nachricht. Damit legen ausgerechnet die beiden
Pioniere auf dem Gebiet der integrierten Batterieproduktion den Rückwärtsgang
ein. Gleichzeitig verliert ein Kernargument dramatisch an Bedeutung, welches
die Unterstützer einer geförderten heimischen Batteriezellproduktion ins Feld
führen: die angeblich drohende Knappheit angesichts des erwarteten Booms von
Elektrofahrzeugen. Die Kanzlerin und ihr angezählter Wirtschaftsminister
haben die Existenz einer eigenen Produktion quasi zur Schicksalsfrage des
Technologiestandortes Deutschland erhoben und eine Milliarde Euro Steuergeld
zu deren Förderung ins Schaufenster gestellt. Was aber, wenn dem Förderprojekt
dasselbe Schicksal droht wie einst der Solarindustrie?...
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Die rein-elektrische Fahrzeuge E-Auto oder EV stellen nicht
die richtige Lösung für eine nachhaltige Mobilität nM dar, wegen der hohen Kosten, der
energieintensiven Herstellung, der Knappheit der potentiell relevanten
Materialien, des ungesichertes Recycling und der unzureichenden Reichweite.
Produktion
eines Elektroautos ist deutlich energieintensiver als die eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor FAS [5].
Den CO2-Mehrausstoß aus der Produktion inklusive Batterie fährt
das Elektroauto demnach nach gut 60000 Kilometern beziehungsweise rund 80000
Kilometern Fahrleistung ein, je nachdem, ob man es mit einem Benziner oder einem
Diesel vergleicht FAZ [61]…
Der
VW-Vorstand sollte das VW-Aufsichtsratsmitglied Weil aufklären: Vier Fünftel der
Batteriekosten verschlingt das Material, sie gehen zum kleinsten Teil nach Afrika und zum größten
nach China. Klug wäre etwas anderes FAZ [23].
Im
Kampf gegen Engpässe bei Rohstoffen für E-Auto-Batterien hat VW sich den
Nachschub an Lithium gesichert. Der chinesische Lithiumproduzent Ganfeng solle den Konzern für die nächsten zehn Jahre mit
dem begehrten Rohstoff beliefern, teilte Volkswagen in Wolfsburg mit. Eine
Absichtserklärung sei unterschrieben ZDF [62].
Der BMW Konzern hat eine ähnliche Absicherung für Kobalt, Lithium usw.
Lieferungen schon vor mehreren Monaten erreicht FAZ [67].
Die
Internationale Energieagentur (IEA) erwartet, dass das Elektroauto
auch auf längere Sicht nur
einen kleinen Beitrag zum Klimaschutz leisten wird. Die Energieexperten aus Paris prognostizieren
zwar, dass die Zahl der elektrisch betriebenen Autos auf den Straßen auf der
ganzen Welt stark steigen wird FAZ [6].
Dennoch werde durch diesen Wandel im Verkehrssektor der globale Ausstoß des
Treibhausgases CO2 bis zum Jahr 2040 voraussichtlich nur um 1 Prozent
sinken...
Die Fachleute der IEA sprechen es nicht aus, aber die
Botschaft ihrer Zahlen und Prognosen ist ziemlich eindeutig: Die große
Aufmerksamkeit, die das Elektroauto in der öffentlichen Debatte erfährt, und
sein erwarteter Beitrag zum Klimaschutz – sie passen nicht so recht zusammen FAZ [6]…
„Elektroautos
sind so sauber wie ihr Ladestrom“. Sollte sich die Energiewende in
Deutschland so fortsetzen wie von der Bundesregierung derzeit vorgesehen,
ergeben sich derweil schon für heute zugelassene Elektroautos
Einsparpotentiale in zweistelliger Prozenthöhe. Im Vergleich zu einem Diesel
würde das Referenzauto über seinen gesamten Lebensweg 16 Prozent weniger CO2
ausstoßen; gegenüber einem Benziner würde die Einsparung 24 Prozent betragen
FAZ [61]…
Weitere Referenzen: FAZ [70],
FAZ [72],
FAZ [69],
FAS [71].
Die
umfangreiche Studie im Auftrag von UBA
[16,
S.33-34] veranschaulicht:
a)
die extreme Knappheit der notwendigen Materialien für die
Energiespeichersysteme ESS
für nMnEW
Bei der Betrachtung der Ergebnisse fällt auf, dass für einige Materialien
bzw. Elemente der Anteil der ESS
an der Weltproduktion Werte von 100 % oder sogar 1000 % übersteigt (s. Tabelle 2), UBA [16
S.33], wobei H2 Stationär und H2 Mobil bezieht sich gemäß Abbildung
6-3 UBA [16
S.178] nur auf H2-Ketten auf PEM
BZ Basis. s. eine Kurzbeschreibung
der UBA-Studie.
b)
und das weitgehend ungelöste Recycling-Problem von Batterien und Akkumulatoren UBA [16,
S.205], Fazit-Ausblick S.222, §8.1.4. S. auch
„Wohin
mit den alten Akkus der Elektroautos?“ FAS [5.2]
Das
Nachahmen des chinesischen Wegs zur EV ist aus mehreren
Gründen falsch:
c)
Die Chinesen haben gar keine Hemmungen die Länder mit den
großen Vorkommen der dafür notwendigen Materialien zur Batterieherstellung
ohne Rücksicht auf Menschenrechte, Kinderarbeit und Umweltschutz auszubeuten.
d)
Umweltschutz und Recycling nehmen die Chinesen auch im eigenen
Land noch nicht sehr ernst. Man soll hier beispielsweise über die
zurückgeblieben mondähnlichen Landschaften nach der Gewinnung der seltenen
Erden nachdenken.
e)
Die Chinesen sind auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren VM den Deutschen, Europäern insgesamt,
Japanern und Koreanern weit unterlegen. Daher probieren sie verstärkt auf die
Elektro-Schiene Fuß zu fassen. Ein EV ist weniger
komplex und sein größter Wert liegt in den eingesetzten Akkus FAZ [23].
Und diese können die Chinesen aus obigen Gründen c) und d) bisher billiger
herstellen.
f)
Der Trend zum Elektromotor stelle die Uhren im Autobau auf null,
hofft China.
Wenn die Ära des Verbrennungsmotors ende, sei dies die Chance, chinesische
E-Autos an die Spitze einer Revolution zu hieven, die das Land vor einer
Dekade selbst angezettelt hat. Pekings Schlachtplan ist zu besichtigen im
dritten Stock eines Gebäudes in Anting, dem
Datenzentrum von Chinas E-Auto-Industrie. Die Wand ist ein gigantischer
Bildschirm, vieles hier erinnert an einen „War Room“…
Wer in Schanghai mit einem Verbrennungsmotor fahren will, den kostet die
Zulassung rund 15000 Euro. Ohnehin liegt die Chance auf Zuteilung eines
Nummernschilds bei nur 3 Prozent. Am wichtigsten sei den Autokäufern nicht
die Umwelt, sondern die Höhe der Subvention, berichten die Helfer auf dem
Testgelände in Anting. Für jedes der 1,2 Millionen
E-Fahrzeuge, die seit 2016 abgesetzt wurden, hat Chinas Staat im Schnitt
10000 Euro zugeschossen. FAZ [74].
g)
Der VW Konzern und Co. (viele anderen Autobauer) haben sich
entschlossen intensiv auf dem chinesischen Markt präsent zu sein. Aus diesem
Grund müssen VW und Co. sich an der von Chinas Politik vorgegebenen
Entwicklungsrichtung einreihen. Ob diese Strategie von VW und Co.
Erfolgschancen haben wird, wird sich in der Zukunft zeigen ZDF [51].
VW verlangt nun von allen anderen deutschen Autobauern ausdrücklich die
eigene Entwicklungsrichtung und die Elektroplattform zu übernehmen. VW
verlangt von der Politik höhere Subventionen für EV. VW
droht mit Austritt aus VDA, falls die anderen Autobauer und die Politik das
VW-Vorhaben nicht ausreichend unterstützen FAZ [52],
[52.2],
Widerstand von BMW, ZDF [52.3]
…Was, wenn der vom Marktführer VW als alternativlos bezeichnete Siegeszug des
Elektroautos ausbleibt, weil Kunden anderes verlangen oder neue Technik nach
vorne drängt? Ein solcher Elektroschock würde tiefe Bremsspuren hinterlassen FAZ [69].
h)
Eine sachliche Meinung von VW-Vorstand Andreas Renschler: Für die Trucks gibt es
Segmente, in denen der vollelektrische Antrieb derzeit noch nicht darstellbar
ist.
Wenn Sie einen großen Betonmischer mit Batterien betreiben wollen, muss der
so viele Tonnen davon mitführen, dass nicht mehr viel Gewicht für den Beton
übrig bleibt, da würde ich dann vorschlagen: Mischt den Beton lieber vor Ort
mit der Hand. Für
solche Einsätze ist der Elektroantrieb auf absehbare Zeit nicht
wirtschaftlich. Oder nehmen Sie die schweren Müllwagen. Die können innerhalb
der Stadt vollelektrisch fahren, unsere Kunden sagen aber: Alles schön und gut,
nur ist das Endziel für den Müll 80 Kilometer entfernt, sollen wir an der
Stadtgrenze umladen? FAS [71].
Man kann diese Aussagen zu den rein-batteriebetriebenen Loks, Schiffen und
Flugzeugen FAZ [68.2]
leicht extrapolieren!
i)
Der Preis des Elektroauto-Wunders Beispiel Norwegen, FAZ [33].
Norwegen gilt als Eldorado der Elektromobilität. Doch was lange Bewunderer fand,
droht zu verblassen – und kostet Milliarden Euro. In Norwegen befinden sich
Elektroautos weiter auf der Überholspur. 2018 betrug ihr Anteil an den neu
zugelassenen Fahrzeugen mehr als 30 Prozent, wie der dortige Straßenverband
diese Woche bekanntgab…. Allerdings täuscht der Blick auf die Neuzulassungen
über den unverändert von Benzinern und Diesel dominierten Bestand hinweg. So
kommen auf die 5,4 Millionen Norweger mittlerweile zwar annähernd 200000
Elektroautos – je Einwohner so viele wie nirgends auf der Welt. Gemessen an
den 2,7 Millionen Autos sind aber selbst das gerade einmal 6 bis 7 Prozent. Einschließlich
Hybrid-Modellen kommt man auf rund 10 Prozent. Heißt im Umkehrschluss: 9 von 10
Norweger vertrauen noch immer auf Verbrenner. In Norwegen fahren seit
kurzem auch elektrische Fähren in den Fjorden, aber selbstverständlich nur
während des Sommers. In Winterzeit werden diese wegen der Eisbildung von den
alten gewöhnlichen Fähren mit Dieselmotoren vertreten!
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6.
Der ausschließliche Einsatz von PEM BZ zur Rückverstromung des gespeicherten oder
getankten Wasserstoff H2 ist ebenfalls keine nachhaltige,
effektive, wirtschaftliche bzw. umweltgerechte Lösung der nM und der nEW aus folgenden Gründen (s. rechts):
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Bei der
Umsetzung vom reinen Wasserstoff mit Sauerstoff aus gereinigter Luft in den
Brennstoffzellen PEM BZ entsteht wiederum Wasser, das in den Kreislauf
zurückgelingt. Dieser Vorgang kann praktisch völlig schadstofffrei
gestaltet werden, wobei einen Teil der Umwandlungsenergie in Form von
Wärme freigesetzt wird. Nachteilig an (Nieder Temperatur)
NT-PEM-Brennstoffzellen im Auto ist, dass durch die niedrige Abgastemperatur
der größte Teil der ungenutzten Energie durch erheblich leistungsfähigere
Kühlsysteme als im konventionellen Auto abgeführt werden muss. Aus diesem
Grund muss auch leistungsfähigere und damit teurere Katalysatoren -
Katalysatormaterial ist überwiegend Platin - eingesetzt werden, um die Abgase
zu reinigen [30].
Bei der Verbrennung vom Wasserstoff
mit dem Luftsauerstoff im Verbrennungsmotor VM entsteht wiederum Wasser, das in den Kreislauf
zurückgelingt. Dieser Vorgang kann praktisch ebenfalls völlig schadstofffrei
gestaltet werden. In diesem Einsatzfall gibt es im Unterschied zur PEM BZ keine Reinheitsansprüche sowohl für den H2 als auch für die Luft.
Wenn noch der VM als
VCSR mit UDLS ausgeführt ist
(mehr zu 8.), kann dankt des verlängerten Expansionshubs, des variablen
Verdichtungsverhältnisses VCR
und der unbegrenzten Hochdruck-Turboaufladung einen Großteil der Abgasenergie
wieder in den Zylindern zurückgeführt werden. Durch diese Wärmerückführung
und dank des verkürzten Verdichtungshubs kann eine über 20%
Wirkungsgradsteigerung gegenüber klassischen Dieselmotoren und PEM BZ erreicht werden.
Die
Alternative die H2-Kette für nM hauptsächlich
über
PEM BZ zu bilden, ist sogar den klassischen VM unterlegen, wegen:
a)
der hohen Herstellungskosten, s. beispielsweise die Kosten für
EV - und PEM BZ - Bussen [46]
im Vergleich zu denen mit klassischen Dieselmotoren. Daher stellt sich die
Frage, warum Busse mit sauberen VM
betrieben mit H2 nicht gebaut und eingesetzt werden, wenn deren
Herstellungskosten nur 50% eines EV - Busses und nur 25% eines PEM
BZ -
Busses betragen? Der gescheiterte Versuch in Berlin [26],
[27]
sollte nicht erschrecken, weil dieser Versuch aus Motorenherstellerseite nur
halbherzig unternommen wurde.
b)
der weltweiten Knappheit der eingesetzten bedarfsrelevanten
Materialien, s. oben unter 5 a)
c)
der Gefahr einer CO-Vergiftung
der Elektroden und der PEM
Membrane (man braucht daher zum Betreiben nur reiner H2 und gereinigte Luft), des relativ niedrigen Wirkungsgrads bei hohen Lasten, der sogar niedriger als den
eines klassischen Dieselmotorantriebs liegt, Tabellen 1 bis 3, [30],
s. Leistung, Wirkungsgrad-Diagramm aus [31.1]
d)
der kurzen Lebensdauer (weit unter 10 Jahren, s. Tabelle 3-36, UBA [16,
S.124] des nicht gesicherten Recycling
der eingesetzten Materialien, s. oben unter 5 b).
e)
Aus diesen Gründen wurde die H2-Kette ergänzt
bzw. angepasst.
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7.
Der Einsatz von klassischen VM zur nM
und zur nEW ist ganz aus der Mode
gekommen und
konnte daher bisher fast nichts Positives zu nMnEW
beitragen. Rechts sind die objektiven Gründe dafür kurz zusammengefasst.
Hierunter
nochmals die kritische Meinung von Reiner Hank, FAS [3]
Woran
erkennt man, dass ein Dieselauto eine Dreckschleuder ist? Antwort: nicht am Auspuff,
sondern an den vorgeschriebenen Grenzwerten.
Verkehrsbedingte
Stickoxid-Emissionen sind in den vergangenen 25 Jahren in Deutschland um
siebzig Prozent zurückgegangen. Doch noch schneller als die Schadstoffe
sanken die maximal erlaubten Verschmutzungsmengen, weshalb der Ingenieur
säubern kann, wie und was er will: Sein Diesel bleibt immer eine
Dreckschleuder, sollte der technische Fortschritt auch noch so überwältigend
sein. Auch beim Fortschritt gilt nämlich das Gesetz des abnehmenden
Grenznutzens…
Vorbild
ist das kommunistische China von heute
Es
ist am Staat, „die Entscheidungen zu treffen, die niemand trifft, wenn der
Staat sie nicht trifft“: So hat es der Ökonom John Maynard Keynes in einer
berühmten Rede über das „Ende des Laissez-faire“ 1926 an der Berliner
Universität dekretiert. Nach Dieselskandal und Dieselgipfel hat sich ein
breiter Konsens darüber gebildet, dass Keynes zuzustimmen sei. Jetzt, wo also
offenkundig der Markt versagt habe, müsse die Politik ran… Vorbild dieses
Wirtschaftsmodells einer politischen Suprematie über die Märkte ist das
kommunistische China von heute.
Was
soll daran falsch sein? Eigentlich alles…
Ø
Siehe: nMnEW_07.pdf für eine Darstellung in Form
eines Spinnennetz-Diagramms der nM ! (<
neu eingeführt!!!)
|
Der klassische Verbrennungsmotor ist zu Recht aus folgenden
Gründen in Verruf geraten:
a)
Die Fahrzeuge mit Ottomotoren („die Benziner“) verbrauchen
viel zu viel aber stoßen weniger NOx und Partikel-Emissionen aus. Obwohl auch
bei denen muss man noch zwischen den Ottomotoren mit stöchiometrischen und
denen mit Schichtladung unterscheiden (s. [Difficulties of current ICE]).
b)
Die Fahrzeuge mit Dieselmotoren sind sparsamer als die
Ottomotoren aber stoßen hohe NOx- und Partikel-Emissionen aus, wenn keine
völlig funktionierende SCR-Abgasnachbehandlung für NOx, Abgasrückführung und
Rußpartikelfilter aufweisen. Eine intensive Abgasnachbehandlung erhöht jedoch
den Kraftstoffverbrauch und mindert die Performances des Motors und damit die
Dynamik des Fahrzeugs.
c)
Der Dieselabgasskandal wurde verursacht durch den Einsatz von Abschaltvorrichtungen der
SCR-Abgasnachbehandlung und der Abgasrückführung, wodurch die
Diesel-Fahrzeuge von VW und Co. stark erhöhte NOx Emissionen auf die Straßen
ausgestoßen haben. In den Teilen 1 und 2 der [Email
an VW vom 01.02.2016] (s. dazu auch die Papers [1],
[2]
und [3])
ist die Vorgeschichte des
Dieselskandals dem VW-Vorstand vorgestellt worden.
d)
Der interne Ermittler im Dieselskandal Jörg Kerner schon früh
von der Betrugssoftware gewusst haben soll. Demnach habe Kerner zwischen den
Jahren 2004 und 2009 die Software- und Funktionsentwicklung für die
Motorenelektronik bei Audi geleitet und in diesem Zuge Kenntnis von der
Betrugssoftware erlangt. In dem Bericht wird eine E-Mail zitiert, von der
Kerner Kenntnis gehabt haben soll. Darin habe gestanden, dass VW plane, die
so genannte „Akustikfunktion“ zu nutzen, die
erkennt, wann ein Auto auf dem Prüfstand steht. „Audi will die Funktion
deaktivieren und verstecken (aber drinnen lassen, um ggf. aktivieren zu
können)“, habe es in dem Schreiben weiter geheißen FAZ [1].
e)
Der Kraftstoffverbrauch von Neuwagen in Europa liegt im
Durchschnitt 42 Prozent höher als
von den Herstellern angegeben. Dies ist das Ergebnis einer Studie des
International Council on Clean Transportation (ICCT). Der höhere Verbrauch
bedeutet Mehrkosten für Autofahrer und eine stärkere Belastung der Umwelt.
Die Kluft zwischen offiziellem und tatsächlichem Verbrauch sei dabei so groß
wie noch nie, so ICCT-Geschäftsführer Peter Mock. Vor zehn Jahren habe der
Wert noch bei 15 Prozent gelegen ZDF [7],
HAZ [7].
f)
Auch die Hybridfahrzeuge der Deutscher und Europäer
Autohersteller auf klassischen VM-Basis
weisen deutlich höhere Kraftstoffverbräuche beispielsweise als die
Hybridfahrzeuge von Toyota. Das Beispiel des Hybrid-Fahrzeugs von BMW, 225 XE
stellt einen unzureichend entwickelten Plug-in-Hybrid vor, s. FAZ [50].
Würde man beispielsweise zum Vergleich einen Prius Modell ab II bis IV
(letzterer auch Plug-in) von Toyota als Referenz nehmen, dann ist der
Unterschied im Kraftstoffverbrauch extrem hoch. Der Toyota-Prius verbraucht
etwa nur halb so viel wie das BMW 225 XE im Praxistest.
g)
Der konventionelle Hubkolbenmotor ist eine sehr ausgereifte
Verbrennungskraftmaschine. Über mehr als ein Jahrhundert hinweg wurde er
weiterentwickelt und auf diese Weise vor allem auch im Wirkungsgrad stark
verbessert. Je weiter die Entwicklung fortschreitet, desto geringer werden
die erreichbaren Steigerungen im Wirkungsgrad, da man sich den Grenzen der
theoretischen (idealen) Prozessführung nähert. An heutigen Motoren
konventioneller Bauart sind im Bestpunkt keine deutlichen Verbesserungen des
Wirkungsgrades zu erwarten. Um einen Motor mit einem deutlichen höheren
Wirkungsgrad zu bauen, muss also die die eigentliche Prozessführung neu
überdacht werden. Diese Tatsache ist zwar erkannt, aber in der Praxis jedoch
bisher noch nicht eingesetzt worden. Beispielsweise: [TU
Graz & BMW] beschäftigen sich in ihrem Bericht mit einem
Hubkolbenmotor mit verlängerter Expansion. Die verlängerte Expansion
verspricht eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades im Vergleich zum
konventionellen Hubkolbenmotor. Den Input zu diesem Bericht aus 2014 hat der Verfasser dem BMW
Konzern ein Jahr zuvor (d.h. im 2013) gegeben, als er dem Konzern seine
Erfindung des
VM mit VCSR Kurbeltrieb und
mit UDLS vorgestellt hat,
s. SAE [2015]
und [DE Patent],
[EU Patent].
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8.
Auch der Einsatz von klassischen VM zur Rückverstromung des gespeicherten oder getankten Wasserstoff H2
konnte
zur nM und zur nEW bisher nicht besonders viel
beitragen.
Die
Gründe dafür liegen in der fehlenden Anpassung der VM am Betrieb mit Wasserstoff und am Beharren auf
denen klassischen Prozessführung und Bauart.
Obwohl
am Einsatz von H2 in VM
intensiv geforscht wurde, sind bisher nur wenige konkrete Anwendungen
bekannt.
Beispielsweise
schon im 1997 wurde bei WTZ
Roßlau den Einsatz vom H2 an Großdieselmotoren erfolgreich
untersucht und getestet.
Volkswirt Professor Hans-Werner Sinn trägt am [Münchner Seminar 2017] folgendes
vor: Macht die Energiewende in Deutschland Sinn? Nein, sie kann auch nicht
funktionieren. Sie "kostet nur fürchterlich viel Geld, reduziert den
Lebensstandard und verschandelt die Landschaft".
„Sobald in der Forschung etwas unter ideologischen
Gesichtspunkten geschieht, werde ich nervös“, meinte der Volkswirt Professor
Hans-Werner Sinn und bezog sich dabei auf die Energiewende und die momentan
ideologisierte Debatte um die grüne Energie (Ergänzung des Verfassers):
und EV, PEM BZ zur Rückverstromung von H2, ESS auf Batteriebasis für den überschüssigen Strom und das Aus der VM.
„Wie
viel Zappelstrom verträgt das Netz? Bemerkungen zur deutschen Energiewende“
hieß sein Vortrag. Dabei rechnete er nach, wie die stark schwankende
Energieerzeugung der Sonnen- und Windenergie sich mit unserem Stromnetz
verträgt, ob eine Entwicklung in diesem Bereich sinnvoll und technisch
möglich ist und wie viel eine Energiewende die Verbraucher kosten wird. Dabei
benennt der Professor viele Probleme, die in der öffentlichen Diskussion
nicht auftauchen… s. auch FAZ [70].
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Der Einsatz von Wasserstoff H2 in VM wurde bisher nicht entsprechend den aktuellen
Entwicklungsmöglichkeiten bzw. angepasst durchgeführt
Ein Überblick über die Vorteile und Nachteile des klassischen
Betriebs von VM mit Wasserstoff H2
findet man beispielsweise unter Hydrogeit [48], Ford [63], Keyou [15].
a)
Beim Betrieb der VM
mit Wasserstoff H2 wird im Unterschied zu allen anderen
Kraftstoffen kein CO2 erzeugt. Es entsteht harmlosen Wasserdampf
und fallen lediglich noch Stickoxidemissionen NOx an.
b)
Je höher die Verbrennungstemperatur und die
Sauerstoffkonzentration in den Zylinder vorliegen desto höhere
Konzentrationen von NOx (Rohemissionen) entstehen. Weil die
Stickstoffkonzentration N2 in der Luft unveränderlich ist,
verbleiben als effektive Maßnahmen zur Minderung der NOx Rohemissionen nur
die Absenkung der Sauerstoffkonzentration und / oder der
Verbrennungstemperatur, mehr unter Energie-Lexikon [1], UBA [2],
ATK [1]
S. 2-3.
c)
Die Kunst daran ist den Konflikt zwischen hoher
Leistungsdichte und der Handhabung der NOx-Rohemissionen entsprechend zu
lösen. Man unterscheidet hier zwischen der ausschließenden Vermeidung ohne
Abgasnachbehandlung und der vorwiegenden Vermeidung gepaart mit vollständigen
effektiven Abbau von Stickoxidemissionen NOx durch Abgasnachbehandlung mit
einem H2-SCR-Katalysator, s. Keyou [15], KIT Diss.
J.P.Scott [64].
d)
Der klassische Lösungsweg im unteren Teillastbereich
zielte auf die vorwiegende Vermeidung der NOx-Rohemissionen durch eine starke
Abmagerung des H2-Luft-Gemisches zu l-Werten um 3,0 und
im oberen Lastbereich zur Volllast hin wird der VM mit absinkenden l-Werten zum
stöchiometrischen Verhältnis l = 1 betrieben um eine hohe Leistungsdichte zu erreichen.
e)
Der VM wird im
ganzen Lastbereich betrieben, demzufolge kann man auf den H2-SCR
Katalysator bzw. auf den klassischen 3-Wege-Kat im stöchiometrischen Betrieb nicht
verzichten. Aus diesem Grund ist es zwecklos zu sehr nur auf die
Vermeidung der NOx-Rohemissionen im unteren Lastbereich zu setzen, um nur
dort ohne H2-SCR Katalysator auskommen zu können (das ist
vergleichbar mit dem aufwändigen und sinnloses Einsatzversuch von HCCI
an Dieselmotoren nur für den unteren Teillastbereich bzw. für den
Stadtverkehr einzuführen [65.1],
[65.2]).
f)
Die neuesten Untersuchungen zeigen den richtigen Weg zum H2-Betrieb
von VM:
Ø
Innere Gemischbildung GasDI: Der verdichtete H2 aus dem
Tank wird demnach direkt in den Zylinder nach dem Schließen der
Einlassventile eingeblasen [63], [66]
usw.,
um die Nachteile der äußeren Gemischbildung s. N-1.x, N-2 und N-4 aus [48] auszuschließen.
S. auch Wikipedia.
Ø
Eine gesteuerte mehrfache direkte H2-Einblasung
bekannt als Verbrennungssteuerung, s. [66],
S.173, Abbildung 6-20, reduziert den Spitzendruck um 30%, den Druckanstieg um
70% und die NOx-Rohemissionen um mehr als 90%!
Ø
Die Zündung kann entweder als Funkzündung wie bei Ottomotoren
oder stabiler und flexibler als Glühzündung s. [WTZ
Roßlau] erfolgen.
Die Selbstzündung wie bei Dieselmotoren ist ebenfalls möglich s. [66],
S.175
und [D3],
S.62 aber
aus verschiedenen Gründen nicht betriebstauglich.
Ø
Wenn der VM mit
einem asymmetrischen Kurbeltrieb VCSR ausgestattet ist, der
einem verlängerten
Expansionshub und
das
Variieren des Verdichtungsverhältnisses VCR
anbietet, dann werden echte
Implementierungen von Atkinson-Zyklen an und die originelle Laststeuerung Ultra Downsizing UDLS ermöglicht, s. [PDF]
oder [VIDEO].
Ø
Damit weist der VM
mit einem asymmetrischen Kurbeltrieb VCSR und UDLS einen um mehr als 20%
höheren Wirkungsgrad gegenüber einen klassischen VM s. [PDF]
oder [VIDEO],
SAE [2015].
Ø
Zusätzlich, der VM
mit dem VCSR
Kurbeltrieb und UDLS
kann dank VCR mit verschiedenen
Kraftstoffen (d.h. als Mehrkraftstoffmotor) beispielsweise
mit H2, Erdgas, Biogas, CNG in reiner Form oder in beliebigen
Mischverhältnissen betrieben werden. Auch Kombinationen von H2 mit
Benzin oder Diesel sind möglich, falls die entsprechenden Hardwares zur
dualen Kraftstoffzufuhr am Motor vorliegen. In diesem Anwendungsfall (d.h.
als Mehrkraftstoffmotor) ist der Einsatz
eines H2-SCR Katalysator zwecklos, falls der Motor nur mit Benzin,
Erdgas, Biogas, CNG
betrieben wird. Dafür sollen eine UDLS mit überwiegender stöchiometrischer (d.h.
l = 1)
Gemischbildung und einen 3-Wege-Kat, der geeignet auch für den reinen H2
Betrieb ist, eingesetzt werden.
Ø
Aufbau-Vergleich zwischen den klassischen VM (links) und den VCSR VM mit mehreren anderen Details und Videos sind
in Anlagen
zu 8. vorgestellt.
g)
Die großen deutschen Automobilhersteller interessieren sich
unterschiedlich stark für VCSR VM und das UBA
fühlt sich nicht in der Lage, die bisher nur theoretisch durchgeführten
Untersuchungen zu bewerten. UBA
empfehlt daher einen Prototypen herzustellen und diesen von TÜV oder DEKRA
testen lassen s. [Antwort_UBA].
Eine so große Aufgabe ohne eine Förderung trauen sich nicht mal die
Zulieferer der Autoindustrie ohne einen Automobilhersteller dabei zu haben s.
[Bewertung_VCSR]
für ausführliche Details.
|
9.
Kurze Vorstellung des Lösungswegs zur nMnEW durch
den Einsatz vom H2 zur Langzeit-Speicherung der überschüssigen
elektrischen Energie in der nEW
und als alternativer Kraftstoff in den nM vorzüglich anhand der neuartigen VCSR VM mit UDLS Laststeuerung.
|
Folgenden Maßnahmen sollten umgesetzt werden, um eine nMnEW
in wenigen Jahren kostengünstig und umweltgerecht zu verwirklichen und somit
die gesteckten Klimaziele vor 2030 zu erreichen.
1.
Der überschüssige Strom aus den nachhaltigen Energiequellen
soll großskalig zur H2-Erzeugung durch Elektrolyse oder andere
Verfahren s. [36], Figur 1
umgesetzt werden. Querschläger vom BMWi dürfen
dabei nicht geben, wie im [April
2019] möglicherweise „unabsichtlich“ geschah, sondern die Power-to-X bzw. PtX Anlagen sollen
von zusätzlichen steuerlichen Belastungen befreit und sogar noch
subventioniert werden (s. eine Bestandsaufnahme 2018 der vorhandenen Anlagen
in Figur 4.3, S.46 von [38])!
2.
Die Erzeugung und Speicherung vom H2 soll
dezentralisiert landesweit zusätzlich zu den vorhandenen Anlagen aus Figur
4.2, S.45 von [ |