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Well-to-Wheel Betrachtung des Ottomotors

Erstellt am: 04.11.2010 | Stand des Wissens: 08.03.2023
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Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Sinkende Emissionsgrenzwerte [EUC18] bedingen Bestrebungen den spezifischen Energieverbrauch und die ausgestoßenen Treibhausgase von Fahrzeugen mit Ottomotoren zu reduzieren. Im Tank-to-Wheel (TtW) System kann dies durch eine Vielzahl an technischen Maßnahmen erfolgen. Auf Seiten des Motors bieten beispielsweise die Benzindirekteinspritzung, Downsizing (Verkleinerung) oder der Abgasturbolader Potenzial zur Senkung des spezifischen Treibstoffverbrauchs [Grue06, S. 42ff.]. Weiterhin sind am Gesamtfahrzeug auch Maßnahmen wie die Einführung von Euro-Normen, Gewichts- und Widerstandsreduktionen oder die Start-Stopp-Automatik für die Emissionsvermeidung förderlich [Grue06, S. 124ff.].

Die Treibhausgasemissionen werden aber auch durch die Wahl des eingesetzten Treibstoffes maßgeblich beeinflusst. Konventionelle Ottomotoren können nach geringfügigen Änderungen neben Benzin auch mit Erdgas, Biogas, Wasserstoff oder Ethanol betrieben werden [Grue06, S. 42ff.]. Die direkten Treibhausgasemissionen der verschiedenen Treibstoffarten unterscheiden sich deutlich: Gegenüber Benzin mit einem Treibhausgasemissionsfaktor von 172 Gramm Kohlenstoffdioxid (CO2) Äquivalent pro Kilometer und damit dem höchsten Emissionsfaktor, hat Erdgas circa 34 Prozent geringere Emissionen mit einem Faktor von 115 Gramm CO2-Äquivalent pro Kilometer. Die Emissionswerte für Brennstoffzellenfahrzeuge variieren in Abhängigkeit vom Ursprung des Wasserstoffs. Wird der Wasserstoff über Elektrolyse auf Basis von erneuerbarem Strom erzeugt, können die Emissionswerte maßgeblich gesenkt werden. Hierfür ist der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energiequellen zentral [RoBr20].
Im Jahr 2009 wurden mit der Einführung der "EU-regulations for fuel ethanol" neue Standards für Ethanol in Diesel- und Benzintreibstoffen verabschiedet [EU07]. Dieser neue Standard erlaubt einen Anteil von 5 Prozent (E5) beziehungsweise 10 Prozent (E10) Ethanol in fossilen Treibstoffen. Die Treibhausgasemissionen für Benzintreibstoffe verringerten sich demnach auf 2,80 Kilogramm CO2-Äquivalent pro Liter für E5 und 2,72 Kilogramm CO2-Äquivalent pro Liter für E10 [BMVI13e].

Wie im Falle der Wasserstoffgewinnung bereits aufgezeigt, hängt die Klimarelevanz in erster Linie von der Gewinnung und Aufbereitung des Treibstoffs und weniger von den Verbrauchseinsparpotenzialen auf Seiten des Antriebes ab [Grue06, S. 43]. Das TtW Verbrauchseffizienzpotenzial für Ottomotoren mit fossilen Brennstoffen ist limitiert.
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Antriebstechnologien im Straßenverkehr (Stand des Wissens: 26.06.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?298940
Literatur
[BMVI13e] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) (Hrsg.) Berechnung des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen des ÖPNV, 2013
[EU07] European Comission Stricter fuel standards to combat climate change and reduce air pollution, 2007/01/31
[EUC18] Reducing CO2 emissions from passenger cars, 2018
[Grue06] Grünwald, Reinhard Perspektiven eines CO2- und emissionsarmen Verkehrs- Kraftstoffe und Antriebe im Überblick, 2006
[RoBr20] Roeb, Martin, Brendelberger, Stefan , Rosenstiel, Andreas , Agrafiotis, Christos , Monnerie, Nathalie , Budama, Vishnu , Jacobs, Nadine Wasserstoff als ein Fundament der Energiewende - Teil 1: Technologien und Perspektiven für eine nachhaltige und ökonomische Wasserstoffversorgung, 2020/09
Glossar
Treibhausgase Diese in der Atmosphäre sich befindlichen Gase verhindern, dass langwellige Infrarotstrahlung auf direktem Weg von der Erdoberfläche ins Weltall gelangt. Sie verhalten sich wie Glasscheiben eines Treibhauses und heizen die Atmosphäre auf. Natürliche Treibhausgase:
  • Wasserdampf
  • Kohlendioxid
  • Ozon
  • Methan
  • Stickoxid
Vom Menschen gemachte Treibhausgase:
  • FKW
  • HFKW
  • FCKW
  • SF6
Start-Stopp-Technik Die Start-Stopp-Technik ist eine Funktion von durch Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeugen, die das Ab- und wieder Anschaltung des Motors automatisch regelt. In Phasen des Fahrzeugstillstands oder eines verminderten Antriebsbedarfs wird damit der Motor ausgeschaltet. Im Falle von Mehrmotoren-Fahrzeugen können während der Fahrt die temporär überflüssigen Motoren deaktiviert werden, um den Energiebedarf und die Emissionen zu reduzieren.
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
TtW Tank-to-Wheel; Teilsystem der Well-to-Wheel Analyse, die die Treibhausgasemissionen des Fahrzeugbetriebs erfasst.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?332864

Gedruckt am Sonntag, 23. Juni 2024 23:00:52