Aus Ressourcensicht bringt Leichtbau bei Elektroautos nichts

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Manuel Schweizer, Studierender der Technischen Hochschule Ingolstadt (THI) im Masterstudiengang Applied Research in Engineering Sciences, ist im Rahmen seines Forschungsprojektes zur Erkenntnis gelangt, dass Emissionen in der E-Mobilität sich nicht nur durch den richtigen Strommix verringern lassen. Laut Schweizer sei es auch möglich dies durch eine geeignete Verwendung von Werkstoffen zum Positiven zu beeinflussen.

Dabei hat er allerdings auch erkennen müssen, dass im Gegensatz zu Verbrennern Leichtbau bei Elektrofahrzeugen hinsichtlich der Gesamtenergie und Gesamtemissionen keinen Vorteil gegenüber Stahl mit sich bringt. Schweizer vergleicht in seiner Arbeit die Auswirkungen von Leichtbaumaßnahmen bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Elektrofahrzeugen im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Emissionen. Sein Ziel war es hierbei, den optimalen Materialmix für beide Fahrzeugarten zu ermitteln. Hierzu modellierte der Studierende der THI zunächst je ein Fahrzeug beider Antriebsarten für die unter Mittelklasse sowie die Oberklasse.

Im Anschluss daran führte er Berechnungen durch, bei denen er Herstellungsenergie und Emissionen verschiedener Werkstoffe, unter anderem Aluminium und Stahl, einbezog. Dies führte zu dem Ergebnis, dass die Leichtbauvariante über den gesamten Lebenszyklus sowohl mehr Energie benötigt als auch mehr Emissionen ausstößt wie Stahlbauweisen der gleichen Fahrzeugklasse. Ein negativer Einfluss des zusätzlichen Gewichts tritt dabei nicht in dem Maße auf, wie es bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor der Fall ist, da der Elektromotor neben seinem höheren Wirkungsgrad auch die Möglichkeit der Energierückgewinnung beim Bremsen besitzt.

Als Ergebnis seiner Arbeit konnte Schweizer festhalten, dass sich durch eine ressourceneffiziente Werkstoffwahl bei einem Fahrzeug der unteren Mittelklasse neun bis 13 Prozent der Emissionen einsparen lassen, die bei der Batterieherstellung anfallen, bei einem Fahrzeug der oberen Mittelklasse 19 bis 24 Prozent. Würde man diese Energie- und Emissionseinsparungen anderweitig verwenden, könnte man beispielsweise mehr Batteriekapazität herstellen, um somit die Reichweite des E-Autos zu erhöhen.

Quelle: Technische Hochschule Ingolstadt – THI Studie untersucht den optimalen Materialmix für Elektrofahrzeuge – mit überraschendem Ergebnis

Über den Autor

Sebastian hat Elektroauto-News.net im Juni 2016 übernommen und veröffentlicht seitdem interessante Nachrichten und Hintergrundberichte rund um die Elektromobilität. Vor allem stehen hierbei batterieelektrische PKW im Fokus, aber auch andere Alternative Antriebe werden betrachtet.

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Ein schwieriges Thema. Stahl und Aluminium lassen sich bestens wiederverwerten, bei Kunststoffen oder exotischen Materialmischungen wird es schwieriger. Es sollte wohl ein gesundes Mittelmaß gefunden werden, und das Recycling schon bei der Planung bedacht werden.

Na, vielleicht wird der Studierende im Rahmen seiner Ausbildung noch lernen, das der cw-Wert eine um Grössenordnungen grössere Rolle beim Verbrauch spielt. Und natürlich, das moderne E-Autos Rekuperation besitzen.

Lesen Sie doch den Text mal richtig: „Ein negativer Einfluss des zusätzlichen Gewichts tritt dabei nicht in dem Maße auf, wie es bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor der Fall ist, da der Elektromotor neben seinem höheren Wirkungsgrad auch die Möglichkeit der Energierückgewinnung beim Bremsen besitzt.“ Also weiß der Studierende sicherlich um die Rolle des cw-Wertes und um die geringere Bedeutung des Gewichts wegen Rekuperation. Trotzdem wollte er halt feststellen, ob Leichtbau Sinn macht. Ist doch eine sinnvolle Arbeit für einen Studie, oder etwa nicht? Außerdem sollten Sie davon ausgehen, dass die Studies nicht gänzlich ahnunglos an solche Themen gehen. Warum schreiben Sie immer so oft anlasslos negativ?

Wieviel Kommentare von mir haben Sie denn gelesen, um feststellen zu können, ich schriebe „immer so anlasslos negativ“?

In diesem Fall allerdings haben Sie recht, den Absatz habe ich scheinbar überlesen.

Dafür muss ich mich entschuldigen.

Da steht nämlich auch:
„Im Anschluss daran führte er Berechnungen durch, bei denen er Herstellungsenergie und Emissionen verschiedener Werkstoffe, unter anderem Aluminium und Stahl, einbezog. Dies führte zu dem Ergebnis, dass die Leichtbauvariante über den gesamten Lebenszyklus sowohl mehr Energie benötigt als auch mehr Emissionen ausstößt wie Stahlbauweisen der gleichen Fahrzeugklasse.“

Ich hoffe, es klingt in Ihren Ohren nicht zu negativ, wenn ich trotzdem bemerke, das es da seit über sieben Jahren ein Serienfahrzeug auf der Strasse gibt, bei dem man einfach nur messen muss, statt Abschätzungen zu treffen und die dann zu berechnen: den i3 von BMW mit seiner Karbonkarosserie.
Ich frage mich eben, warum es dafür dann immer wieder Studien geben muss.

Ich muss mich auch entschuldigen, denn ich wollte „immer“ streichen und durch „oft“ ersetzen. Das „oft“ habe ich zu später Stunde zwar dazugesetzt, aber das „immer“ vergessen zu löschen. Gelesen habe ich schon viel von Ihnen. Denn ich lese immer alle Kommentare.
Mich nervt bei vielen Kommentatoren, dass diese kein Interesse an neuen Erkenntnissen haben und alles permanent überlesen, was nicht in deren Konzept passt. Der Sinn sollte aber sein, durch Diskussionen zu neuen Erkenntnissen oder zu besseren Argumentationsketten zu kommen. Viele wollen aber einfach nur mehr oder weniger „auf den Putz hauen“. Deshalb auch kein Mut sich mit echtem Klarnamen zu outen.

Bei 800 kg Batterie ist es nicht sehr interessant, mit irgendwelchen teuren Leichtbau-Klimmzügen ein paar Kilogramm einzusparen.
Die mit Abstand wirkungsvollste Einsparung ist eine kleinere Batterie von z.B. etwa 250 kg (Einsparung ca. 550 kg) zu verwenden und für weite Strecken eine andere Art der Mobilität zu wählen. Wenn das gleiche Fahrzeug zwingend auch Langstrecken bewältigen können muss, wird in 2-3 Jahren ein zusätzlicher Wasserstoff-Range-Extender mit ca. 150 kg Gewicht die beste Lösung sein (Einsparung noch 400 kg). Das ist eine einfache Rechnung.

Ein Tesla Model 3 Performance wiegt etwa 50kg mehr als ein Audi S4. Dieser verrückte Gewichtsunterschied ist natürlich untragbar.

Mit 100% geladener Batterie kommt dieser Wagen bei gemässigten 130km/h etwa 350km weit. Danach hat er innerhalb von 25-30 Minuten Strom für weitere 250 km aufgeladen. Wenn die neuen Tesla Ladesäulen mit 250kw statt 150kW maximaler Ladeleistung überall istalliert sind wird das natürlich schneller gehen.

Mit einem hohen mentalen Krafteinsatz kann man die Realität zur Seite wischen. Dann lässt es sich vorzüglich über Probleme fabulieren, die nicht vorhanden sind.

So wie ich den Artikel verstanden habe, geht es nicht um den Audi S4 sondern um Gewichtseinsparungen bei E-Autos. Und da wäre eine Frage dazu, wie viel die Batterie eines Tesla Model 3 Performance wiegt und ob man das so sein muss.

Ja, das muss so sein, da die USA viel größer und deren ÖPV nicht so gut ausgebaut ist.
Dieses Auto wurde ja auch dort entwickelt und der Anspruch an Unabhängigkeit und maximaler Reichweite ist weit größer als auf unserem Kontinent.
Nein, es geht nicht um den S4, dennoch macht die Nennung seitens Silverbeard sinn, da es ein nahezu gleichwertig motorisierter PKW ist, der auf eine herkömmliche ICE setzt und trotzdem lediglich einen Gewichtsvorteil von annähernd irrelevante 50 Kilogramm ggü des Model-3-Pendants hat. Eigentlich fast unmöglich, wenn man deine 800kg-Akkugewichtsvergleichsrechnung zur Grundlage nimmt.

@Markus Müller
Nein, Ihre Überlegung war, die Batterie zu verkleinern und dafür dann dicke 600 bar Wasserstofftanks und teure und wartungsintensive Brennstoffzellentechnologie zusätzlich einzubauen.
Der Wagen ist jetzt schon deutlich besser für die Umwelt als ein Verbrenner und hat bessere Fahrwerte. Warum muss er dann Ihrer Meinung nach auch noch deutlich leichter sein?

Hier mal ein Schnittmodell des Hyundai Nexo. Das ist der modernste Brennstoffzellen PKW, da wird sich in 2-3 Jahren nichts ändern:
https://www.youtube.com/watch?v=eKB4HSplWrw&feature=youtu.be&t=144

Der Wagen hat einen WLTP von 400km. Beachten Sie die schlanken Tanks und die niedliche Brennstoffzelle mit den nötigen Nebenaggregaten.
Mit seinen schlanken 1.800kg tänzelt er um die Kurven, während das ultraschwere Model3 mit seinen 1.670kg da natürlich viel mehr Mühe hat…

Ich habe gerade dass hier gelesen: Daimler steigt aus der Wasserstofftechnologie bei PKWs aus

https://teslamag.de/news/daimler-tesla-kurs-wasserstoff-elektroauto-glc-wird-eingestellt-28113

Ich bin aber fest überzeugt, dass BMW sich mit der Hand am Haarschopf (Brennstoffzelle) selbst aus dem Treibsand zieht.

Wenn man schon den Fahrakku mit Li-Ionenbatterien ausstattet, dann könnte man auch den Niedervoltakku aus Li-Ionenbatterien aufbauen.
Denn der kleine Bleiakku ist schwer. Eine Umstellung auf 800V Technik würde auch etwas Gewicht sparen.
Ein Verwendung von weniger Steuergeräten wie bei Tesla oder VW MEB spart auch etwas Gewicht.

Ein Wasserstoffauto braucht wesentlich mehr Strom als ein Elektroauto. Denn die Reinwasser-Erzeugung, H2-Elektrolyse und Rückwandelung in Strom durch die Brennstoffzelle braucht wesentlich mehr Energie. Wenn man in Zukunft Batterien mit weniger Energieaufwand herstellen könnte, wäre es denkbar zusätzlich zu den Zellen der Skateboard-Architektur weitere Zellen unter den Sitzen zu verbauen.

Leichtbau könnte zu mehr Reichweite führen, tut es aber nicht. Dashalb solche Studien vergessen und sich besser Wesentlicherem zuwenden.
Akku-Verbesserungen , Wiederaufbereitung, Entsorgung, Garantieleistung nach 6 Jahren, umweltfreundlichere „Inoreihen„ verwenden.

Mmh, also das Leichtelektrofahrzeug TWIKE verbraucht nur 4 – 7 kWh/100km

Es bleibt dabei, die Schlüsselrolle bei E-Autos spielt die Batterie, ihre Energiedichte (Wh/kg) und ihr kWh-Preis.
Die Entwicklung von Feststoffbatterien mit deutlich höherer als der derzeitigen Energiedichte ist offensichtlich auf gutem Weg, sodass eine Batterie für eine Reichweite von 1000 km (als Kompensation gegenüber dem wesentlich geringeren Tankaufwand von Autos mit Verbrennungsmotoren) und den damit verbundenen Kosten zu einem E-Autopreis führen müsste, der dann von Kunden als eine wettbewerbsfähige Alternative zu Autos mit Verbrennungsmotoren betrachtet und akzeptiert wird.

Ich finde das auch eine recht interessante Studienaufgabe, die auch ich gerne an der FH in Winterthur ( Schweiz ) gemacht hätte, falls sie dann ausgeschrieben worden wäre. Habe mich stattdessen mit Adaptiven Regelverfahren und Simulationsmodellen für Min-Energiehäuser zusammen mit Archikten auseinandergesetzt.

Wenn es Ansätze gibt, sodass Technologieprodukte besonders im Energiesektor optimiert werden können, dann finde ich, sollte solche Erkenntnisse ebenfalls in die Industrie miteinfliessen. Oft werden solche Arbeiten auch direkt mit der Industrie durchgeführt. Anlässlich der WAVE Trophy durch Deutschland, Österreich und der Schweiz besuchte ich immer wieder Firmen, z.B. Phoenix Contact, die uwij GmbH (DE) oder Kreisel (A), die an technologisch interessanten Produkten arbeiten.

Das TWYKE steht natürlich ausser Konkurenz zu den anderen Fahrzeugen mit altenativen Antrieben. Hut ab vor den TWYKEies, das sind quasi wirklich so eine Art Vorpioniere der Elektromobilität 🙂

Hoffentlich braucht ein Twike nur 7 KWh! Der ist auch von der Grösse her nicht mit normalen Autos vergleichbar welche auch mit 12 – 14 KWh / 100 KM gefahren werden . Hätte der einen Dieselmotor drin, ginge es mit 2 Litern. Auch wenn der 50Kg schwerer wäre ändert sich gar nichts.
Mit dieser viel kleineren Karosserie die schon fast in die geschlossene Motorradkategorie hinein gehört (BMW), resultieren die geringen Verbräuche durch den geringen CW Wert. Es gibt eine untere Schwelle mit dem Leichtbau , wo ganz einfach die Sicherheit halt sagt. Dann redet Preis-Leistung mit, dies hat BMW mit dem I 3 erlebt. Twike ein lustiges Gefährt, hat aber keinen Markt bekommen. Mir wäre der zu gefährlich.

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