Technische, ökonomische und ökologische Analyse alternativer Antriebstechniken
Case Study: Das druckluftbetriebene Fahrzeug Aircar von MDI
- Art: Dissertation / Doktorarbeit
- Autor: Alexander Huber
- Abgabedatum: November 2004
- Umfang: 264 Seiten
- Dateigröße: 8,6 MB
- Note: 2,0
- Institution / Hochschule: Wirtschaftsuniversität Wien Österreich
- ISBN (eBook): 978-3-8324-8442-2
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-8442-2 P - ISBN (CD) :978-3-8324-8442-2 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Huber, Alexander November 2004: Technische, ökonomische und ökologische Analyse alternativer Antriebstechniken, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Druckluftauto, Technikbewertung, Ökologie, Druckluftfahrzeug, Preßluftauto
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Dissertation / Doktorarbeit von Alexander Huber
Problemstellung:
Moteur Developpement International (MDI), eine Holding mit Sitz in Luxemburg und Forschungseinrichtungen in Frankreich, entwickelt nach eigenen Angaben derzeit ein Fahrzeug, das nur mit Druckluft angetrieben wird. Laut Angaben von MDI soll dieses druckluftbetriebene Fahrzeug, das MDI Aircar nennt, aus ökonomischer und ökologischer Sicht herkömmlichen benzinbetriebenen Fahrzeugen überlegen sein.
Im Zentrum dieser Arbeit steht die kritische Überprüfung der Aussagen von MDI zum Aircar mit dem Ziel darzustellen, ob ein druckluftbetriebenes Fahrzeug tatsächlich über ökonomische und ökologische Vorteile verfügt. Zur Annäherung an die Thematik des Druckluftantriebes wird auf die Spezifika von Druckluft für Antriebszwecke eingegangen und die Geschichte des Druckluftantriebes beleuchtet. Die Patente von MDI werden kritisch analysiert und der Energiegehalt der mitgeführten Druckluft, die notwendige Antriebsenergie und die resultierende mögliche Reichweite des Aircar dargestellt. Aufbauend auf dieser technischen Analyse folgt die ökonomische und ökologische Analyse und Bewertung. In einem ökonomischen bzw. ökologischen Vergleich wird der Aircar einem herkömmlichen Benzinfahrzeug gegenübergestellt, wobei die unterschiedliche Antriebsenergiebereitstellung im Mittelpunkt der Betrachtungen steht.
Abstract:
Moteur Developpement International (MDI), a holding based in Luxemburg with research facilities in France, is developing a vehicle that runs solely on pressurised air. MDI claims that this vehicle, which is called Aircar, has economic and ecological advantages when compared to ordinary fuel-driven cars.
This work critically assesses the statements of MDI regarding its Aircar with the aim to clarify whether a car driven solely by pressurised air really has economic and ecological advantages. To approach the issue of pressurised air propulsion, the specifics of pressurised air for propulsion purposes and the history of pressurised air propulsion are dealt with. The patents of MDI are critically examined and the energy content of pressurised air, the necessary energy for moving the car and the resulting range of the Aircar are described. Based on this technical assessment, the economic and ecological impact of the Aircar is dealt with. In this economic and ecological assessment the Aircar is contrasted with an ordinary fuel-driven car, thereby the impact of the way of supplying the necessary energy for moving the cars are in the centre of attention.
Inhaltsverzeichnis:
| VORWORT | 1 | |
| 1. | BEGRIFFE, METHODIK UND VORGEHENSWEISE | 3 |
| 1.1 | Grundlegendes zur Technikbewertung | 3 |
| 1.11 | Innovation und Technikbewertung | 3 |
| 1.12 | Der Technikbegriff | 4 |
| 1.13 | Technikbewertung | 7 |
| 1.14 | Ablaufschemata und Instrumente der Technikbewertung | 12 |
| 1.2 | Ziel und Umfang der Arbeit | 20 |
| 1.3 | Diskussion der Methoden, Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit | 21 |
| 2. | GRUNDLAGENWISSEN ZU DRUCKLUFT ALS ENERGIESPEICHER | 25 |
| 2.1 | Basiswissen zur Luft und zum Luftdruck | 25 |
| 2.2 | Gastheorie und thermodynamische Gesetze | 26 |
| 2.3 | Druckluft als Energiespeicher | 29 |
| 2.4 | Thermodynamische Zustandsänderungen der Luft | 32 |
| 3. | GESCHICHTE DES DRUCKLUFTANTRIEBES | 35 |
| 3.1 | Anfänge der Nutzung von Druckluft für Antriebszwecke | 35 |
| 3.2 | Atmosphärische Eisenbahnen bis Aeromovel | 40 |
| 3.3 | Druckluftlokomotiven | 46 |
| 3.4 | Minenfahrzeuge mit Druckluftantrieb | 52 |
| 3.5 | Druckluft-Straßenbahnen | 58 |
| 3.6 | Auseinandersetzung mit einem Druckluftantrieb für Autos | 68 |
| 3.7 | Erkenntnisse aus der Auseinandersetzung mit der Geschichte des Druckluftantriebes | 78 |
| 4. | MDI UND DER AIRCAR | 80 |
| 4.1 | MDI – Moteur Developpement International | 80 |
| 4.11 | Gründung und Firmenstruktur | 80 |
| 4.12 | Kurzer Überblick über die Entwicklung bei MDI von 1991 bis 2004 | 83 |
| 4.13 | Wirtschaftliches Konzept | 84 |
| 4.2 | MDI’s Aircar Technology | 87 |
| 4.21 | Darstellung der Motorenentwicklung seit Gründung von MDI bis 2004 | 87 |
| 4.22 | Erläuterung der Funktionsweise des Druckluftmotors durch MDI | 89 |
| 4.23 | Aufbau des Aircar | 91 |
| 4.24 | Prototypen | 93 |
| 4.25 | MDI’s Angaben zum Energieverbrauch, Energiekosten und Reichweite des Aircar | 96 |
| 4.251 | Reichweite | 96 |
| 4.252 | Energieverbrauch und –kosten für die Befüllung des Drucklufttanks | 102 |
| 4.26 | Unklarheiten und offene Fragen | 104 |
| 5. | TECHNISCHE BEURTEILUNG DES AIRCAR | 105 |
| 5.1 | Auseinandersetzung mit der Funktionsweise des MDI-Motors durch Analyse der internationalen Patente | 105 |
| 5.11 | Vom Verbrennungsmotor zum reinen Druckluftantrieb | 105 |
| 5.12 | Das neue Druckluftmotor-Konzept | 117 |
| 5.2 | Kritische Betrachtung des aktuellen Druckluftmotors (Serie 34) | 124 |
| 5.3 | Energiegehalt der mitgeführten Druckluft | 126 |
| 5.4 | Erforderliche Energie für den Betrieb des Aircar | 134 |
| 5.41 | Erforderliche Energie zur Überwindung des Luft- und Rollwiderstandes | 135 |
| 5.42 | Erforderliche Energie zur Beschleunigung des Fahrzeuges | 137 |
| 5.43 | Gesamtenergieaufwand im Stadtfahrzyklus | 139 |
| 5.5 | Abschätzung der Reichweite des Aircar | 144 |
| 5.6 | Abschätzung der erforderlichen elektrischen Energie für die Befüllung der Drucklufttanks | 146 |
| 5.7 | Zusammenfassung der technischen Beurteilung des Aircar | 147 |
| 6. | SZENARIEN FÜR DIE ÖKONOMISCHE UND ÖKOLOGISCHE BEWERTUNG DES AIRCAR | 149 |
| 7. | ÖKONOMISCHE BEURTEILUNG DES AIRCAR | 151 |
| 7.1 | Vorgehensweise und Methodik | 151 |
| 7.2 | Umfang des ökonomischen Vergleichs | 152 |
| 7.3 | Elektrizitätspreise | 154 |
| 7.31 | Haushaltspreise | 156 |
| 7.32 | Industriepreise | 157 |
| 7.33 | Zusammenfassung und Anmerkungen zu den Elektrizitätspreisen | 159 |
| 7.4 | Benzinpreise | 161 |
| 7.5 | Energiekostenvergleich: Aircar vs. Benzinfahrzeug | 163 |
| 8. | ÖKOLOGISCHE BEURTEILUNG DES AIRCAR | 166 |
| 8.1 | Vorgehensweise und Methodik | 166 |
| 8.2 | Umfang des ökologischen Vergleichs | 168 |
| 8.3 | Ausgangsdaten | 174 |
| 8.31 | Sachbilanz Strommix ab Steckdose | 174 |
| 8.32 | Sachbilanz Benzin bleifrei ab Tankstelle | 179 |
| 8.33 | Sachbilanz Emissionen Betrieb Benzinfahrzeug | 180 |
| 8.4 | Bewertungsmethoden | 183 |
| 8.41 | Kumulierter Energieaufwand | 184 |
| 8.42 | Global Warming Potential (Treibhauspotential) | 185 |
| 8.43 | Eco-Indicator 99 – Eine schadensorientierte Bewertungsmethode | 187 |
| 8.431 | Methodologie | 188 |
| 8.432 | Schadenskategorien | 191 |
| 8.433 | Normalisierung | 193 |
| 8.434 | Gewichtung | 194 |
| 8.435 | Annahmen, Einschränkungen und Aussagekraft | 196 |
| 8.436 | Kritische Worte zum Eco-Indicator 99 | 198 |
| 8.5 | Ökologische Analyse und Bewertung des Aircar | 200 |
| 8.51 | Untersuchungsrahmen | 200 |
| 8.52 | Sachbilanzen | 200 |
| 8.53 | Darstellung der Ergebnisse der Bewertungsmethoden | 201 |
| 8.531 | Ergebnisse Kumulierter Energieaufwand | 201 |
| 8.532 | Ergebnisse Global Warming Potential (Treibhauspotential) | 205 |
| 8.533 | Ergebnisse Eco-Indicator 99 | 208 |
| 8.6 | Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse der Ökologischen Bewertung | 215 |
| 9. | ZUSAMMENFASSUNG | 219 |
| 10. | AUSBLICK | 224 |
| 11. | ÜBERTRAGBARKEIT DER VORGEHENSWEISE & METHODIK AUF GLEICHARTIGE FORSCHUNGSOBJEKTE | 226 |
| 12. | ANHANG | 228 |
| 12.1 | Elektrizitätspreise für Haushalte in Europa | 228 |
| 12.2 | Elektrizitätspreise für industrielle Abnehmer in Europa | 233 |
| 13. | LITERATURVERZEICHNIS | 241 |
MDI gibt an, dass die gespeicherte Energie des vollen Drucklufttanks mit der Minimalenergie übereinstimmt, die ein Kompressor zur Befüllung der Tanks benötigt.193 Wobei der tatsächliche Energieaufwand von der Effizienz des Kompressors abhängt. Dabei nennt MDI für den Motor im Kompressor-Betrieb einen Wirkungsgrad von 60 %, für den Elektromotor, der den Kompressor antreibt einen Wirkungsgrad von 95 %. Zusammen wäre das also ein Wirkungsgrad von 57 %.194 Zu den Kosten der Befüllung der Tanks finden sich abweichende und mit dem angegebenen Wirkungsgrad des Kompressors nicht übereinstimmende Angaben. In einem Dokument von MDI über den Energieverbrauch und die Reichweite des Aircar195 wird für die Befüllung der leeren Drucklufttanks mit einem Volumen von 270 l von einem Verbrauch an elektrischer Energie von 20 kW gesprochen. Wieso an dieser Stelle von 270 l und nicht von 340 l oder 300 l Tankvolumen gesprochen wird ist nicht nachvollziehbar. Jedenfalls gibt MDI hier weiters an, dass das die Kilowattstunde Nachtstrom in Frankreich 5 Euro-Cent kostet. An dieser Stelle wird die Reichweite mit 150 km angenommen, daher die Rechnung: 20 kWh * 0.05 Euro = € 1 für 150 km bzw. € 0,67 für 100 km. Die Befüllung der leeren Tanks mittels des bordeigenen Kompressors soll ca. 4 Stunden dauern. In einem Interview mit Guy Negre wird dieser auf die Frage der Kosten der Befüllung der Aircar mit der Aussage zitiert, dass das Befüllen der Tanks bei einer Entnahmeleistung von 3 kW ca. 7 Stunden dauert.196 Das entspräche dann einem Verbrauch von ca. 21 kWh. An einer anderen Stelle wiederum wird von 19,25 kWh für die Befüllung der Drucklufttanks gesprochen.197 Auf der offiziellen französischen Seite von MDI werden die Kosten für die Befüllung des leeren Tanks mit € 1,50 angegeben.198 [...]
Es muss angemerkt werden, dass in dieser Reichweitenschätzung auf der Verwendung herkömmlicher Reifen basiert. Diese Reifen könnten durch „grüne“ Reifen ersetzt werden, was die Reichweite um 4 - 5 % erhöhen würde. Weiters befinden sich im Serienfahrzeug der Motor und Antrieb hinten, beim Prototypen hingegen befindet sich der Motor vorne und der Antrieb wirkt auf die Vorderräder. Berücksichtig man dies so gelangt man zu der Reichweite von 200 km. Um die Reichweite weiter zu steigern, kann die Menge an mitgeführter Luft dadurch vergrößert werden, idem das Drucklufttankvolumen und/oder der Speicherdruck weiter erhöht werden, ohne jedoch die Vorteile des Konzeptes – geringe Energiekosten, unkomplizierte Handhabung, keine bzw. geringe Emissionen, geringer Preis etc. – in Frage zu stellen. [...]
Laut MDI hängt die Reichweite des Aircar, wie bei allen Fahrzeugen bei denen die Speicherdichte der mitgeführten Energie gering ist, stark vom Fahrstil ab. Um die durchschnittlich erforderliche Leistung zu errechnen, wurde daher ein spezieller Fahrzyklus herangezogen und zwar der Stadtzyklus EEC Typ 1 (195 s).188 Der Fahrzyklus ist in Abb. 47 dargestellt. Dieser Stadtfahrzyklus repräsentiert, wie der Name vermuten lässt, einen typischen Fahrzyklus in einer Stadt. Er besteht aus 15 Phasen (Leerlauf, Beschleunigung, Konstantfahrt, Verzögerung, Beschleunigung usw.) und dauert insgesamt 195 Sekunden. Der Stadtfahrzyklus ist Teil des Gesamtfahrzyklus189 lt. Richtlinie 91/441/EWG190 der Europäischen Union, welcher zur Überprüfung der Einhaltung der Emissionsgrenzwerte bei Neuzulassungen von Kraftfahrzeugen vorgeschrieben ist. [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832484422
Arbeit zitieren:
Huber, Alexander November 2004: Technische, ökonomische und ökologische Analyse alternativer Antriebstechniken, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Druckluftauto, Technikbewertung, Ökologie, Druckluftfahrzeug, Preßluftauto



