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Technische, ökonomische und ökologische Analyse alternativer Antriebstechniken

Case Study: Das druckluftbetriebene Fahrzeug Aircar von MDI

Technische, ökonomische und ökologische Analyse alternativer Antriebstechniken
Über dieses Buch
  • 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

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

Automatisiert erstellter Textauszug:

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. [...]

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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