Effiziente Nutzfahrzeugantriebe – Der Weg zu 30% GHG Reduktion in 2030

Autoren

Prof. Dr.-Ing. S. Pischinger, Dr. F. Aubeck, RWTH Aachen University;
Dr.-Ing. P. Heuser, Dipl.-Ing. (FH) D.van der Put, FEV Group GmbH, Aachen;
Dipl.-Ing. B. Lindemann, Dr.-Ing. M. Müther, Dr.-Ing. M. Schönen, M. Ehrly, Dr. J. Schaub, Dr. M. Walters, Dr. L. Virnich, G. Sammito, L. Bi, FEV Europe GmbH, Aachen;
T. Lüdiger, FEV Consulting GmbH, Aachen:

Jahr

2020

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 813

Zusammenfassung

Um die CO₂-Emissionen des Verkehrssektors zu reduzieren, hat sich die EU auf neue Vorschriften geeinigt, die die CO₂-Emissionen neuer schwerer Nutzfahrzeuge über 16 Tonnen ab 2025 um 15 Prozent und ab 2030 um 30 Prozent gegenüber dem Referenzwert von 2019 begrenzen. Diese CO₂-Ziele stellen eine große Herausforderung dar, insbesondere für den Schwerlastsektor. Die Zunahme des Güterverkehrs und der Fahrzeuggröße sowie die Gewichtsbeschränkungen begrenzen das Reduktionspotenzial des Energieverbrauchs. Darüber hinaus spielen die Gesamtkosten des Fahrzeugbetriebs (Total Cost of Ownership, oder CRO) eine entscheidende Rolle bei der Einführung von Technologien in diesem wettbewerbsintensiven Markt. Neuere Studien zeigen, dass neue Energiequellen aus erneuerbaren Energien erst im Jahr 2030 einen spürbaren Effekt auf die Reduzierung der CO₂-Emissionen im Verkehrssektor haben werden.
In diesem Übergang wird ein erheblicher Anteil durch fahrzeugtechnische Maßnahmen, wie z. B. Verbesserungen der Aerodynamik und des Rollwiderstands, sowie durch intelligente Funktionalitäten erreicht.
Um den CO₂-Ausstoß von Fernverkehrs-Lkw zu reduzieren, wird auch im nächsten Jahrzehnt die Optimierung des Wirkungsgrades des verbrennungsmotorisch angetriebenen Antriebsstrangs im Vordergrund stehen. Die Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades ist ein Teil der möglichen und notwendigen Maßnahmen.
Ein weiteres Potenzial besteht darin, einen Teil der heute nicht genutzten freiwerdenden Energien, wo und wann immer sie effizient genutzt werden können. Aufgrund regionaler Gesetzgebungen, Anwendungen und Markterfordernisse ist bis 2025 eine kurzfristige, flexible Integration erforderlich, die eine modulare Architektur erfordert. Sie besteht aus vier Hauptsystemen:

• Energiewandler zur Rückgewinnung von Verlustenergie aus dem Bremsbetrieb und der Abgasenthalpie wie z. B. Integrierte Starter-Generatoren (ISG) oder Abwärmenutzungssysteme (WHR)
• Intelligente Regelfunktionen für die Fahrzeug- und die Antriebsstrangsteuerung
• 48V Bordnetz und hocheffiziente Generatoren
• Elektrifizierte Motorkomponenten wie elektrisch angetriebene Nebenaggregate, elektrisch unterstützte Aufladung oder eine elektrisch angetriebene Luftkompresser zur Optimierung des Verbrennungsmotors über den gesamten Betriebsbereich

Die vorliegende Arbeit beschreibt das Konzept eines solchen modularen elektrifizierten HD-Langstrecken-Lkw. Basierend auf Fahrzeugsimulationen werden die Potenziale der verschiedenen Module, unterschiedlichen Konfigurationen und Anwendungen ermittelt.
Darüber hinaus werden Maßnahmen wie alternative Kraftstoffe (z. B. CNG, LNG, H2) betrachtet die zu einer weiteren Reduzierung des CO₂-Ausstoßes beitragen können. Als weitere Initiative werden in diesem Beitrag intelligente Mobilitätsfahrzeugfunktionalitäten vorgestellt, die Informationen über die LKW- und Cloud-Konnektivität nutzen und an die kundenspezifischen Anforderungen des Lkw-Betriebs angepasst werden.