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Montag, 29 November 2021 12:00

Auf den Punkt gebracht: Mobilität der Zukunft in der ‘All Electric Society‘

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Geschätzte Lesezeit: 3 - 5 Minuten
Abb. 1: AUDI e-tron – 300 kW/408 PS Leistung, Batterie Kapazität 95 kWh, Drehmoment 664 Nm, Verbrauch: 24,0 kWh/100 km, Reichweite 405 km Abb. 1: AUDI e-tron – 300 kW/408 PS Leistung, Batterie Kapazität 95 kWh, Drehmoment 664 Nm, Verbrauch: 24,0 kWh/100 km, Reichweite 405 km

Die derzeitige Strategie gegen den von Menschen noch beeinflussbaren Teil der globalen Klima-Erwärmung ist die ‚All Electric Society'. Sie zielt auf ein globales Zukunftsbild, in der CO2-neutral gewonnene Elektrizität die zentrale Energieform darstellt. Dazu gehört auch die Mobilität der Zukunft im Straßenverkehr.

Die vier automobilen Megatrends sind: alternative Antriebe mit batterie-elektrischem Antriebsstrang oder mit einer Wasserstoff Brennstoffzelle. Weitere Megatrends sind vernetzte Fahrzeuge (connected cars oder car2x) sowie autonomes Fahren, hier insbesondere in den SAE Klassen 3 bis 5 und neue Mobilitätsangebote (Shared mobility) vom E-Scooter über das E-Bike bis zum BEV, dem batterieelektrischen Pkw (Abb. 1).

Antriebsportfolio 2030+ (Straßenverkehr)

Betrachtet man in Abbildung 2 das Antriebsportfolio 2030+ werden alle klimaneutralen Antriebstechnologien entsprechend ihren spezifischen Stärken eingesetzt. Personenkraftwagen jeglicher Laufleistung werden primär batterieelektrisch angetrieben. Bei Nutzfahrzeugen, Lkw und Bussen, ist im urbanen Bereich der batterieelektrische Antrieb vorherrschend. Mit steigenden Reichweiten und Gesamtgewichten nimmt der Anteil an Wasserstoff-Brennstoffzellen zu, hier insbesondere bei Lkw bis 40 t oder Reisebussen im Fernverkehr.

Abb. 2: Antriebsportfolio 2030+ (Straßenverkehr) nach einer Studie des VDI 2021Abb. 2: Antriebsportfolio 2030+ (Straßenverkehr) nach einer Studie des VDI 2021

Ein besonderes Problem der Energiewende sind die etwa 50 Mio. Bestandsfahrzeuge, in Abbildung 2 ganz rechts. Hier würde sich eine Beimischung von synthetischen Kraftstoffen anbieten, sobald diese wettbewerbsfähiger sind. Im Gegensatz zu Bio-Kraftstoffen, die nur zu 5 bis 10 % drop-in-fähig sind, also ohne Motorveränderung beigemischt werden dürfen, könnten synthetische Kraftstoffe in beliebiger Menge beigemischt werden.

Abb. 3: Vergleich der Versorgungskapazität einer durchschnittlichen Windkraftanlage für verschiedene AntriebstechnologienAbb. 3: Vergleich der Versorgungskapazität einer durchschnittlichen Windkraftanlage für verschiedene Antriebstechnologien

Primär-Energiebedarf nach Antriebsart

Vergleicht man die Versorgungskapazität einer durchschnittlichen Windkraftanlage von 3 MWp bei 2000h Volllast p. a. für verschiedene Antriebstechnologien, so könnten hiermit 1600 batterieelektrische Pkw geladen werden. Angenommen wurde eine Jahreslaufleistung von 20 000 km. Dagegen können nur 600 Pkw mit Wasserstoff-Brennstoffzellen für ein Jahr geladen werden. Die Umwandlungsverluste von grünem Strom zu grünem Wasserstoff und dann wieder zurück zu grünem Strom betragen rund 75 %.

Abb. 4: E-Fuels können Benzin, Diesel, Kerosin, Gas oder Wasserstoff seinAbb. 4: E-Fuels können Benzin, Diesel, Kerosin, Gas oder Wasserstoff sein

Noch eklatanter ist der Umwandlungsverlust von 1:6 bis 1:8 bei synthetischem Kraftstoff. Dieser wird wohl auf absehbare Zeit Pkw-Fahrern vorbehalten sein, die bereit sind, fast jeden Preis zu zahlen. Kommerziell wird synthetisches Kerosin zunächst in der Luftfahrt an Bedeutung gewinnen.

Regenerative Kraftstoffe

Regenerative Kraftstoffe können Benzin, Diesel, Kerosin, Gas oder Wasserstoff sein. Die ursprünglich favorisierten Biokraftstoffe aus Weizen, Mais, Raps oder Palmöl werden zukünftig an Bedeutung verlieren. Sie stehen im Wettbewerb zu Nahrungsmitteln. Außerdem ist die Beimischung auf 7 % beschränkt, da sonst die Verbrennungsmotore angepasst werden müssen.

Der Hauptaspekt sind synthetische Kraftstoffe (e-fuels), die unter Einsatz von grünem Strom und CO2 produziert werden. Sie sind deshalb CO2 neutral, da das bei der Verbrennung entstehende CO2 bei der Synthese der Umwelt entzogen worden ist. Synthetisches Kerosin wird wohl zunächst Anwendung im Flugverkehr finden.

Anteil Elektronik Kosten Pkw

Der Anteil der Elektronik-Kosten an den Gesamtkosten eines Pkws ist in den letzten Jahren sprunghaft angestiegen. Mit dem Vormarsch der ADAS, der Advanced Driver Assistance Systems ab etwa 2010 ist der Anteil der Elektronik auf derzeit 35 % gestiegen. Hierbei sind auch das Batterie Management System (BMS) eingeschlossen und auch teilweise die Batterien bei BEVs. Laut der NXP Prognose (Abb. 5) soll der Anteil der Elektronik bis 2030 auf rund 50 % steigen.

Abb. 5: Anteil der Elektronik Kosten an den Gesamtkosten eines PkwAbb. 5: Anteil der Elektronik Kosten an den Gesamtkosten eines Pkw

LP-Volumen 2020 bis 2025

Entsprechend wird auch das Volumen von Leiterplatten für Automotive-Applikationen deutlich zunehmen. In Tabelle 1 sind die Top 12 Leiterplatten-Hersteller weltweit aufgelistet, mit einem ‚best estimate' des Umsatzanteiles im Automobile Segment. Allein die Top 3 CMK, Nippon Mektron und Meiko, liefern Leiterplatten von jeweils rund 0,5 Mrd. $ in die Automobilindustrie. Interessant ist auch, dass es sich hier um drei japanische LP-Hersteller handelt. Der weltweite LP-Gesamtbedarf der Automobilindustrie beträgt derzeit etwa 8 Mrd. $ und soll bis 2025 auf 16 bis 17 Mrd. $ wachsen.

Auf den Punkt gebracht

  1. Personenkraftwagen jeglicher Laufleistung werden zukünftig primär batterieelektrisch angetrieben. Bei Nutzfahrzeugen, Lkw und Bussen ist im urbanen Bereich der batterieelektrische Antrieb vorherrschend. Mit steigenden Gesamtgewichten nimmt der Anteil an Wasserstoff-Brennstoffzellen zu, vor allem bei Lkw bis 40 t oder Reisebussen im Fernverkehr.
  2. Bei den rund 50 Mio. Bestandsfahrzeugen bleibt nur das Beimischen der derzeit noch sündhaft teuren synthetischen Kraftstoffe oder das Auslaufen bis zum ‚end of life' des Fahrzeuges
  3. Synthetische Kraftstoffe haben zur Herstellung etwa den 6- bis 8fachen Energiebedarf an grünem Strom gegenüber einem batterieelektrischen Fahrzeug (BEV) bei gleicher Laufleistung
  4. Der Anteil der Elektronik-Kosten beim Pkw liegt derzeit bei 35 % und soll bis 2030 auf 50 % steigen

Der weltweite LP-Gesamtbedarf der Automobilindustrie betrug 2020 etwa 8 Mrd. $ und soll sich bis 2025 auf 16 bis 17 Mrd. $ verdoppeln. Die Energiewende im Automobilbereich ist also ein Booster für die weltweite Leiterplattenindustrie. Welchen Anteil Europa bekommt, hängt einerseits von der Innovationsfähigkeit der europäischen LP-Hersteller ab und damit an qualifizierten Mitarbeitern. Andererseits spielt die Investitions-Bereitschaft der Gesellschafter und Investoren eine große Rolle, denn embedded Leistungselektronik oder Strukturbreiten von 10 bis 15 µm können nicht auf altem Equipment hergestellt werden.

Ich wünsche Ihnen einen fulminanten Start in den November

Es grüßt Sie herzlich

Hans-Joachim Friedrichkeit

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Weitere Informationen

  • Ausgabe: 11
  • Jahr: 2021
  • Autoren: H. J. Friedrichkeit

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