Niedrigenergiefahrzeug

Der Begriff Niedrigenergiefahrzeug (NEF) bezeichnet Fahrzeuge, die einen im Vergleich zum derzeitigen mittleren Flottenverbrauch deutlich reduzierten Kraftstoffverbrauch realisieren. Die Begriffsbildung ist an das Niedrigenergiehaus angelehnt. Bei Modellen mit Verbrennungsmotor werden umschreibende Begriffe wie Drei-Liter-Auto, Zwei-Liter-Auto oder Ein-Liter-Auto verwendet. Bei einer konsequenten Realisierung der möglichen konstruktiven Maßnahmen muss die herkömmliche Form eines Automobils in Frage gestellt werden.

Eine technische Norm existiert bisher nicht, doch kann der von der Europäischen Union für spätestens 2015 verbindliche Flottenausstoß von 120 g CO₂/ km^[1] als absolutes Minimum für einen Grenzwert dienen, was einem Kraftstoffverbrauch von maximal 5 Litern Benzin bzw. 4,5 Litern Diesel auf 100 Kilometern entspricht sowie einem Energieverbrauch bis zu 0,44 Kilowattstunden (kWh) oder 1,58 Megajoule (MJ) pro Kilometer. Entsprechend den Gesetzen der Physik erhöht jedes zusätzlich zu bewegende Kilogramm den Treibstoffverbrauch.

Es gibt steuerliche Vergünstigungen wie die befristete Befreiung für Dreiliterautos von der Kraftfahrzeugsteuer in Deutschland.

3-l-Fahrzeug (VW Lupo)

Human-Elektro-Hybrid-Fahrzeug Twike

Motivation

Wirtschaftlichkeit

Die Notwendigkeit, Fahrzeuge mit einem möglichst geringem Verbrauch zu produzieren und zu betreiben, ergibt sich aus den Zwängen zur Energieeinsparung. Neben dem nachhaltigen Umgang mit begrenzten Energievorräten zählt vor allem der wirtschaftliche Betrieb der Fahrzeuge. Großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat neben den Anschaffungskosten auch die stete Steigerung der Kraftstoffpreise und die politische, sprich steuerliche Förderung verbrauchsarmer Fahrzeuge vor dem Hintergrund der Zunahme der Zulassungszahlen von Kfz weltweit.

Einen großen Schub für den Bau von Niedrigenergiefahrzeugen brachte die Ankündigung der kalifornischen Regierung, ab einem (mehrfach verschobenen) Starttermin alle Hersteller mit Strafsteuern zu belegen, die nicht einen bestimmten Anteil ihrer Fahrzeuge nach dem ULEV (Ultra Low Emission Vehicle) bzw. ZEV (Zero Emission Vehicle) Prinzip herstellen. ZEV bedeutet, dass das Fahrzeug in der Lage sein muss, eine bestimmte Strecke völlig ohne Emissionen zurückzulegen. Dies können heute praktisch nur elektrisch betriebene Fahrzeuge – die ZEV-Forderung ist (neben der 120 g CO₂/km-Forderung der EU) die Haupttriebfeder hinter den Hybrid-Anstrengungen der großen Autohersteller. In Europa ist der EEV-Standard (Enhanced Environmentally Friendly Vehicle) eine Motivation.

1996 stellte der deutsche Hersteller Audi einen Audi A4 Avant Duo vor, der aber mangels Nachfrage (und wegen der einfachen und ineffizienten Technik) bald wieder eingestellt wurde.

Auch die deutschen Dreiliter-Modelle Audi A2 TDI 3 l und VW Lupo TDI 3 l brachten – trotz steuerlicher Förderung des Absatzes und Zuschüssen für die Entwicklung – keine betriebswirtschaftliche Rendite, worauf hin der VW-Konzern die Produktion wieder einstellte (der Lupo 3L war bis Mai 2005 bestellbar; vom A2 3L wurden nur 6500 Exemplare gekauft).

Umweltschutz

Verbrennungsmotoren von Autos sind zu etwa 20 Prozent am weltweiten Aufkommen von CO₂ beteiligt, welches einen wesentlichen Teil zur globalen Erwärmung beiträgt. Zudem werden die Erdölvorräte, die den meisten heutigen Kraftfahrzeugen als Energiequelle dienen, aller Voraussicht nach in den nächsten Jahrzehnten zunehmend knapp werden (siehe Globales Ölfördermaximum). Die Motivation ist das ALARA-Prinzip (As Low As Reasonably Acceptable – so gering wie angemessen tragbar) bzw. allgemein ein ethisches Verhalten. Dieses ethische Verhalten kann man zumindest manchen so genannten „Garagenfirmen“ unterstellen, die – oft mit Wurzeln in der Umweltbewegung – auf Fahrradtechnik basierende Fahrzeuge in Kleinstserie produzieren und sich zum Beispiel auch Gedanken um die umweltfreundliche Erzeugung der zum Vortrieb erforderlichen Energie machen.

Der Verkehrsclub Deutschland gibt die sog. Auto-Umweltliste heraus, die sich unter anderem am Energieverbrauch orientiert.

Eine andere Bewertung ist der FIA EcoTest.

Angabe des Energieverbrauchs

Der Kraftstoffverbrauch für Kfz wird in Europa üblicherweise in Liter Kraftstoff pro 100 km Fahrstrecke angegeben (Streckenverbrauch). Um zu vergleichbaren Zahlen zu kommen, muss bei verschiedenen Kraftstoffen der Energiegehalt berücksichtigt werden. So hat Dieselkraftstoff eine Energiedichte von 42,5 MJ/kg, Benzin 43,5 MJ/kg. Durch entsprechende Umrechnungen und Multiplikation mit der Dichte der jeweiligen Kraftstoffe erhält man einen volumetrischen Energieinhalt von ca. 9 kWh/l für Superbenzin und ca. 10 kWh/l für Dieselkraftstoff.

Eine andere Art den Energieverbrauch zu ermitteln, ist die Angabe in Energiebetrag pro transportierter Nutzlast und Weg. Dies ist der Streckenverbrauch pro Gewicht [l/(100 km × 100 kg)]. Bei einem Vergleich eines LKW, der 20 t Fracht mit 35 Litern Dieselverbrauch über 100 km transportiert, mit einem vollbesetzten Diesel-PKW, der mit 7,5 l 500 kg Fracht (Passagiere und Gepäck) befördert, liegt der Energieverbrauch beim LKW bei 0,175 l/100 kg, der PKW benötigt 8,5-mal so viel, nämlich 1,5 l für 100 kg auf 100 km.

Die Energieverbrauchskennzeichnungsverordnung, kurz CO₂-Labeling genannt, geht auf den Energieverbrauch pro km in Joule oder kWh nicht ein.

Konstruktive Maßnahmen zur Kraftstoffeinsparung

Der Energieverbrauch eines Fahrzeuges ist neben seinen konstruktiven Gegebenheiten auch von der Art seiner Verwendung abhängig. So kann durch eine energiesparende Fahrweise der Verbrauch noch weiter gesenkt werden.Über den Streckenverbrauch [l/100 km] eines PKW entscheiden vor allem (1) der Fahrwiderstand und (2) der Wirkungsgrad.

• Fahrwiderstände: Der Fahrwiderstand bestimmt die notwendige Antriebsleistung [kW] zum Erreichen der gewünschten Fahrleistungen (Beschleunigung, Höchstgeschwindigkeit). Bei Konstantfahrten mit geringen Geschwindigkeiten überwiegt der zur Geschwindigkeit direkt proportionale Rollwiderstand, mit zunehmender Geschwindigkeit überwiegt der zur Geschwindigkeit quadratisch proportionale Strömungswiderstand (Luftwiderstand). Der Beschleunigungswiderstand ist v. a. im Stadtverkehr von Bedeutung.
  • Beschleunigungswiderstand: Der Beschleunigungswiderstand tritt bei der Änderung der Geschwindigkeit auf. Er ist direkt proportional zur Fahrzeugmasse. Leichte PKW ermöglichen bei gleicher Beschleunigung den Einsatz kleinerer Motoren, die bei Konstantfahrten (wo Roll- und Luftwiderstand bedeutend sind) in einem effizienteren Betriebspunkt arbeiten. Ein negativer Beschleunigungswiderstand (beim Bremsen) kann zur Energierückgewinnung (Rekuperation) genutzt werden.
  • Rollwiderstand: Geringer Rollwiderstandskoeffizient durch rollwiderstandsarme Reifen, geringes Fahrzeuggewicht, reibungsarme Radlager.
  • Luftwiderstand (Strömungswiderstand):
    • Verringerung des Luftwiderstandsbeiwertes durch eine strömungsgünstige Karosserieform, verkleidete Radkästen und glatte Oberflächen (C_w-Wert bis ca. 0,16), schmale Reifen, keine Türschnallen, Kamera statt Seitenspiegel.
    • Verringerung der dem Luftstrom ausgesetzten Querschnittsfläche (Fahrzeugprojektionsfläche) des Fahrzeugs durch hintereinander befindliche oder zumindest versetzt angeordnete Sitze (Zweisitzer mit ca. 1 m² Fahrzeugprojektionsfläche), oder niedriger Sitzposition und geringem Überkopfraum.
  • innerer Widerstand: Geringe interne Reibungsverluste im Motor durch niedrig viskoses Öl und geringe Zylinderverformung. Effiziente Getriebe, Bremsen mit geringer Reibung. Freilauf und ggf. Starter-Generator-Systeme, wobei die Verluste im Leerlauf entfallen (Pantschreibung, Ein- und Auslasswiderstand, Lager und Wellen sowie Motorhilfsantriebe und ihre Steuerung).

• Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz der Umwandlung von z. B. chemischer oder elektrischer Leistung in mechanische Leistung: Das Hauptproblem des Verbrennungsmotors liegt darin, dass sein Wirkungsgrad bei Vollast am höchsten ist und zu geringen Lasten hin abnimmt. Der spezifische Verbrauch [g/kWh] nimmt also mit sinkender Motorlast stark zu. Zur Lösung dieses Problems gibt es zwei Ansätze:
  • Wirkungsgradoptimale Getriebeübersetzung: Leistung ist das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment. Um eine bestimmte Leistung zu erzeugen, ist jener Betriebspunkt der effizienteste, bei dem diese Leistung mit maximaler Last und geringstmöglicher Drehzahl erreicht wird.
    • Bei Handschaltgetrieben sind „lange“ Übersetzungen ein einfaches Mittel. Die geringe Beschleunigungsreserve („Elastizität“) in einer solchen Fahrstufe verringert jedoch die Akzeptanz.
    • CVT-Getriebe sind eine Alternative, um den Motor immer mit hohen Lasten anzusteuern, sie haben jedoch einen schlechteren Wirkungsgrad als Handschaltgetriebe und werden nicht besonders akzeptiert. (Es existiert kein direkter Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Motordrehzahl).
  • Verbesserung des Motorwirkungsgrades im Teillastbereich:
    • Prinzipbedingt haben Dieselmotoren aufgrund der fehlenden Drosselverluste im Teillastbereich einen besseren Wirkungsgrad als Ottomotoren. Weiterhin ist bei Dieselmotoren durch die fehlende Klopfneigung des Kraftstoffes eine hohe Aufladung bei hohem Verdichtungsverhältnis bei gleichzeitig geringer eingespritzter Kraftstoffmenge möglich. Dadurch wird der Motor im Magerbetrieb betrieben, was den Wirkungsgrad ebenfalls deutlich erhöht. Jedoch erhöht sich der Ausstoß an NO_x, was das Erreichen hoher Abgasnormen problematisch macht.
    • Elektromotoren haben im Teillastbereich einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren.
    • Der Hybridantrieb verringert das Problem hoher spezifischer Verbräuche der Verbrennungsmotore im Teillastbereich, da ein zusätzlicher Elektromotor bei geringen Lasten arbeitet, während der Verbrennungsmotor nur bei höheren Lasten genutzt wird.
    • Auch durch Aufladung, z. B. Turboaufladung oder Kompressoren, kann der Wirkungsgrad eines Motors im Teillastbereich deutlich gesteigert werden. Die Literleistung (= Leistung pro Liter Hubraum) wird wesentlich erhöht, so dass die gewünschte Nennleistung mit geringeren Hubraumvolumina erreicht wird. Der Motor arbeitet dadurch im Teillastbereich in höheren – und damit effizienteren – Lastpunkten (Downsizing).
    • Bei Ottomotoren verbessert auch der Magerbetrieb den Wirkungsgrad im Teillastbereich, jedoch ist dieser unter dem Aspekt der Schadstoffemissionen (NO_x) problematisch. Magermotoren, z. B. Otto-Direkteinspritzer mit Schichtladebetrieb, benötigen daher eine aufwendige Abgasnachbehandlung, wie NO_x-Speicherkatalysatoren.
    • Der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren kann im Teillastbereich auch durch Zylinderabschaltung (ZAS) erhöht werden. Bei niedrigen Lasten werden Zylinder abgeschaltet, wodurch sich ein höherer und somit wirkungsgradoptimierter Lastpunkt für die arbeitenden Zylinder ergibt. Bei kleinen Motoren führt die ZAS jedoch zu einem verschlechterten Geräuschkomfort, der nicht akzeptiert wird.

Fahrzeugauslegung

Es gilt zunächst, den Fahrwiderstand gemäß dem Einsatzzweck so gering wie möglich zu halten.

• PKW für innerstädtischen Verkehr sollten einen möglichst geringen Beschleunigungswiderstand (geringe Fahrzeugmasse) haben und ggf. über technische Einrichtungen zur Rekuperation verfügen. Ihr Rollwiderstand sollte gering sein (geringer Rollwiderstandsbeiwert der Bereifung und geringe Fahrzeugmasse). Der Strömungswiderstand (Luftwiderstand) spielt hier keine so große Rolle, Beispiel: Smart.
• PKW für Überlandverkehr sollten vor allem einen möglichst geringen Strömungswiderstand (Luftwiderstand) haben, d.h. eine geringe Fahrzeugprojektionsfläche und einen geringen c_W-Wert. Beispiele: Kabinenroller Loremo, Ein-Liter-Auto von VW.

Im zweiten Schritt sollte der Motor so ausgelegt werden, dass er bei allen typischen Betriebszuständen einen möglichst hohen Wirkungsgrad hat.

• Beim Elektromotor ist der Wirkungsgrad weitgehend unabhängig vom Betriebszustand.
• Verbrennungsmotoren sollten nach Möglichkeit in der Nähe ihres geringsten, spezifischen Kraftstoffverbrauchs betrieben werden. Bei einem modernen Ottomotor liegt dieser Bereich bei etwa 3/4 der maximalen Last und etwa 3000 1/min Drehzahl. Überdimensionierte Verbrennungsmotoren sind unter dem Aspekt des möglichst günstigen Betriebspunktes prinzipbedingt problematischer, da sie im Alltagsbetrieb oft bei geringen – und damit ineffizienten – Lastpunkten arbeiten. Die Lösung dieses Problems geht man mit kleineren Motoren an (Downsizing) sowie stufenlosen Getrieben oder solchen mit höherer Stufen-(Gang)-zahl.

Klassifikation von NEF

In Deutschland genossen einige Fahrzeuge mit besonders günstigen Verbrauchswerten steuerliche Vergünstigungen. Die Einstufung von Fahrzeugen erfolgt jedoch nicht nach ihrem Energieverbrauch, sondern nach dem Ausstoß von Kohlenstoffdioxid, gemessen nach Richtlinie 93/116/EG.

Nach deutschem Steuerrecht emittiert ein Fünf-Liter-Auto weniger als 120 g CO₂/km. Das entspricht einem Streckenverbrauch von 5,06 l/100 km Benzin oder 4,53 l/100 km Diesel. Bei einer Zulassung vor dem 1. Januar 2000 waren diese Fahrzeuge von der Kraftfahrzeugsteuer befreit. Der Begriff Drei-Liter-Auto wird steuerrechtlich mit einer Kohlendioxidemission von 90 g CO₂/km verbunden. Das entspricht einem Streckenverbrauch von etwa 3,4 l/100 km Diesel oder 3,8 l/100 km Benzin. Für alternative Kraftstoffe in Verbrennungsmotoren gelten die gleichen Regelungen, Elektrofahrzeuge werden nach Fahrzeugmasse besteuert.

Der Begriff Ein-Liter-Auto bezeichnet Fahrzeuge mit einem Verbrauch von weniger als 1,5 l/100 km, wobei aus Marketinggründen häufig auch Fahrzeuge mit einem Verbrauch von 1,5–1,99 l/100 km in diese Kategorie eingeordnet werden.

Weitere Klassifikationen siehe: Emissionsfreies Fahrzeug; Abgasnorm).

Modelle

Letztlich scheiterte bislang die dauerhafte Einführung entsprechender Fahrzeuge auf breiter Front. Ein Teil der Technik fand jedoch Eingang in die Serienproduktion „normaler“ Pkw (elektrohydraulische Kupplung, verkleidete Radkappen).

Modelle wie der Smart zeigen, dass auch Kleinstfahrzeuge von Käufern akzeptiert werden. Mittelklassefahrzeuge erreichen bei manchen Herstellern Flottenverbräuche von 7,5 l, wodurch sich nach Ansicht einiger rechtliche Maßnahmen des Staates empfehlen (wie in Kalifornien), um eine Senkung dieser Werte einzufordern.

Serienmodelle

Verbrauch einiger Serienmodelle (Auswahl):

Modell	Verbrauch in kWh/100 km*	Verbrauch u. Kraftstoff	geschätzter durchschnittlicher CO2-Ausstoß	Motor	Bemerkung
CityEL Fact Four	3,5–5,5	Elektrizität	0 g/km direkte Emission; 22–36 g/km (Strommix Deutschland)	2,5 oder 3,5 kW Elektromotor	einsitzig 45 km/h
Secma Fun ELEC	7,4 (eigene Messungen mit LiFePO4-Batterie)	Elektrizität	0 g/km direkte Emission; 46 g/km (Strommix Deutschland)	2-kW-Elektromotor	zweisitzig 45 km/h abnehmbares Verdeck
Twike	< 8	< 8 kWh/100 km Elektrizität (kein Normverbrauch)	0 g/km direkte Emission; <52 g/km (Strommix Deutschland)	5-kW-Elektromotor	zweisitzig
Tazzari Zero	10	Elektrizität (kein Normverbrauch)	0 g/km direkte Emission	15 KW	zweisitziges Coupé mit 550 kg Leergewicht inklusive LiFePO4-Batterien
Electro Vehicles Europe StartLab Open elettrica	<12	Elektrizität	0 g/km direkte Emission	4 kW	zweisitzig
Tesla Roadster	18	Elektrizität (kein Normverbrauch)	0 g/km direkte Emission	185 KW	zweisitziges Cabrio mit Beschleunigung von 0 auf 96 km/h (60 mph) in etwa 4 Sekunden
VW Lupo 3L TDI	29,3	3 l/100 km Diesel	79 g/km	1,2 l; 45 kW	(1999–2005) ausgestattet mit innovativen Techniken (elektrohydraulische Kupplung, Schwungnutzautomatik, Start-Stopp-Funktion), unter Verwendung von Leichtmetallen gebaut. Der Anschaffungspreis war so hoch, dass eine Amortisation innerhalb der Lebenszeit zu den damaligen Kraftstoffpreisen nur schwer möglich war.
Audi A2 1.2 3L TDI	30,38	3 l/100 km Diesel	81 g/km	1,2 l; 45 kW	(1999–2005) ähnliche Konstruktionsmerkmale wie der VW-Lupo, aber eine deutlich größere, fünftürige Vollaluminium-Karosserie, bessere Aerodynamik
VW Polo V 1,2 TDI BlueMotion 87g	32,34	3,3 l/100 km Diesel	87 g/km	1,2 l; 55 kW	Modell 1,2 TDI (BlueMotion); (Dezember 2009 bis heute); 3-Zyl.-Diesel-Einspritzsystem, 5-Gang-Getriebe
Smart Fortwo Coupé 0.8 CDI Pulse Softip	32,34	3,3 l/100 km Diesel	88 g/km	0,8 l, 33 kW (seit August 2009 40 kW)	(2007 bis heute) zweisitzig
Seat Ibiza (4. Generation) SC 1.2 TDI Ecomotive	33,32	3,4 l/100 km Diesel	89 g/km	1,2 l, 55 kW	(seit 2008) viersitzig, 3-Zylinder, 12 Ventile, Diesel-Einspritzsystem
Toyota Auris HSD	33,82	3,8 l/100 km Superbenzin	89 g/km	100 kW	(2010 bis heute) fünfsitzig
Seat Ibiza (4. Generation) SC 1.4 TDI Ecomotive	37,24	3,8 l/100 km Diesel	99 g/km	1,4 l, 59 kW	(seit 2008) viersitzig
Smart Fortwo CDI	37,24	3,8 l/100 km Diesel (RL80/1268/EWG)	100 g/km	0,8 l, 30 kW	(2000–2007) zweisitzig, Praxisverbrauch ca. 3,5 bis 4,7 l/100 km
VW Polo IV Typ 9N3 1,4 TDI BlueMotion	37,24–39,2	3,8–4,0 l/100 km Diesel (RL80/1268/EWG)	99–104 g/km	1,4 l; 59 kW	Modell 1,4 TDI (BlueMotion); (Juli 2007 bis Mai 2009) von 4,1 l/100 km verbrauchsreduziert auf 3,8 bis 4,0 l/100 km Diesel (RL80/1268/EWG)
Kia Picanto (2. Generation) 1.0 Attract	37,38	4,2 l/100 km Superbenzin	99-103 g/km je nach gewählter Radgröße	1,0 l; 51 kW	(seit 2011) 3-Zyl.-1,0-Liter-Ottomotor, 5-Gang-Getriebe
Fiat 500 1.3 Multijet 16V DPF	38,22	3,9 l/100 km Diesel-Gesamtverbrauch innerorts und außerorts	102 g/km	1,3 l; 70 kW	(seit 2009) viersitzig; 4 Zylinder, 4 Ventile pro Zyl.; 5-Gang-Getriebe
Toyota Prius	38,27	4,3 l/100 km Superbenzin (RL80/1268/EWG)	104 g/km	1,5 l; 57 kW + Elektro 50 kW	Hybridfahrzeug; 2004er und 2006er Modell (Prius 2)
Daihatsu Cuore 1.0	39,16	4,4 l/100 km Normalbenzin (RL80/1268/EWG)	104 g/km	1,0 l; 51 kW
Citroën C1 HDi55 / Peugeot 107 / Toyota Aygo 1.4	40,18	4,1 l/100 km Diesel (RL80/1268/EWG)	109 g/km	1,4 l; 40 kW
Citroën C1 1.0 Advance / Peugeot 107 70 Petit Filou / Toyota Aygo 1.0	40,94	4,6 l/100 km Superbenzin (RL80/1268/EWG)	107 g/km	1,0 l; 50 kW	seit 2005 in Serie von TPCA
Honda Civic Hybrid	40,94	4,6 l/100 km Superbenzin (RL80/1268/EWG)	107 g/km	1,3 l; 70 kW + Elektro 15 kW	(2006 bis heute) Hybridfahrzeug
Citroën AX Diesel	41,16 und 44,1	4,2 und 4,5 l/100 km Diesel im Drittelmix	111 g/km, 120 g/km	1,4 und 1,5 l mit 37 bzw. 40 kW	war eines der sparsamsten Großserienfahrzeuge der 1990er Jahre mit einem Gewicht von 720 kg und einem geringen Anschaffungspreis. Eine Besonderheit war, dass sein niedriger Verbrauch ohne die Anwendung teurer, komplizierter Techniken erzielt wurde.
Daihatsu Trevis	42,72	4,8 l/100 km Normalbenzin (RL80/1268/EWG)	114 g/km	1,0 l; 43 kW
Opel Astra Eco4	43,12	4,4 l/100 km Diesel	116 g/km	1.7 DTI 16V; 55 kW	Kompaktklassefahrzeug, produziert von 2000-2004
Mini Cooper D 2007	43,12	4,4 l/100 km bzw. ab Modelljahr 2008 3,9 l/100 km Diesel	118 g/km	1.6d (TDCI) 16V; 80 kW	Serienfahrzeug ab Baujahr 2007
Opel Corsa Ecoflex 1.3 CDTI	43,7	4,46 l/100 km bzw. ab Modelljahr 2009,5 4,1 l/100km km Diesel	119 g/km	1,3 l, 55 kW	(2008) viersitzig
Fiat Grande Punto 1.3 16V JTD Multijet 75	44,1	4,5 l/100 km Diesel	119 g/km	1,25 l, 55 kW	(2008) viersitzig
*Umrechnungsfaktoren: Diesel = 9,8 kWh/l; Benzin = 8,9 kWh/l

Serienmodell in Vorbereitung

• Loremo: Voraussichtlich 2011 (Stand Januar 2009^[2]) soll das 2-Liter-Dieselauto der Marler Firma Loremo (keine Prüfnormangabe) zum Preis von unter 15.000 Euro auf den Markt kommen, eine Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h erreichen, für 4 Personen ausgelegt sein und eine Reichweite von 1300 km haben. Auch eine Elektroversion ist geplant.
• Aptera Typ-1: Produktionsstart angeblich 4. Quartal 2009^[3], Verkauf erfolgt vorerst nur in Kalifornien. Es gibt eine Hybridversion mit Ottomotor und eine reine elektrische betriebene Version. Der C_w-Wert des zweisitzigen, dreirädrigen Fahrzeugs beträgt 0,11. Die Hybridversion kommt auf einen Durchschnittsverbrauch von 1 l/100 km.

• Die Modellbezeichnung VW XL1 steht für eine Entwicklungsanstrengung von VW, die ein Fahrzeugmodell - angetrieben durch einen Diesel-Elektro-Hybrid-Antrieb - mit einem Spritverbrauch von 0,9 Liter je 100 km (bei geladener Traktionsbatterie zum Startzeitpunkt) als serienreifes Projektergebnis präsentieren kann. Wird die elektrische Ladung der Traktionsbatterie während der Fahrt vollständig aufgebraucht, so ergibt sich anschließend ein Spritverbrauch von etwa 1,8 Liter je 100 km. Das Modell ist relativ leicht, bedingt durch die Integration zahlreicher Leichtbaukomponenten, und besitzt ausgezeichnete aerodynamische Luftwiderstandskennwerte. Es wurde vom 26. bis 29. Januar 2011 auf der Qatar Motor Show in Doha/Katar der Weltöffentlichkeit vorgestellt. Es soll ab 2013 in Serienproduktion gefertigt werden.^[4]

Studien

• Der Citroën ECO 2000 SL 10, entwickelt zwischen 1981 und 1984, erreichte einen Gesamtverbrauch von 3,5 l Benzin auf 100 km. Merkmale der Studie fanden Anwendung bei der Entwicklung des Citroen AX.^[5]

• Der Twingo Smile von Greenpeace verbrauchte 1996 unter praxisnahen Bedingungen etwa 3,5 l Benzin (RL93/116/EWG).^[6]

• Der Mitsubishi „i“ concept^[7] hat im FIA EcoTest 2003 nur 3,8 l/100 km erreicht, das allerdings unter praxisnahen Bedingungen wie Betrieb auf Autobahn und mit Klimaanlage.^[8] Die sparsamsten Konkurrenten im Test (Audi A2 1,4 TDI, Mini One 1,6, Suzuki Ignis 1,3 DDiS) kamen unter diesen Bedingungen auf 4,5 l/100 km.^[9] Der Opel Corsa ECO 3 l verbrauchte in der Praxis 4,3–4,7 l/100 km.

• Ein Prototyp des Jetcar (Zweisitzer) verbraucht – laut Hersteller, mit TÜV-Bericht, jedoch kein Normverbrauch – 2,9 l Diesel auf 100 km.^[10]

• Das Mercedes-Benz bionic car ist eine von Mercedes-Benz 2005 vorgestellte Konzeptstudie. Als aerodynamische Vorlage für die Entwicklung des Fahrzeuges diente dabei der Kofferfisch. Der Kraftstoffverbrauch des dieselgetriebenen Viersitzers mit einem C_w-Wert von 0,19 soll bei 4,3 l/100 km liegen.^[11]

• Die Konzeptstudie des Toyotas ES3 mit Diesel-Hybridantrieb kam auf 2,7 l/100 km (87 mpg).^[12]

• Der Daihatsu UFE III hat einen kombinierten Verbrauch von 2.1 l/100 km.^[13]

• OScar (OpenSourceCar):^[14] Entwicklung eines 2-Personen-Elektroautos von Studenten der TU Darmstadt, 6 kWh/100 km, Reichweite 300 km, Höchstgeschwindigkeit 130 km/h

• Die Firma Shell Oil baute 1973 den 1959er Opel P1 zum Versuchsfahrzeug um. Das Fahrzeug war zum Wettbewerb konzipiert und erreichte einen Verbrauch von 159 km/Liter. 1975 schaffte es das Fahrzeug bis in das Guinness-Buch der Rekorde. ^[15]

Elektrofahrzeuge

Neben Fahrzeugen mit Verbrennungsantrieb erreichen auch Elektrofahrzeuge Endenergie-Verbrauchswerte, die einem Liter Diesel pro 100 km entsprechen (das sind ca. 10 kWh/100 km), teilweise noch darunter. Diese sind zum Beispiel Fahrzeuge mit Leichtbau-Karosserien wie der Hotzenblitz, dessen Produktion mittlerweile eingestellt wurde, und der Kewet aus Norwegen. Am sparsamsten dürfte das zweisitzige TWIKE fahren, das regelmäßig weniger als 5 kWh pro 100 km ab Netz braucht (gemessen). Das entspricht in etwa einem 0,5-Liter-Auto. Ähnlich wenig braucht der „nur“ einsitzige CityEl. Selbst Fahrzeuge mit normaler Kleinwagenkarosserie wie der Citroen AX Electrique verbrauchen umgerechnet bedeutend weniger als 2 l/100 km. Nach langjährigen Verbrauchsmessungen fährt der Citroen AX electrique mit rund 15 kWh pro 100 km, gemessen ab Steckdose, also inklusive aller Lade- und Batterieverluste. Basierend auf 308 g CO₂ pro kWh (veröffentlicht für den EON Strommix in Bayern Mitte 2007) ergibt sich damit bei Versorgung mit dem normalen Strommix eine CO₂-Belastung von rund 46 g CO₂ pro km (allerdings wurden bei dieser Rechnung die Leitungsverluste vom Kraftwerk zur Steckdose und Transformatorverluste nicht berücksichtigt).

Lädt man die Akkus mit CO₂-freiem Solar-, Wind- oder Wasserkraftstrom nach, ist die CO₂-Belastung pro km noch geringer und tendiert gegen Null. Es gibt auch Fahrzeuge, die durch konsequente Optimierung noch weniger verbrauchen.

Andere Fahrzeuge: CityEl, TWIKE, diese Fahrzeuge verbrauchen umgerechnet weniger als 1 l/100 km. Der Tesla Roadster von Tesla Motors (Kalifornien) mit rein elektrischen Antrieb und Fahrwerten (und Preis) eines Sportwagens hat einen Energieverbrauch von 11 kWh/100 km bei einer Reichweite von 400 km mit einer Batterieladung (Angaben des Herstellers). Der Tesla Roadster nutzt Lithium-Ionen-Akkus, die einen besonders guten Lade-Entlade-Wirkungsgrad aufweisen.

Die oben für den Citroen AX angegebenen Verbrauchs- und CO₂-Werte gelten prinzipiell auch für viele fünftürigen und viersitzigen französischen Elektroautos (Peugeot 106 éléctrique, Renault Clio éléctrique, Citroen AX éléctrique), die bei optimierter Ladung und Fahrweise als Fast-ein-Liter-Autos betrieben werden können.

Ein noch ungelöstes Problem ist die kaum realisierbare Größe des Akkus für eine Fahrstrecke von einigen 100 km. Werden Akkus eingebaut, die nicht zu viel Platz beanspruchen und auch nicht zu schwer sind, muss man für diese Distanz zu häufig sehr zeitraubende Nachladestopps von mehreren Stunden einlegen.

Geringe Verbreitung von Niedrigenergiefahrzeugen

Zwar wurde die Serienfertigung des Drei-Liter-Autos grundsätzlich begrüßt, sie wurde jedoch wieder eingestellt, da die Nachfrage die Kosten nicht rechtfertigte. Die Entwicklung von Nachfolgemodellen des VW Lupo 3L TDI (z. B. auf der Plattform des VW Fox) wurde eingestellt. Die Produktion des Audi A2 3L TDI wurde Mitte 2005 ohne Nachfolger eingestellt. Der Smart cdi bekommt gerade durch die geringen CO₂-Emissionen Popularität – grundsätzlich wurde die Fahrzeugproduktion jedoch oft in Frage gestellt und bietet das ursprüngliche Konzept des Elektrofahrzeugs bisher nicht in Serie an. Der Opel Astra Eco4 mit modifizierter Karosserie ist in der neuen Modellreihe verschwunden.

Im Folgenden werden einige Punkte aufgezeigt, die in der Diskussion um Niedrigenergiefahrzeuge häufig auftauchen:

• Die Kraftstoffkosten sind zu gering, die Fixkosten zu hoch, wird oft angenommen. Nur 1 l/100 km Mehrverbrauch verursacht über 100.000 km bei 1,30 €/l Kraftstoffkosten jedoch Mehrkosten in Höhe von 1300 €.
• Die Kundenwünsche nach leistungsstarken PKW wirken Bestrebungen entgegen, die Verbräuche zu senken.
• Die Produktwerbung vieler Automobilhersteller setzt nach wie vor auf hochmotorisierte sportliche Fahrzeuge.
• Strömungsgünstige Karosserieformen sind ungewohnt und werden bisher mehrheitlich als unästhetisch abgelehnt. Das Fahrzeugdesign wurde als zentraler Erfolgsfaktor für die Vermarktbarkeit von PKW identifiziert, daher gibt es einen Zielkonflikt zwischen Kundenbedürfnissen (Ästhetik) und Effizienz.
• Moderne Fahrzeuge wiegen deutlich mehr als ihre Vorgänger, besitzen mehr elektrische Verbraucher, und haben entsprechend ein höheres Leistungsbedürfnis. Durch moderne Motoren können diese Nachteile nur bedingt ausgeglichen werden.
• Vorhandenen Modellen (z. B. VW Lupo) werden negative Eigenschaften nachgesagt (hoher Anschaffungspreis, Defektanfälligkeit, hohe Wartungskosten), die sie für potentielle Kunden uninteressant erscheinen lassen. Der Mehrpreis eines Audi A2 3L betrug gegenüber der einfachen Diesel-Version (4,3 l/100 km) z. B. jedoch nur 300 €. Laut ADAC-Pannenstatistiken erzielte der A2 in den Jahren 2003 bis 2006 den ersten Platz in seiner Klasse. Ebenso belegt das Aluminiumfahrzeug 2004 aufgrund seiner Mängelfreiheit den ersten Platz der TÜV-Statistik. Der „hohe Preis“ und die Wartungsanfälligkeit sind also offenbar eine Ausrede mancher Kunden.
• Das Problem der Energiespeicherung für Elektromotoren ist bisher unzureichend gelöst. Der Gebrauchswert wird bisher durch die begrenzte Reichweite sowie den Raumbedarf und das erhebliche Gewicht der Batterien eingeschränkt.
• Gewöhnungsbedürftiges Fahrverhalten, das dem ungeschulten Kunden unkomfortabel erscheint und ihn teilweise verunsichert, wie bereits der Anfang der 1990er Jahre gebaute VW Golf Ecomatic mit Motorabschaltung zeigte.
• Eingeschränkter Gebrauchswert der oft auf Kleinstwagen basierenden (Lupo, Smart) Fahrzeuge. Vollwertige 3-l-PKW ohne Einschränkungen im Gebrauchswert erwiesen sich bisher aber ebenfalls als kommerzieller Fehlschlag (z. B. Audi A2).
• Der Automobilindustrie wird vorgeworfen, die Drei-Liter-Autos nur als Alibi-Projekte zu verwenden. Dieser Vorwurf ist fraglich in Anbetracht der Entwicklungskosten.
• Die Anschaffungspreise, die dadurch entstehende lange Amortisationszeit und auch der eingeschränkte Gebrauchswert mancher Modelle (Smart, Lupo) haben bislang verhindert, dass sich die Drei-Liter-Fahrzeuge am Markt etablieren konnten. Kaufanreize wie die Steuerbefreiung in Höhe von 511 € haben auch nicht zum Erfolg beigetragen.
• Vorteile wie die durch den niedrigeren Luftwiderstand höhere Endgeschwindigkeit der Eco-Varianten^[16] und eine größere Reichweite wurden nicht angesprochen. Die Fahrzeuge wurden insgesamt zu wenig beworben.
• Der Ausweis des CO₂-Ausstoßes und des Verbrauchs geschieht sehr dezent und verfehlt die Wirkung auf die Kaufentscheidungen. So wurde die (gesetzlich vorgeschriebene) Angabe des Kraftstoffverbrauchs bei Fahrzeughändlern nur zögerlich und nach diversen Bußgeldern umgesetzt.
• Die Automobilindustrie propagiert alternative Kraftstoffe mit teilweise unsicherer Ökobilanz und Verfügbarkeit, um eine grundsätzliche Umorientierung zu vermeiden. Durch Niedrigenergiefahrzeuge kann jedoch der Anteil an alternativen Kraftstoffen bei beschränkten Ressourcen gesteigert werden. Damit kann Einwänden begegnet werden, die Bio-Kraftstoffe könnten die Nachfrage bei weitem nicht decken.
• Die Entwicklung entsprechender Technologien und Verwendung von leichten Materialien steigern die Kosten pro Fahrzeug. Da aber die meisten Kunden im Gegenzug nicht bereit sind, für einen effizienten PKW mehr zu bezahlen als für einen herkömmlichen, existiert (noch) kein nennenswerter Markt für diese Fahrzeuge.
• In manchen auto- und technologieaffinen Ländern werden effiziente PKW fälschlicherweise mit Kleinstwagen (z. B. Smart) assoziiert, die bestenfalls als Zweit- oder Drittwagen in Frage kommen und dort ohne Änderung der Gewohnheiten zu keiner Reduktion des Energiebedarfs im Verkehr beitragen.
• Die Optimierung im Hinblick auf den Verbrauch bringt nicht automatisch auch eine geringere Gesamtumweltbelastung. Die meisten verbrauchsarmen Fahrzeuge besitzen einen Dieselmotor. Dieser erzeugt aber ohne aufwendige Filtertechnik Rußpartikel (siehe auch: Feinstaub).
• Viele Altfahrzeuge können auch mit Biokraftstoffen ihren CO₂-Beitrag verringern. Einsparungen beim Verbrauch der fossilen Energieträger lassen sich auch durch Verwendung alternativer Energieträger wie Biodiesel oder Ethanol erzielen. Der Verbrauch durch Kraftfahrzeuge macht in Deutschland ca. 12 % des Gesamtbedarfs an (Erd-)Öl aus. Allerdings ist diese Alternative im Hinblick auf die Nahrungsmittelpreise umstritten, da die Ausgangsstoffe wie Mais nach der Ethanol-Herstellung nicht mehr als Nahrung zur Verfügung stehen.
• Verschiedene Maßnahmen zur Reduzierung des Verbrauches verursachen einen erhöhten Energieaufwand in der Produktion. Die Herstellung von Aluminium und Magnesium ist sehr energieaufwändig. Schlägt man die Energien für Verhüttung und Fertigung auf den Verbrauch pro km auf und setzt die entstehenden Gleichungssysteme für ansonsten gleiche Fahrzeuge aus Aluminium und Stahl in der Größe eines Audi A2 gleich, so liegt der Schnittpunkt bei ca. 12.000 km – darunter hat das Stahlfahrzeug die bessere Umweltbilanz, darüber das Aluminiumauto. Die jährliche Kilometerleistung wird von Flottenfahrzeugen leichter erreicht, daher ist es förderlich wenn Leihsysteme und partizipative Besitzmodelle weiter entwickelt werden. Auch werden dann Fahrzeuge mit teuren alternativen Antrieben leichter für die Allgemeinheit finanzierbar.

Siehe auch

• Alternative Antriebstechnik
• Emissionsfreies Fahrzeug
• Leichtfahrzeug
• Leichtlaufreifen
• Öko-Label für PKW

Weblinks

• Heinz Horrmann: Wie nah ist das 3-Liter-Auto? Verkehrsclub legt Umwelt-Liste vor - Hersteller widersprechen Die Welt online, 30. April 1996
• Bundesverband Solare Mobilität e.V. www.solarmobil.net-Internetportal
• Markus Pflegerl: Conversion of a Hotzenblitz to Lithium Polymer from Kokam wattgehtab-Internetportal, 20. November 2007 (englisch)
• Das 3 Liter Auto/Niedrigenergiefahrzeug www.nicht-tanken.de-Internetportal
• Die Spritfresser – Warum sparsame Autos keine Chance haben Phoenix TV, Dokumentation bei Google Video, 43 Min., 12. Mai 2007
• RECODRIVE www.recodrive.eu-Internetportal, RECODRIVE – ein EU-Projekt zur Förderung des nachhaltigen Flottenmanagements (englisch)
• 5-Liter-Autos; CO2-Ausstoß maximal 120 g/km; Informationen für Neu- und Gebrauchtkauf. www.5-liter-autos.de-Internetportal

Quellen

1. ↑ VDI-Nachrichten.com: EU zieht Daumenschrauben für Pkw-Hersteller fest an, 16. Januar 2009. Abgerufen am 11. Mai 2010.
2. ↑ Dorstener Zeitung
3. ↑ Aptera FAQ
4. ↑ Piech: Ein-Liter-Auto kommt 2013 AlternativeMotion-Internetportal, 26. Januar 2011
5. ↑ http://www.citroen.mb.ca/cItROeNet/prototypes/eco2000/eco-2000.html
6. ↑ MTZ Motortechnische Zeitschrift 59 (1998) 10; Seite 644–650 online-PDF-Version
7. ↑ Mitsubishi „i“ concept http://www.mitsubishi-motors.com/corporate/about_us/technology/environment/e/i.html
8. ↑ http://www.renrodmg.co.uk/renrod_news/news_archive_mitsubishi.htm
9. ↑ http://www.unep.org/PCFV/Documents/FIA-Ecotest.pdf
10. ↑ http://www.jetcar.de/techdat_jetcar25.html und http://www.jetcar.de/download/tuevbericht.zip
11. ↑ http://www.daimlerchrysler.com/dccom/0-5-7154-49-503502-1-0-0-503518-0-0-135-10736-0-0-0-0-0-0-0.html
12. ↑ http://www.carpages.co.uk/toyota/toyota_es3_concept_part_1_22_11_02.asp
13. ↑ http://www.hybrid-autos.info/Daihatsu_UFE_III_2006.html
14. ↑ AKASOL-Homepage: http://www.akasol.de/
15. ↑ http://tegenlicht.vpro.nl/backlight/the-race-for-the-car-of-the-future.html
16. ↑ http://www.automobilindustrie.de/fachartikel/ai_autofokus_39055.html

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