Well-to-Wheel

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Well-to-Wheel (auch: Well to Wheel, Well2Wheel oder WTW, wörtlich: „vom Bohrloch bis zum Rad“) ist eine Betrachtungs- bzw. Analysemethode im Bereich der Kraftfahrzeuge. Dabei wird die gesamte Wirkkette für die Fortbewegung von der Gewinnung und Bereitstellung der Antriebsenergie bis zur Umwandlung in kinetische Energie untersucht.[1][2][3]

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Well-to-Wheel-Betrachtung werden die Teilbereiche Well-to-Tank (Energiebereitstellung) und Tank-to-Wheel (Fahrzeugwirkungsgrad) zusammengefasst[4]. Dabei können Fahrzeughersteller stets nur den Teilbereich Tank-to-Wheel konstruktiv beeinflussen. Nur dieser ist daher in Herstellerangaben zum Fahrzeug (Kraftstoff- /Energieverbrauch bzw. Abgasangaben bzw. CO2-Ausstoß)[5] enthalten. Mit Simulationsprogrammen können Zusammenhänge veranschaulicht und Optimierungsmöglichkeiten aufgezeigt werden.[6]

Well-to-Wheel-Untersuchungen können unter verschiedenen Gesichtspunkten durchgeführt werden:

Die Well-to-Wheel-Betrachtung spielt auch bei der ökologischen Bewertung eine große Rolle. Allerdings erfasst Well-to-Wheel nur den tatsächlichen Betrieb des Kraftfahrzeuges, weder Wartung und Unterhalt, noch den Herstellungs- und Entsorgungsaufwand. In Untersuchungen zur Ökobilanz wird dagegen der gesamte Lebenszyklus einschließlich Herstellung und Verwertung analysiert.[7]

Well-to-Wheel bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor entstehen die größten Verluste im Fahrzeug selbst, die Kraftstofferzeugung und -bereitstellung erfolgt überwiegend aus fossilen Primärenergien und mit einem hohen Wirkungsgrad. Daher sind die Unterschiede von den Herstellerangaben Tank-to-Wheel zu Well-to-Wheel relativ gering. Allerdings ist der Wirkungsgrad Well-to-Tank mit ca. 90 % bei Dieselkraftstoff, ca. 82 % bei Benzin und ca. 86 % bei Erdgas nicht vernachlässigbar, wenn mit alternativen Antriebstechnologien verglichen wird.[8]

Als Sonderfall kann der BMW Hydrogen7 gelten, dessen modifizierter Verbrennungsmotor mit Wasserstoff betrieben wird. Neben der fast völligen lokalen Emissionsfreiheit (Tank-to-Wheel entstehen lediglich Wasserdampf und geringe Mengen Stickoxide) ist bei der Well-to-Wheel-Betrachtung ähnlich wie beim Brennstoffzellenfahrzeug der Aufwand zur Wasserstofferzeugung und -bereitstellung einzubeziehen. Die Wasserstoffherstellung nutzt derzeit (2015) fast ausschließlich fossile Primärenergien. Deren Aufbereitung sowie die notwendige Verflüssigung führen zu einem niedrigen Well-to-Wheel-Wirkungsgrad bzw. hohem Verbrauch fossiler Primärenergien mit entsprechend hohem CO2-Ausstoß.

Well-to-Wheel bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Elektroauto hat einen sehr hohen Wirkungsgrad Tank-to-Wheel und keinerlei lokale Emissionen. Dies drückt sich in den sehr geringen Herstellerangaben Tank-to-Wheel beim Verbrauch (15-20 kWh/100 km) und der Angabe zum CO2-Ausstoß (0 g CO2/km) aus. Die Verluste entstehen hauptsächlich bei der Stromerzeugung und -bereitstellung, also Well-to-Tank. Daher wird oftmals die Well-to-Tank-Kette mit einbezogen und somit im Gegensatz zum herkömmlichen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor (Herstellerangaben ausschließlich Tank-to-Wheel) bei Angaben zum Elektroauto die Daten Well-to-Wheel angegeben. Für objektive Vergleiche sollten daher immer die gleichen Wirkketten der verschiedenen Kraftfahrzeuge betrachtet werden[8]. Schon heute (2014) fährt ein mit dem deutschen Strommix geladenes Elektroauto mit ca. 20 Prozent weniger CO2-Ausstoß als Fahrzeuge mit fossilen Kraftstoffen.[9]

Well-to-Wheel bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Hybridelektrokraftfahrzeug

Beim Hybridantrieb kommt es zu einer Verbindung verschiedener Antriebsarten. Dies erschwert eine allgemeingültige Aussage, da je nach Konzept und vor allem auch dem individuellen Fahrprofil die Anteile der Antriebsarten variieren und somit der Wirkungsgrad und der Schadstoffausstoß Well-to-Wheel stark schwanken können. Einen Anhaltspunkt bilden die Angaben zum Normverbrauch, welche sich allerdings auf ein Fahrprofil beziehen, welches in der Praxis auch stark abweichen kann.

Die aktuellen Verbrauchsangaben für Elektrohybrid-Fahrzeuge - ECE-Norm R 101 stehen offen in der Kritik, da sie weder die benötigte (vorher eingeladene) elektrische Energiemenge berücksichtigt, noch die elektrische Reichweite der Fahrzeuge aufzeigen. Zugunsten der Automobilindustrie werde Greenwashing betrieben und der Kunde vorsätzlich über die wahren Energieverbräuche /Kraftstoffkosten getäuscht.[10]

Brennstoffzellenfahrzeuge[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim Brennstoffzellenfahrzeugen wie dem Honda FCX handelt es sich um ein Fahrzeug mit Elektroantrieb, bei dem zur Erhöhung der Reichweite eine Brennstoffzelle als Reichweitenverlängerer (Range Extender) eingebaut ist. Obwohl die Fahrzeuge lokal (Tank-to-Wheel) emissionsfrei fahren und einen hohen Wirkungsgrad besitzen, werden bei der Wasserstofferzeugung und -bereitstellung (Well-to-Tank) große Mengen Energie benötigt (Verflüssigung für Transport und Lagerung, Kompression bis 700 bar in den Drucktank) und fossile Primärenergien eingesetzt. Daher ist das Brennstoffzellenfahrzeug derzeit (2015) bei Betrachtung der Well-to-Wheel-Kette ebenso wie das Elektroauto nicht schadstofffrei und besitzt im Vergleich zu diesem einen deutlich schlechteren energetischen Wirkungsgrad.

Für die Verfahrenskette Regenerativer Stromelektrolyse – Niederdruck-Wasserstoffspeicherung (200 bar) – (zentrale) Rückverstromung mit Brennstoffzelle wird ohne Nutzung der Wärmeenergie von einem Wirkungsgrad von 30 % ausgegangen[11]. Für diese Wirkkette ist derzeit (2012) die Wirtschaftlichkeit noch nicht gegeben. Außerdem bleiben die Verluste für die Verflüssigung und Lagerung (Ausgasen) an der Tankstelle (sofern nicht per Pipeline versorgt) sowie der Aufwand für die Höchstkompression (700 bar) für mobile Anwendung in Drucktanks ebenso wie die Zwischenspeicherung von elektrischer Energie in Traktionsbatterien unberücksichtigt.

Während also die Hersteller ihre Fahrzeuge (Tank-to-Wheel) als das „mit Abstand umweltfreundlichstes Auto der Welt“[12] rühmen, wurde es bei einer Well-to-Wheel-Betrachtung auch schon als „eines der klimafeindlichsten Autos überhaupt“[13] bezeichnet. Ihr Well-to-Wheel-Wirkungsgrad liegt systembedingt immer niedriger als der reiner Elektroautos.[14]

Hybride mit Verbrennungsmotor[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hier wird versucht, die hohe Effizienz des Elektroantriebes zu nutzen, die Nachteile der begrenzten Reichweite aber durch eine Kombination mit Verbrennungsmotor zu kompensieren. Derzeit existiert eine parallele Entwicklung verschiedener Konzepte:

  • serieller Hybrid: Ein oder mehrere Elektromotor(en) treiben das Fahrzeug an, keine mech. Verbindung Verbrennungsmotor zum Fahrzeugantrieb, dieser lädt über einen Generator den Akkumulator nach
  • leistungsverzweigender Hybrid: obiges Konzept, Möglichkeit eines direkten Einkoppeln der Antriebsleistung des Verbrennermotors, meist in dessen günstigstem Arbeitsbereich (Bsp.: Chevrolet Volt)
  • paralleler Hybrid: beide Antriebssysteme können das Fahrzeug bewegen (Toyota Prius), oder in schwächerer Ausführung ohne ausschließlichen elektrischen Fahrbetrieb als:
  • Milder Hybrid: Der Verbrennermotor treibt das Fahrzeug an, der Elektromotor wirkt lediglich unterstützend und realisiert oft auch eine Rekuperationsbremse oder Anfahrhilfe zur Wirkungsgraderhöhung.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. European Commission, Mai 2006, März 2007:Well-to-Wheels Analysys of future automotive fuels and powertrains in the european context (PDF-Datei; 1,0 MB) eingefügt am 26. Januar 2012
  2. European Commission, Juli 2011:Well-to-Wheels Analysys of future automotive fuels and powertrains in the european context (PDF-Datei; 728 kB) eingefügt am 18. April 2012
  3. Zeit online, Juli 2010:Kein Elektroauto ist völlig sauber eingefügt am 26. Januar 2012
  4. A.M. Foley, B. Smyth, B. Gallachoir,, 2011: A Well-to-Wheel Analysis of electric Vehicles and greenhouse Gas savings (PDF-Datei; 73 kB), eingefügt am 18. April 2012
  5. Hydrogen Center Austria, Oktober 2009:Wirkungsgrade und CO²-Emissionen verschiedener Energieketten (PDF-Datei; 173 kB) eingefügt am 26. Januar 2012
  6. Softwaretool für Well-to-Wheel-Vergleiche:Optiresource Informationen und Online-Simulationsprogramm, eingefügt am 26. Januar 2012
  7. Paul Scherer Institut PSI, 7. April 2010: Ökobilanz der Elektromobilität (PDF-Datei; 353 kB), eingefügt am 27. Februar 2012
  8. a b AMS, Januar 2009:Energiebrisanz PDF-Datei, eingefügt am 26. Januar 2012
  9. JRC,UBA, September 2013: Treibgasemissionen verschiedener Kraftstoffe und Antriebsarten, aufgerufen 22. September 2014
  10. Zeit online, 04.November.2010: Verbrauchswerte von Hybridautos führen in die Irre, aufgerufen 6. Mai 2013
  11. H2-Works: Wasserstoffspeicherung, aufgerufen am 14. August 2012
  12. Zeit online, 17. Mai 1996: Das gezähmte Knallgas, aufgerufen 25. Juni 2013
  13. heise.de, 7. Juli 2014: Eines der klimafeindlichsten Autos überhaupt, aufgerufen 29. September 2014
  14. Umweltbundesamt Österreich, Wien 2014: Ökobilanzierung alternativer Antriebe, PDF, aufgerufen 29. September 2014