In der Hausarbeit werden zunächst die beiden Antriebstechnologien, Elektro- und Wasserstoffmobilität, in ihrer Entstehung und dem aktuellen Stand betrachtet. Im weiteren Verlauf wird speziell auf rein elektrisch-betriebene Pkws und Brennstoffzellen-Pkws eingegangen und die Technologie, Ökonomie und Ökologie dahinter sowie Wirkungsgrade und Energiefluss beschrieben. Aus diesen Erkenntnissen werden die jeweiligen Vor- und Nachteile herausgearbeitet und, um im abschließenden Fazit eine Aussage treffen zu können, welche dieser beiden Antriebsformen sich langfristig auf dem Mobilitätssektor durchsetzen wird.
Durch den Klimawandel und der damit einhergehenden Probleme gehen immer mehr Unternehmen den Schritt in die Nachhaltigkeit und bemühen sich Umweltbewusster zu agieren. Ein großer negativer umwelteinfluss entsteht durch Abgase im Verkehrssektor, welche vor allem in Großstädten ein großes Problem darstellen. Auch hier ist ein Aufschrei nach umweltbewussteren Alterativen zu verzeichnen. Seit den 90er Jahren beschäftigt sich die Automobilindustrie damit, schadstoffärmere Motoren zu produzieren und hat damit bereits Erfolge erzielt. Doch, um dem Ziel des Pariser Abkommens, bis zum Jahr 2050 Emissionsfrei zu sein, näher zu kommen, reicht das noch lange nicht. Der neue technische Fortschritt: Elektro- & Wasserstoffmobilität.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theoretischer Hintergrund
2.1. Definition und Abgrenzung
2.2. Entstehung der ersten Elektro- und Wasserstofffahrzeuge
2.3. Aktueller Stand
3. Elektromobilität
3.1. Technologie
3.2. Ökologie
3.3. Ökonomie
4. Wasserstoffmobilität
4.1. Technologie
4.2. Ökologie
4.3. Ökonomie
5. Vergleich Elektro- & Wasserstoff-Personenkraftfahrzeuge
5.1. Wirkungsgrad und Energiefluss
5.2. Gegenüberstellung
5.3. Zukunftsaussichten
6. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit vergleicht batteriebetriebene Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen-PKWs, um zu bewerten, welche Antriebstechnologie effizienter und ökonomisch sowie ökologisch vorteilhafter ist, um langfristig eine führende Rolle im Mobilitätssektor einzunehmen.
- Technische Grundlagen von Batterie- und Brennstoffzellen-Antrieben
- Ökologische Bilanz unter Berücksichtigung des Lebenszyklus und CO2-Ausstoßes
- Wirtschaftliche Aspekte wie Anschaffungskosten, Förderung und Unterhalt
- Wirkungsgradbetrachtung entlang der gesamten Energiekette (Well-to-Wheel)
- Analyse der bestehenden Infrastruktur für Elektro- und Wasserstoffmobilität
Auszug aus dem Buch
4.1. Technologie
Im Prinzip ist ein Wasserstoffauto ein Elektrofahrzeug, denn das Wasserstoff-betriebene Auto fährt ebenfalls mit einem Elektromotor und einer Lithium-Ionen-Batterie. Zusätzlich hat es aber noch eine Brennstoffzelle und einen Wasserstoff-Speicher. Die Brennstoffzelle im Auto dient dazu, die im Energieträger, also dem Wasserstoff, chemisch gespeicherte Energie in elektrische Energie umzuwandeln und im Energiespeicher (Batterie) zwischenzulagern oder sie direkt in den Motor einzuspeisen, welcher das Fahrzeug antreibt. Als Brennstoffzellen werden dabei bei Fahrzeugen Polymerelekrolyt-Brennstoffzellen (PEM-Zellen) genutzt. In der PEM-Brennstoffzelle reagieren molekularer Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. In diesem Vorgang wird die chemische Energie von Wasserstoff und Sauerstoff direkt, also ohne Verbrennungsprozess in elektrische Energie umgewandelt. Ähnlich wie die Leistungselektronik, welche im Elektrofahrzeig aus Gleichstrom Drehstrom macht. In der Brennstoffzelle wird dem Brennstoff (Wasserstoff) ein Oxidationsmittel, üblicherweise Luftsauerstoff, hinzugefügt, so dass unter direkter Erzeugung elektrischer Energie eine Oxidation entsteht.
Die Brennstoffzelle besteht aus drei Komponenten: die Anode, die Membran und die Kathode. Die Anode ist ein feines Metallnetzes, welches katalytisch das einströmende Wasserstoffgas in Wasserstoff Protonen und Elektronen trennt. Dabei findet eine Oxidation statt. Die Membran besteht üblicherweise aus einer speziellen Kunststofffolie, die Protonendurchlässig ist, Elektronen aber nicht durchlässt. Die Kathode besteht ebenfalls aus einem feinem Metallnetz, auf dem sich die durch die Membran gelangten Protonen sammeln. An der Kathode werden die Protonen, Elektronen und der zugeführte Sauerstoff katalytisch zu Wasser verbunden. Hierbei handelt es sich um eine Reduktion. Werden die beiden Elektroden über eine Leiter verbunden, wandern die Elektronen von der Anode zur Kathode. Der in die Leitung geschaltete Verbraucher wird somit mit Strom versorgt. Als Endprodukt entsteht nur Wasserdampf.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die Notwendigkeit umweltfreundlicherer Mobilität aufgrund des Klimawandels und definiert das Ziel der Arbeit, Elektro- und Wasserstoffantriebe gegenüberzustellen.
2. Theoretischer Hintergrund: Dieses Kapitel definiert den Begriff des Personenkraftfahrzeuges und gibt einen historischen Überblick über die Entwicklung beider Antriebstechnologien bis zum aktuellen Stand.
3. Elektromobilität: Hier werden die technologische Funktionsweise, ökologische Aspekte sowie ökonomische Rahmenbedingungen von batterieelektrischen Fahrzeugen detailliert analysiert.
4. Wasserstoffmobilität: Der Fokus liegt auf der Technologie, der ökologischen Bilanz und der ökonomischen Situation von Brennstoffzellen-Fahrzeugen auf dem deutschen Markt.
5. Vergleich Elektro- & Wasserstoff-Personenkraftfahrzeuge: Dieses Kapitel vergleicht beide Antriebsarten hinsichtlich ihrer Wirkungsgrade, Infrastrukturvoraussetzungen und Zukunftsaussichten.
6. Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und bewertet die Chancen einer Durchsetzung beider Antriebsformen im Mobilitätssektor.
Schlüsselwörter
Elektromobilität, Wasserstoffmobilität, Brennstoffzelle, Batterietechnologie, CO2-Ausstoß, Wirkungsgrad, Well-to-Wheel, Ladeinfrastruktur, Wasserstoffstrategie, Umweltprämie, Nachhaltigkeit, Antriebstechnologien, Kraftstoffkosten, Emissionsfreiheit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht und vergleicht batterieelektrische PKWs und Brennstoffzellen-Autos als umweltfreundliche Alternativen zum herkömmlichen Verbrennungsmotor.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themenfelder sind die technologische Funktionsweise der Antriebe, die ökonomische Wirtschaftlichkeit, ökologische Auswirkungen und die vorhandene Infrastruktur.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist zu klären, welche der beiden Antriebsarten hinsichtlich Effizienz und Sparsamkeit überlegen ist und sich langfristig am Markt durchsetzen könnte.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autorin führt einen vergleichenden Analyserahmen durch, der technische Daten, CO2-Bilanzen und wirtschaftliche Aspekte auf Basis aktueller Studien und Fachliteratur gegenüberstellt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine detaillierte Betrachtung von Technik, Ökologie und Ökonomie der beiden Antriebsformen sowie einen direkten Vergleich mittels Wirkungsgradanalysen und Zukunftsprognosen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Elektromobilität, Wasserstoffmobilität, Wirkungsgrad, CO2-Bilanz und Ladeinfrastruktur charakterisiert.
Warum spielt die nationale Wasserstoffstrategie eine Rolle für die Zukunft?
Die Strategie soll den Ausbau der Transportinfrastruktur fördern und die Nutzung von grünem Wasserstoff vorantreiben, was die Wettbewerbsfähigkeit von Brennstoffzellen-Autos verbessern könnte.
Welchen entscheidenden Vorteil haben Brennstoffzellen-Autos gegenüber reinen Elektroautos?
Brennstoffzellen-Autos bieten eine deutlich höhere Reichweite bei gleichzeitig wesentlich kürzerer Tankdauer, was sie für längere Strecken attraktiver macht.
Weshalb liegt das Elektroauto beim Wirkungsgrad vorne?
Aufgrund der direkten Energienutzung ohne Umwandlungsprozesse (wie bei der Wasserstofferzeugung und -rückverstromung) erreicht das Elektroauto einen höheren Gesamtwirkungsgrad von 73% im Vergleich zu 22% bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen.
- Arbeit zitieren
- Arina Witasew (Autor:in), 2021, Elektro- und Brennstoffzellenautos. Ökonomische, ökologische und technische Aspekte im Vergleich, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/1036971
