Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Niedrigenergiefahrzeug (NEF)

Der Begriff Niedrigenergiefahrzeug (NEF) bezeichnet Fahrzeuge, die einen im Vergleich zum derzeitigen mittleren Flottenverbrauch deutlich (unter 0,5 kWh/km oder 1,8 MJ/km) reduzierten Kraftstoffverbrauch realisieren.

Die Begriffsbildung ist angelehnt an das Niedrigenergiehaus. Eine Norm existiert noch nicht. Steuerlich gibt es jedoch bereits unterschiedliche Einstufungen (z.B. befristete Steuerbefreiung für das Dreiliterauto). Speziellere Begriffe sind Einliterauto, Zweiliterauto, Dreiliterauto und Fuenfliterauto.

Die Notwendigkeit, Fahrzeuge mit einem möglichst geringem Verbrauch zu produzieren und zu betreiben, ergibt sich aus den Zwaengen zur Energieeinsparung. Neben der dem nachhaltigen Umgang mit begrenzten Energievorraeten zählt vor allem der wirtschaftliche Betrieb der Fahrzeuge. Motivation für ist also die stete Steigerung der Kraftstoffpreise und die politische, sprich steuerliche Foerderung verbrauchsarmer Fahrzeuge vor dem Hintergrund der Zunahme der Zulassungszahlen von Kfz weltweit.

Einen grossen Schub für den Bau von Niedrigenergiefahrzeugen brachte die Ankuendigung 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 zurueckzulegen. Diese Faehigkeit können heute praktisch nur elektrisch betriebene Fahrzeuge gewaehrleisten - die Haupt-Triebfeder hinter den Hybrid-Anstrengungen der grossen Autohersteller. Bereits 1996 stellte der deutsche Hersteller Audi einen Audi 100 Duo vor, der aber mangels Nachfrage bald wieder eingestellt wurde. Auch die deutschen Dreiliter-Modelle Audi A2 TDI 3l und VW Lupo TDI 3l verkauften sich - trotz steuerlicher Foerderung - so schlecht, dass der VW-Konzern die Produktion einstellte.

Ein nachhaltiger Umgang mit Energie bei der eigenen Mobilitaet (Problematik der begrenzten Energievorraete), alternative Antriebe und auch der geringe Schadstoffausstoss machen Niedrigenergiefahrzeuge für deren Nutzer attraktiv.

Verbrennungsmotoren von Autos sind zu etwa 20 Prozent am weltweiten Aufkommen von CO2 beteiligt, welches einen wesentlichen Teil zur globalen Erwaermung beiträgt. Des Weiteren sind die Erdoelvorraete, die den allermeisten Kraffahrzeugen als Energiequelle dienen, endlich. Die Motivation ist das ALARA-Prinzip (As Low As Reasonable 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 oekologiebewegung - auf Fahrradtechnik basierende Fahrzeuge in Kleinstserie produzieren und sich zum Beispiel auch Gedanken um die umweltfreundliche Erzeugung der zum Vortrieb erforderlichen Energie machen.

Auch das Marketing der Automobilfirmen hat den Umweltschutz bereits als Verkaufsargument erkannt. Zumeist wird der Fokus der Werbung jedoch auf andere Merkmale der Fahrzeuge (Nutzwert, Fahrleistungen) gelegt.

Der Verkehrsclub Deutschland gibt die Auto-Umweltliste heraus, die sich unter anderem am Energieverbrauch orientiert. Eine andere Bewertung ist der FIA EcoTest.

Der Energieverbrauch für KFZ wird in Europa ueblicherweise in Liter Kraftstoff pro 100 km Fahrstrecke angegeben. Um zu vergleichbaren Zahlen zu kommen, muss bei verschiedenen Kraftstoffen der Energiegehalt berücksichtigt werden. So hat Dieselkraftstoff eine Energiedichte von 9,8 kWh/l, Benzin 8,9 kWh/l. Beide haben etwa eine massenbezogene Energiedichte von rund 12 kWh/kg, Erdgas 14-15 kWh/kg.

Eine andere Art den Energieverbrauch zu ermitteln ist die Angabe in Energiebetrag pro transportierter Nutzlast und Weg. Bei einem Vergleich eines LKW, der 20t Fracht mit 50 Litern Dieselverbrauch über 100 km transportiert, mit einem vollbesetzten Diesel- PKW, der mit 7,5 l 500 kg Fracht (Passagiere+Gepaeck) befoerdert, liegt der Energieverbrauch beim LKW bei 0,25 l/100 kg, der PKW benötigt den sechsfachen Betrag, naemlich 1,5 l für 100 kg auf 100 km.

Der Energieverbrauch eine Fahrzeuges ist neben seinen konstruktiven Gegebenheiten auch von der Art seiner Verwendung abhaengig. So kann durch eine energiesparende Fahrweise der Verbrauch noch weiter gesenkt werden.

Aus konstruktiver Sicht haben folgende Faktoren Einfluss auf den Energieverbrauch:

Fahrzeugmasse: geringes Gewicht wird durch angepasste Groesse des Fahrzeuges für seinen Einsatzzweck erreich. Dabei wird ein möglichst hohes Nutzlast/Leermasse-Verhältnis angetrebt. Erreicht wird dies neben reativ kleinen Abmessungen vor allem durch Leichtbauweise (hochfester Stahl, Aluminium, Magnesium, Faserverbundwerkstoff). Auch der Verzicht auf Komfort-Extras kann zur Gewichtsreduktion führen.

Wirkungsgrad der Energieumwandlung vom Kraftstoff in mechanische Energie: Neben der stetigen Verbesserung der Verbrennungsmotoren kommen auch mehr und mehr alternative Antriebstechniken zum Einsatz, beispielsweise der Hybridantrieb. Weitere Erhöhung der Effizienz der Verbrennung ist durch Turboaufladung und Ladeluftkuehlung möglich. Durch die Beschraenkung der Hoechstgeschwindigkeit (weniger Leistung) kann der Motor laenger im verbrauchsguenstigen Bereich arbeiten, womit der Nutzungsgrad steigt.
Fahrwiderstaende
Rollwiderstand: Geringer Rollwiderstandskoeffizient durch schmale leichte Reifen mit glatten Laufflaechen, reduzierten Flanken (um das Walken zu vermeiden) und Betrieb für erhoehten Luftdruck (mindestens 0,3 bar mehr)
Luftwiderstand: Verringerung des Luftwiderstandsbeiwertes durch verkleidete Radkaesten und glatte Oberflaechen (cw-Wert bis ca. 1,16), keine Tuerschnallen, Kamera statt Seitenspiegel. Alternative Fahrzeugkonzepte können die dem Luftstrom ausgesetzte Querschnittsflaeche (Spantflaeche) des Fahrzeugs durch hintereinander befindliche oder zumindest versetzt angeordnete Sitze (Zweisitzer mit ca. 1m² Spantflaeche), oder niedrige Sitzposition und geringer ueberkopfraum weiter reduzieren.
innerer Widerstand: Geringe interne Reibungsverluste durch effiziente Verstellgetriebe oder Direktantrieb (Nabenmotor) bei dem das Getriebe entfallen kann, auch Bremsen und Aufhaengung werden modifiziert in Hinblick auf geringen Energieverbrauch. Energiemanagement mit Freilauf und ggf. Starter-Generator Systeme. Geringere Masse und Fahrwiderstaende lassen die Verwendung von kleineren Motoren mit geringerem innere Widerstand zu (Downsizing). Verbrennungsmotoren arbeiten unter hoher Last effizienter, so wird der Anteil der geringen Teillast reduziert. Nachteil ist dabei die reduzierte Beschleunigung und Hoechstgeschwindigkeit.
Zusatzverbraucher: Reduzierung des elektrischen Verbrauchs, z. B. LED-Licht, keine Sitzheizung etc. für 100 Watt elektischer Leistung werden je nach Wirkungsgrad von Verbrennungsmotor und Lichtmaschine in einem ueblichen Kfz etwa 0,1 Liter Benzin pro Stunde verbraucht.

Die Einstufung von Fahrzeugen erfolgt nach ihrem Durchschnittsverbrauch und dem daraus resultierenden Ausstoss von Kohlenstoffdioxid, gemessen nach Richtlinie 93/116/EG. Eigentlich sollte man von Fahrzeugen mit 2 kg Verbrauch pro 100 km sprechen, da der Energieinhalt pro Liter je nach Treibstoffart unterschiedlich ist. Durch Einschraenkungen bei Motorleistung und Bremsweg sind die Fahrzeuge zwar noch alltagstauglich, aber es muss die Fahrweise angepasst werden und auch Abstriche bei Komfort und Insassensicherheit gemacht werden (jedoch nicht so extrem wie bei Mopedautos). Das Dreiliterauto und auch die Zwei- und Ein-Liter-Varianten erreichen diese Verbraeuche nicht bei den normalen Tests wie z. B. FIA EcoTest sondern nur im ueberlandverkehr mit reduzierten Hoechst- und Durchschnittsgeschwindigkeiten.

Ein Fuenfliterauto emittiert weniger als 120 g/km. Dies entspricht einem Verbrauch von 5,06 Litern Benzin oder 4,53 Litern Diesel. Bei einer Zulassung vor dem 1. Januar 2000 waren diese Fahrzeuge von der Kraftfahrzeugsteuer befreit.
Im Kraftfahrzeugsteuergesetz § 3b (2) (Steuerbefreiung für besonders schadstoffreduzierte Personenkraftwagen) wird der Begriff Drei- Liter-Auto eine Kohlendioxidemission von 90 g CO2/km nicht uebersteigen. Dies entspricht einem Verbrauch auf 100 km von etwa 3,4 Litern Diesel oder 3,8 Litern Benzin.
Ein Einliterauto ist ein Fahrzeug mit 1.xl Verbrauch pro 100km, d.h. mit einem Treibstoffverbrauch mit einer eins vor dem Komma. Wegen der geringeren Dichte von Benzin ist der Wert eher mit Dieseltreibstoff zu erreichen, man könnte wegen der in etwa gleichen Heizwerte pro kg von Diesel und Benzin auch 1kg Verbrauch pro 100km spezifizieren.

Die Verbrauchsangaben (Flottenverbraeuche) werden jedoch ohne auf Verbrauchsminimierung erweiterte Fahrerassistenzsysteme nicht erreicht werden, da Kraftfahrzeuge immer noch sehr irrational (Kavalierstart) und auf der Basis von Vorurteilen (niedrige Drehzahlen schaden dem Motor) bewegt werden. Eine ueberarbeitung der heute verwendeten Zyklen scheint daher notwendig um die realen Verbraeuche und Emissionen besser kommunizieren zu können. Es ist zu erkennen, dass die Emissionen im realen Zyklus etwa doppelt so hoch wie im NEDC sind. Dies ist im Wesentlichen auf die im realen Betrieb höheren Motorleistungen sowie einer Optimierung der emissionsrelevanten Motorsteuerung auf den Typpruefzyklus zurueckzufuehren[link].

Ein erster Anhaltspunkt für die Klassifizierung von Niedrigenergiefahrzeugen waere die A-Bewertung beim Energielabel für Kraftfahrzeuge. 175 CO2 g/km entsprechen 6,6 l Diesel bzw. 7,5 l Benzin pro 100 km. Ein Dreiliterauto mit Dieselantrieb hat ca. 80 g/km, ein Vierliterauto 105 g/km. Es könnte daher zwei Klassen geben:

• Niedrigenergiefahrzeug (NEF) 18,1-105 g/km
• Ultra-Niedrigenergiefahrzeug (UNEF) bis 18 g/km (also ca. 10 % der ueblichen 175 g/km )

Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotorantrieb waere die Grenze zwischen NEF und UNEF 0,7 l Diesel100 km. Diese niedrige CO2-Emission kann kaum mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und fossilen Treibstoffen erreicht werden, daher müssen auch (ggf. hybride) Elektrofahrzeuge betrachtet werden.

Der Vergleich der CO2-Emissionen berücksichtigt den Ausstoss dieses Treibhausgases. Der Energieverbrauch im physikalischen Sinne ist bei verschiedenen Kraftstoffen durch den unterschiedlichen Kohlenstoffgehalt jedoch nicht auf Anhieb ermittel- und vergleichbar.

Der später folgende VW Lupo wurde mit kostenintensiven Techniken (elektrohydraulische Kupplung, Schwungnutzautomatik, Start-Stopp-Funktion) und unter Verwendung von Leichtmetallen wie Aluminium und Magnesium, die in der Produktion einen höheren Energiebedarf haben, gebaut. Dies verteuert das Fahrzeug, so dass eine Amortisation innerhalb der Lebenszeit zu den damaligen Treibstoffpreisen nicht möglich war und die Gesamtenergiebilanz verschlechtert wird.

Letztlich scheiterte bislang die Einführung entsprechend ausgeruesteter Fahrzeuge auf breiter Front an:

• dem Preis und somit am Kaufverhalten des Kunden
• dem gewoehnungsbeduerftigen Fahrverhalten, das den normalen Kunden unkomfortabel erschien und teilweise verunsicherte, wie bereits der Anfang der 90er Jahre gebaute VW Golf Ecomatic mit Motorabschaltung zeigte.
• der eingeschraenkten Funktionalitaet und des eingeschraenkten Komforts der zumeist auf Kleinstwagen basierenden (Lupo, Smart) Fahrzeuge.

Ein Teil der Technik fand jedoch Eingang in die Serienproduktion "normaler" Pkw, (elektrohydraulische Kupplung, verkleidete Radkappen), insbesondere der Erfolg des Smart zeigt eine zukuenftige Richtung auf. Auch waere ein Festhalten am Unterschreiten des 3l Limit für Mittelklassefahrzeuge nicht noetig, da die Flottenverbraeuche derzeit bei manchen Herstellern noch 7,5l betragen. Es existierte aber auch ein Mittelklassefahrzeug (Opel Astra Eco4 1.7 DTI 16V) mit 4,4l Verbrauch auf 100km[link]. Der Toyota Prius kommt bei einem Verbrauch von 5,1l/100km umgerechnet auf 4,6l/100km Diesel.

Die meisten Leichtfahrzeuge sind Niedrigenergiefahrzeuge, jedoch nicht immer vollwertige Pkw.

• VW Lupo 3L TDI, baugleich ist der Seat Arosa 3L TDI und hat einen Normverbrauch von 2,99l/100km
• Toyotas ES3 mit Hybridantrieb kam auf 2,7 l/100 km (87 mpg) [link].
• Der Prius Plug in (elektrische Nachlademoeglichkeit vom Netz) kommt auf 2,35 l/100km wenn man die Endenergie (Strom+Benzin) betrachtet.
• Audi A2 1.2 TDI (Produktion wurde Ende Juli 2005 eingestellt)
• smart cdi (ohne Euro-4-Abgasnorm)

Der Mitsubishi "i" concept hat im FIA EcoTest 2003 nur 3.8 l/100 km erreicht, dies war jedoch unter praxisnahen Bedingungen wie Betrieb auf Autobahn und mit Klimaanlage [link]. 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[link].

Unter die Definition 2 kg pro 100 km faellt auch der Twingo Smile von Greenpeace, da er mit Benzin betrieben wird [link].

Das VW 1-Liter-Auto ist bisher eine Studie.

Ein technisch interessantes Projekt ist das 1,5-Liter- Auto von Loremo ([link]), das zum Preis von nur 10.000 Euro auf den Markt kommen soll. Allerdings sucht die Firma noch nach Investoren, um den Bau von Prototypen zu finanzieren. (Stand Juli 2005)

Opel Corsa ECO 3l

Neben Fahrzeugen mit Verbrennungsantrieb erreichen auch Elektrofahrzeuge Endenergie-Verbraeuche, die einem Liter Diesel pro 100km entsprechen (das sind ca. 10 kWh/100km), tw. noch darunter. Selbst Fahrzeuge mit normaler Kleinwagenkarosserie wie der Citroen AX Electrique verbrauchen umgerechnet weniger als 2l/100km. Konsequente Leichtbaufahrzeuge noch weniger Horlacher Sport II6 - 9 kWh / 100 km (Batterieverbrauch)[link]

Zwar wurde die Serienfertigung des Drei-Liter-Autos grundsaetzlich begruesst, dennoch bot die Vorgehnsweise mancher Automobilhersteller teilweise auch Anlass zur Kritik. Folgende Punkte werden dabei immer wieder genannt:

• Einsparungen beim Verbrauch der fossilen Energieträger lassen sich auch durch Verwendung alternativer Energieträger wie Biodiesel oder Ethanol erzielen. Jedoch kann bei niedrigeren Flottenverbraeuchen mehr Kraftstoff substituiert werden. Der Verbrauch durch Kraftfahrzeuge macht in Deutschland ca. 12% des Gesamtbedarfs an Öl aus. Weitere Potenziale bei der Einsparung in Bezug auf Öl sind also ebenfalls zu berücksichtigen, etwa für Heizungsanlagen.
• Viele oben genannten Fahrzeuge besitzen einen Dieselmotor. Dieser erzeugt aber auch Russpartikel (siehe auch: Feinstaub).
• Die hohen Anschaffungspreise, die dadurch bedingte lange Amortisationszeit und auch die eingeschraenkte Funktionalitaet (Smart, Lupo) haben bislang verhindert, dass sich die Drei-Liter-Fahrzeuge am Markt etablieren konnten. Diese PKWs kaemen in der deutschen Durchschnittsfamilie bestenfalls als Zweit- oder Drittwagen in Frage. Die Ersparnis an Erdöl duerfte somit global gesehen wohl kaum ins Gewicht fallen.
• Vorteile wie die durch den niedrigeren Luftwiderstand höhere Endgeschwindigkeit der Eco-Varianten[link] wurden gar nicht kommuniziert. Die Fahrzeuge wurden insgesamt zu wenig beworben.
• 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 wird Mitte 2005 ohne Nachfolger eingestellt. Auch die Zukunft des Smart cdi ist aeusserst fragwuerdig. Auch der Opel Astra Eco4 mit modifiziertre Karosserie ist in der neuen Serie verschwunden.
• Der Automobilindustrie wird vorgeworfen die Drei- Liter-Autos nur als Alibi-Projekte zu verwenden. Die Produktwerbung vieler Automobilhersteller setzt nach wie vor auf hochmotorisierte sportliche Fahrzeuge und entzieht sich ihrer Verantwortung gegenüber der Umwelt. So wurde die (gesetzlich vorgeschriebene) Angabe des Kraftstoffverbrauchs bei Fahrzeughaendlern wurde nur zoegerlich und nach diversen Bussgeldern umgesetzt. Projekte wie der Bugatti und der Bentley von Volkswagen oder der Maybach und die S-Klasse von Mercedes sowie der von beiden Konzernen praktizierte Einstieg in das SUV-Geschaeft sind mit dem Prinzip Umweltschutz nur schwer vereinbar. Eine besondere Bedeutung wird den oekomodellen in den USA zuteil (siehe auch: Flottenverbrauch).