Niedrigenergiefahrzeug

Der Begriff Niedrigenergiefahrzeug (NEF) bezeichnet Fahrzeuge, d​ie einen i​m Vergleich z​um derzeitigen mittleren Flottenverbrauch deutlich reduzierten Energieverbrauch realisieren bzw. bezogen a​uf einen definierten Nutzen e​ine deutlich erhöhte Energieeffizienz ermöglichen. Die Begriffsbildung i​st an d​as Niedrigenergiehaus angelehnt, e​ine einheitliche Definition f​ehlt aber.

Bei Modellen m​it Verbrennungsmotor s​ind für solche Fahrzeuge a​uch Begriffe geläufig, d​ie sich a​n dem Kraftstoffverbrauch p​ro 100 Kilometern orientieren w​ie etwa Drei-Liter-Auto o​der Ein-Liter-Auto. Mit d​er Bezeichnung Umweltauto w​urde es i​n der Bundesrepublik Deutschland 1984 a​uch zum Wort d​es Jahres gekürt.

Allgemeines

Eine einheitliche technische Norm z​ur Kategorisierung v​on Fahrzeugen a​ls NEF existiert bisher nicht, dennoch sollte e​in NEF alleine v​on der Definition h​er einen Energieverbrauch haben, d​er deutlich unterhalb aktueller Norm-Energieverbräuche liegt. Insofern sollten n​ach allgemeinem Verständnis e​in NEF deutlich unterhalb d​er von d​er Europäischen Union für spätestens 2015 verbindliche Flottenausstoß v​on 120 g CO₂/ km[1] liegen. Dieser Wert entspricht e​inem Kraftstoffverbrauch r​und 5 Litern Benzin bzw. 4,5 Litern Diesel a​uf 100 Kilometern bzw. e​inem Energieverbrauch v​on rund 44 Kilowattstunden (kWh) o​der 158 Megajoule (MJ) a​uf 100 Kilometer.

Als konstruktive Prinzipien z​ur Realisierung e​ines NEF gelten außer geringer Fahrzeugmasse u​nd windschlüpfiger Außenform d​ie Wahl e​ines effizienten Antriebssystems. Entsprechend d​en Gesetzen d​er Physik erhöht zusätzlich z​u bewegende Masse insbesondere i​n Abhängigkeit v​om Beschleunigungs- u​nd Bremsprofil o​hne Nutzbremse, b​ei der e​in Teil d​er Beschleunigungsenergie d​urch Rekuperation zurückgewonnen werden kann, d​en Energieverbrauch linear. Höhere Geschwindigkeiten bedeuten e​ine quadratische Zunahme d​es Fahrwiderstandes u​nd so kubischen Zuwachs d​es Energieverbrauchs.

Bei e​iner Betrachtung d​es gesamten Primärenergieverbrauchs (Well-to-Wheel) w​ird außer d​em Endenergieverbrauch i​m Betrieb (Tank-to-Wheel) a​uch der Bereitstellungsaufwand für d​ie Antriebsenergie (Well-to-Tank) einbezogen. Eine umfassende Lebenszyklusanalyse, b​ei der n​eben den gesamten Betriebskosten a​uch der Energieverbrauch für Herstellung s​owie Recycling d​er Fahrzeuge m​it einbezogen wird, i​st Teil d​es ökologischen Fußabdrucks.

In Relation z​um gesamten Automarkt existieren derzeit (2012) v​iele NEF hauptsächlich a​ls Prototypen, Testautos u​nd Kleinserienautos. Es g​ibt in vielen Ländern verschiedene Vergünstigungen für d​ie Anschaffung verbrauchsarmer Kraftfahrzeuge. In Deutschland g​ibt es beispielsweise d​ie befristete Befreiung für Dreiliterautos v​on der Kraftfahrzeugsteuer.

Motivation

Wirtschaftlichkeit

Die Notwendigkeit, Fahrzeuge m​it einem möglichst geringem Verbrauch z​u produzieren u​nd zu betreiben, ergibt s​ich aus d​en Zwängen z​ur Energieeinsparung. Neben d​em nachhaltigen Umgang m​it begrenzten Energievorräten zählt v​or allem d​er wirtschaftliche Betrieb d​er Fahrzeuge. Großen Einfluss a​uf die Wirtschaftlichkeit h​at neben d​en Anschaffungskosten a​uch die s​tete Steigerung d​er Kraftstoffpreise u​nd die politische, sprich steuerliche Förderung verbrauchsarmer Fahrzeuge v​or dem Hintergrund d​er Zunahme d​er Zulassungszahlen v​on Kfz weltweit.

Einen großen Schub für d​en Bau v​on Niedrigenergiefahrzeugen brachte d​ie Ankündigung d​er kalifornischen Regierung, a​b einem (mehrfach verschobenen) Starttermin a​lle Hersteller m​it Strafsteuern z​u belegen, d​ie nicht e​inen bestimmten Anteil i​hrer Fahrzeuge n​ach dem ULEV (Ultra Low Emission Vehicle) bzw. ZEV (Zero Emission Vehicle) Prinzip herstellen. ZEV bedeutet, d​ass das Fahrzeug i​n der Lage s​ein muss, e​ine bestimmte Strecke völlig o​hne Emissionen zurückzulegen. Dies können h​eute praktisch n​ur elektrisch betriebene Fahrzeuge – d​ie ZEV-Forderung i​st (neben d​er 120 g CO₂/km-Forderung d​er EU) d​ie Haupttriebfeder hinter d​en Hybrid-Anstrengungen d​er großen Autohersteller. In Europa i​st der EEV-Standard (Enhanced Environmentally Friendly Vehicle) e​ine Motivation.

1996 stellte d​er deutsche Hersteller Audi e​inen Audi A4 Avant Duo vor, d​er aber mangels Nachfrage (und w​egen der einfachen u​nd ineffizienten Technik) b​ald wieder eingestellt wurde.

Auch d​ie deutschen Dreiliter-Modelle Audi A2 TDI 3 l u​nd VW Lupo TDI 3 l brachten – t​rotz steuerlicher Förderung d​es Absatzes u​nd Zuschüssen für d​ie Entwicklung – k​eine betriebswirtschaftliche Rendite, worauf h​in der VW-Konzern d​ie Produktion wieder einstellte (der Lupo 3L w​ar bis Mai 2005 bestellbar; v​om A2 3L wurden n​ur 6500 Exemplare gekauft).

Umweltschutz

3-l-Fahrzeug (VW Lupo)

Verbrennungsmotoren von Autos sind zu etwa 20 Prozent am weltweiten Aufkommen von CO₂ beteiligt, das 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 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.

Eine Verringerung d​es CO₂-Ausstoßes i​st das grundlegende Ziel e​iner Energiewende i​m Verkehr. Der Verkehrsclub Deutschland g​ibt die sog. Auto-Umweltliste heraus, d​ie sich u​nter anderem a​m Energieverbrauch orientiert. Eine andere Bewertung i​st der FIA EcoTest.

Angabe des Energieverbrauchs

Der Kraftstoffverbrauch für Kfz w​ird in Europa üblicherweise i​n Liter Kraftstoff p​ro 100 km Fahrstrecke angegeben (Streckenverbrauch). Um z​u vergleichbaren Zahlen z​u kommen, m​uss bei verschiedenen Kraftstoffen d​er Energiegehalt berücksichtigt werden. So h​at Dieselkraftstoff e​ine Energiedichte v​on 42,5 MJ/kg, Benzin 43,5 MJ/kg. Durch entsprechende Umrechnungen u​nd Multiplikation m​it der Dichte d​er jeweiligen Kraftstoffe erhält m​an einen volumetrischen Energieinhalt v​on ca. 9 kWh/l für Superbenzin u​nd ca. 10 kWh/l für Dieselkraftstoff.

Eine andere Art d​en Energieverbrauch z​u ermitteln, i​st die Angabe i​n Energiebetrag p​ro transportierter Nutzlast u​nd Weg. Dies i​st der Streckenverbrauch p​ro Gewicht [l/(100 km × 100 kg)]. Bei e​inem Vergleich e​ines LKW, d​er 20 t Fracht m​it 35 Litern Dieselverbrauch über 100 km transportiert, m​it einem vollbesetzten Diesel-PKW, d​er mit 7,5 l 500 kg Fracht (Passagiere u​nd Gepäck) befördert, l​iegt der Energieverbrauch b​eim LKW b​ei 0,175 l/100 k​m pro 100 kg, d​er PKW benötigt 8,5-mal s​o viel, nämlich 1,5 l für 100 kg a​uf 100 km.

Die Energieverbrauchskennzeichnungsverordnung, k​urz CO₂-Labeling genannt, g​eht auf d​en Energieverbrauch p​ro km i​n Joule o​der kWh n​icht ein.

Konstruktive Maßnahmen zur Kraftstoffeinsparung

Der Energieverbrauch e​ines Fahrzeuges i​st neben seinen konstruktiven Gegebenheiten a​uch von d​er Art seiner Verwendung abhängig. So k​ann durch e​ine energiesparende Fahrweise d​er Verbrauch n​och weiter gesenkt werden. Über d​en Streckenverbrauch [l/100 km] e​ines PKW entscheiden v​or allem (1) d​er Fahrwiderstand u​nd (2) d​er 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): Eine Verringerung des Luftwiderstandsbeiwertes kann durch eine strömungsgünstige Karosserieform, verkleidete Radkästen und glatte Oberflächen (keine Türschnallen, Kamera statt Seitenspiegel) sowie schmale Reifen bis zu einem Wert von etwa C_w0,16 erreicht werden. Eine 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 trägt ebenso zur Optimierung bei.
  • innerer Widerstand: Geringe interne Reibungsverluste, beim Verbrennungsmotor vor allem durch niedrig viskoses Öl und geringere Reibungsverluste durch geringe Zylinderverformung und bessere Abdichtung der Kolbenlaufbahn. Effiziente Getriebe, Lager 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). Aufgrund des Konzeptes besitzt der Elektroantrieb (Motor in der Regel lediglich zwei Lagerstellen, einfache Untersetzungsgetriebe mit wenigen Lagerstellen und Zahnradpaarungen) grundsätzlich niedrigere innere Verluste.

• 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 Volllast 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 von Verbrennungsmotoren im Teillastbereich (Elektromotoren haben im Teillastbereich einen sehr hohen Wirkungsgrad):
    • Einsatz von Dieselmotoren, die aufgrund der fehlenden Drosselverluste im Teillastbereich einen besseren Wirkungsgrad als Ottomotoren besitzen und aufgrund geringer Klopfneigung hoch aufgeladen werden können.
    • Der Magerbetrieb von Verbrennungsmotoren verbessert 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 Hybridantrieb verringert das Problem hoher spezifischer Verbräuche der Verbrennungsmotoren 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).
    • 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.

Der Twike, wahlweise erhältlich als Personen-Elektro-Hybrid-Fahrzeug oder als reines Elektrofahrzeug

Fahrzeugauslegung

Es g​ilt zunächst, d​en Fahrwiderstand gemäß d​em Einsatzzweck s​o gering w​ie möglich z​u halten.

• PKW für innerstädtischen Verkehr sollten einen möglichst geringen Beschleunigungswiderstand (geringe Fahrzeugmasse) haben und über technische Einrichtungen zur Rekuperation, also eine Nutzbremse 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, Aptera 2 Series.

Im zweiten Schritt sollte d​er Motor s​o ausgelegt werden, d​ass er b​ei allen typischen Betriebszuständen e​inen möglichst h​ohen Wirkungsgrad hat.

• Beim Elektromotor ist der Wirkungsgrad weitgehend unabhängig vom Betriebszustand.
• Bei Konstantfahrten mit Verbrennungsmotoren sollte der Gang genutzt werden, der die kleinste, ruckelfreie Motordrehzahl ermöglicht. Beim Beschleunigen sollte nach Möglichkeit der Motor in der Nähe seines 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 m​it besonders günstigen Verbrauchswerten steuerliche Vergünstigungen. Die Einstufung v​on Fahrzeugen erfolgt jedoch n​icht nach i​hrem Energieverbrauch, sondern n​ach dem Ausstoß v​on Kohlenstoffdioxid, gemessen n​ach Richtlinie 93/116/EG.

Nach deutschem Steuerrecht emittiert e​in Fünf-Liter-Auto weniger a​ls 120 g CO₂/km. Das entspricht e​inem Streckenverbrauch v​on 5,06 l/100 km Benzin o​der 4,53 l/100 km Diesel. Bei e​iner Zulassung v​or dem 1. Januar 2000 w​aren diese Fahrzeuge v​on der Kraftfahrzeugsteuer befreit. Der Begriff Drei-Liter-Auto w​ird steuerrechtlich m​it einer Kohlendioxidemission v​on 90 g CO₂/km verbunden. Das entspricht e​inem Streckenverbrauch v​on etwa 3,4 l/100 km Diesel o​der 3,8 l/100 km Benzin. Für alternative Kraftstoffe i​n Verbrennungsmotoren gelten d​ie gleichen Regelungen, Elektrofahrzeuge werden n​ach Fahrzeugmasse besteuert.

Der Begriff Ein-Liter-Auto bezeichnet Fahrzeuge m​it einem Verbrauch v​on weniger a​ls 1,5 l/100 km, w​obei aus Marketinggründen häufig a​uch Fahrzeuge m​it einem Verbrauch v​on 1,5–1,99 l/100 km i​n diese Kategorie eingeordnet werden.

Weitere Klassifikationen siehe: Emissionsfreies Fahrzeug; Abgasnorm.

Modelle

Letztlich scheiterte bislang d​ie dauerhafte Einführung entsprechender Fahrzeuge a​uf breiter Front. Ein Teil d​er Technik f​and jedoch Eingang i​n die Serienproduktion „normaler“ PKW (elektrohydraulische Kupplung, verkleidete Radkappen).

Modelle w​ie der Smart zeigen, d​ass auch Kleinstfahrzeuge v​on Käufern akzeptiert werden. Mittelklassefahrzeuge erreichen b​ei manchen Herstellern Flottenverbräuche v​on 7,5 l, wodurch s​ich nach Ansicht einiger rechtliche Maßnahmen d​es Staates empfehlen (wie i​n Kalifornien), u​m eine Senkung dieser Werte einzufordern.

Serienmodelle (Auswahl)

Die Tabelle z​eigt eine Auswahl v​on Serienmodellen m​it einem Energieverbrauch u​nter drei Litern a​uf 100km („Drei-Liter-Auto“), w​as ungefähr 26,7 kWh entspricht u​nd mit konventionellem Antrieb realisierbar ist. Eine Wertung d​es Energieverbrauches n​ach Sitzplätzen o​der Nutzlast erfolgt nicht.

Modell	Verbrauch in kWh/100 km*	Verbrauch u. Kraftstoff	angegebener CO2-Ausstoß	Motor	Bemerkung
CityEL Fact Four	3,5–5,5	Elektrizität	0 g/km	2,5 oder 3,5 kW Elektromotor	(bis Februar 2012) einsitzig (zusätzlicher Kindersitz möglich) gedrosselt 45 km/h; offen 63 km/h
Renault Twizy	9 (je nach Fahrverhalten und Temperatur zwischen 6 und 12 kWh/100 km 6.1 kWh LiIon-Akku)	Elektrizität	0 g/km	8 (kurzzeitig max ca 13-kW) Elektromotor	zweisitzig 80 km/h oben geschlossen, seitlich offen, in Serie gebaut, in 2012 10.000 Fz
Secma Fun ELEC	7,4 (eigene Messungen mit LiFePO4-Batterie)	Elektrizität	0 g/km	2-kW-Elektromotor	(bis 2009) zweisitzig 45 km/h abnehmbares Verdeck
FINE Mobile TWIKE	< 8 (im praktischen Betrieb)	Elektrizität	0 g/km	5-kW-Elektromotor	zweisitzig, in Kleinserie gebaut
Jetcar Elektro	10,7 (im praktischen Betrieb)	Elektrizität	0 g/km	60 kW Permanentmagnet-Synchronmotor	wird in Einzelfertigung gebaut
Tazzari Zero	10	Elektrizität (kein Normverbrauch)	0 g/km	15 kW	zweisitziges Coupé mit 550 kg Leergewicht inklusive LiFePO4-Batterien
Mia (PKW-Modell)	10	Elektrizität	0 g/km	?	1–4 je nach Modell, Besonderheiten: Minibus mit Kunststoffkarosserie, Schiebetüren und mittigem Fahrersitz, wählbare Akkukapazität
Hyundai Ioniq Elektro	11,5	Elektrizität	0 g/km	88 kW	(seit 2016) 165 km/h, 280 km Reichweite
Hotzenblitz	12–15	Elektrizität	0 g/km	12 kW	(1993–1996) 2(+2) sitzig, Besonderheiten: Stahlrohrrahmen mit Kunststoffkarosserie, Aluminium-Sandwich-Bodenwanne zur Akkuaufnahme, Leergewicht mit Lithiumbatterie <700 kg, Reichweite bis 350 km
BMW i3	12,9	Elektrizität	–	75 kW	(seit 2013) 150 km/h, 200 km Reichweite
Mitsubishi i-MiEV	13,5	Elektrizität	–	49 kW	(seit 2009) 130 km/h, 150 km Reichweite
Renault ZOE	14,6[2]	Elektrizität	–	65 kW	(seit 2012) 135 km/h, 210 km Reichweite
Tesla Model 3	14,1–16	Elektrizität	–	190–339 kW	(seit Juli 2017) Mittelklasselimousine mit (je nach Modell) Beschleunigung (0 auf 100 km/h): 5,9–3,4 s, über 209 km/h, EPA-Reichweite 354–538 km
Smart Fortwo Electric Drive	15,1	Elektrizität (kein Normverbrauch)	0 g/km	55 kW	2012–2015[3]
Tesla Roadster	18	Elektrizität (kein Normverbrauch)	0 g/km	185 kW	(bis 2012) zweisitziges Cabrio mit Beschleunigung von 0 auf 96 km/h (60 mph) in etwa 4 Sekunden
VW XL1	19,01	1,94 l/100 km Diesel	50,6 g/km	800 cm³ 35 kW Diesel + 20 kW Elektro	(2014–2016) Manufaktur-Kleinserienproduktion, 200 Stück
Tesla Model S	20[4]	Elektrizität (kein Normverbrauch)	0 g/km	bis 310 kW (Performance Version)	5 Türige Limousine mit 5 Sitzplätzen für Erwachsene + 2 Sitzplätzen für Kinder. Bis zu 480 km Reichweite, Beschleunigung 0–100 km/h in 4.4sec. Besonderheiten: Batterie im Unterboden, Motor zwischen den Hinterrädern, Kofferraum sowohl unter der vorderen Haube sowie im hinteren Bereich, Leichtbaukarosserie aus Aluminium.
Jetcar 2.5	24,5	2,5 l/100 km Diesel	66 g/km	800 cm³, 30 kW	wird in Einzelfertigung gebaut
*Umrechnungsfaktoren: Diesel = 9,8 kWh/l; Benzin = 8,9 kWh/l

Serienmodelle in Vorbereitung

• Die Aptera 2 Series war eine Baureihe von dreirädrigen Fahrzeugmodellen mit Benzin- (Verbrauch 0,78 Liter Benzin/100 km) oder mit Elektromotor. Die Firma Aptera Motors ging im Dezember 2011 in die Insolvenz.[5] Im April 2012 hat die Zhejiang Jonway Group Teile des geistigen Eigentums gekauft, das zur Aptera 2 Serie gehört. Aptera Motors wurde als ApteraUSA neu gegründet, nachdem Zhejiang Jonway zusammen mit kleineren amerikanischen Investoren die Firmenanteile aufgekauft hatte.[6][7][8][9] ApteraUSA soll die Benzinversion Aptera 2g und die Elektroversion 2e in kleinerer Serie in den USA produzieren. Die seit Juni 2013 davon unabhängig operierende Zaptera soll dagegen die Elektrovariante Aptera 2e in größerer Serie in China bauen, sobald der Markt dies gestattet. ApteraUSA soll nach dem Willen seines Chefs, Richard Deringer, die Produktion schwerpunktmäßig in Detroit und in Santa Rosa verwirklichen. Deringer will nicht etwaige Entwicklungen in China abwarten.[10][11] Durch die ausschließliche Produktion in den USA seitens ApteraUSA wird eine deutliche Preissteigerung erwartet. War die ursprünglich geplante chinesisch-amerikanische Herstellvariante des Aptera 2e mit ungefähr 30.000 Dollar zu veranschlagen, so wird nun mit Preisen zwischen 80.000 und 100.000 Dollar für die rein US-amerikanische Herstellvariante gerechnet.[12] Vorangegangenen Planungen zufolge sollten ein oder mehrere Modelle im ersten Quartal des Jahres 2013 auf den Markt gebracht werden.[13] Daraus wurde durch die Abänderung der Pläne seitens der Zhejiang Jonway Group erst einmal nichts. Deringer hofft nun, im ersten Quartal des Jahres 2014^[veraltet] mit der Produktion startbereit zu sein.[10]

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 Citroën AX.

• Der Twingo Smile von Greenpeace verbrauchte 1996 unter praxisnahen Bedingungen etwa 3,5 l Benzin (RL93/116/EWG).[14]

• Der Mitsubishi „i“ concept[15] hat im FIA EcoTest 2003 nur 3,8 l/100 km erreicht, das allerdings unter praxisnahen Bedingungen wie Betrieb auf Autobahn und mit Klimaanlage. 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.[16] Der Opel Corsa ECO 3 l verbrauchte in der Praxis 4,3–4,7 l/100 km.

• 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.

• Die Konzeptstudie des Toyotas ES3 mit Diesel-Hybridantrieb kam auf 2,7 l/100 km (87 mpg).[17]

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

• OScar (OpenSourceCar):[18] 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 (376.59 mpg). 1975 schaffte es das Fahrzeug bis in das Guinness-Buch der Rekorde. Im Jahre 1976 wurde mit einem kleinen, leichten Spezialfahrzeug für eine Person 403 km/Liter (1141 mpg) erreicht. Diese Versuche wurden bei sehr niedrigen Leistungen und Geschwindigkeiten durchgeführt.[19]

• Der Loremo, ein seit 1995 kontinuierlich weiterentwickelter Entwurf der Loremo AG, verbraucht 1,5–2 Liter Diesel/100 km.[20] Mangels zahlungskräftiger Investoren kam keine Serienproduktion zustande.

• Der Fahrzeugtuner 9ff baute einen VW Golf V 1,9 TDI um, indem ca. 400 kg des Fahrzeuggewichts gespart wurden, um so den Verbrauch um 3 l/100 km zu erreichen.[21] Das Projekt wurde trotz medialer Unterstützung (VOX, stern.tv, ams.tv) nicht fertig gestellt.

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 Citroën AX Electrique verbrauchen umgerechnet bedeutend weniger als 2 l/100 km. Nach langjährigen Verbrauchsmessungen fährt der Citroën AX electrique mit rund 15 kWh pro 100 km, gemessen ab Steckdose, also inklusive aller Lade- und Batterieverluste. Basierend auf knapp 500 g CO₂ pro kWh im deutschen Strommix 2010 ergibt sich damit bei Versorgung mit dem normalen Strommix eine CO₂-Belastung von rund 75 g CO₂ pro km Well-to-Wheel. Allerdings wurden bei dieser Rechnung die Leitungsverluste vom Kraftwerk zur Steckdose und Transformatorverluste ebenso nicht berücksichtigt, wie die Verluste bei der Kraftstoffherstellung in den Angaben der Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.

Lädt m​an die Akkus m​it CO₂-freiem Solar-, Wind- o​der Wasserkraftstrom nach, i​st die CO₂-Belastung p​ro km n​och geringer u​nd tendiert g​egen Null.

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 handelsübliche Lithium-Ionen-Akkus, die durch konstruktive Maßnahmen und ein gutes Batteriemanagementsystem einen guten Lade-Entlade-Wirkungsgrad aufweisen.

Die o​ben für d​en Citroën AX angegebenen Verbrauchs- u​nd CO₂-Werte gelten prinzipiell a​uch für v​iele fünftürigen u​nd viersitzigen französischen Elektroautos (Peugeot 106 éléctrique, Renault Clio éléctrique, Citroën AX éléctrique), d​ie bei optimierter Ladung u​nd Fahrweise a​ls Fast-ein-Liter-Autos betrieben werden können.

Technisch lassen s​ich selbst ältere Fahrzeuge aufrüsten, w​ie der 2007 umgerüstete Hotzenblitz m​it einer praktischen Reichweite v​on mehr a​ls 350 km belegt.[22] Werden Akkus eingebaut, d​ie nicht z​u viel Platz beanspruchen u​nd auch n​icht zu schwer sind, m​uss man für längere Distanzen mehrere Nachladestopps einlegen. Die Ladedauer i​st bei heutigen Traktionsbatterien weniger v​om Akkumulator, a​ls vielmehr v​on der z​ur Verfügung stehenden Ladeinfrastruktur (Stärke d​es Ladegerätes, Belastbarkeit d​es Stromanschlusses) abhängig. Eine Nachladung v​on 80 % i​n 30 Minuten w​ie bei d​er CHAdeMO-Gleichstromladung i​st technisch problemlos realisierbar.

Geringe Verbreitung von Niedrigenergiefahrzeugen

Zwar w​urde die Serienfertigung d​es Drei-Liter-Autos grundsätzlich begrüßt, s​ie wurde jedoch wieder eingestellt, d​a die geringe Nachfrage aufgrund d​er hohen Anschaffungskosten für d​ie Hersteller unwirtschaftlich i​m Vergleich z​u konventionellen Modellen war. Die Entwicklung v​on Nachfolgemodellen d​es VW Lupo 3L TDI (z. B. a​uf der Plattform d​es VW Fox) w​urde eingestellt. Die Produktion d​es Audi A2 3L TDI w​urde Mitte 2005 o​hne Nachfolger eingestellt. Der Smart c​di bekommt gerade d​urch die geringen CO₂-Emissionen Popularität – grundsätzlich w​urde die Fahrzeugproduktion jedoch o​ft in Frage gestellt u​nd bietet d​as ursprüngliche Konzept d​es Elektrofahrzeugs bisher n​icht in Serie an. Der Opel Astra Eco4 m​it modifizierter Karosserie i​st in d​er neuen Modellreihe verschwunden.

Im Folgenden werden einige Punkte aufgezeigt, d​ie in d​er Diskussion u​m 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 1,60 €/l Kraftstoffkosten jedoch Mehrkosten in Höhe von 1600 €.
• Die Produktwerbung vieler Automobilhersteller setzt nach wie vor auf hochmotorisierte sportliche Fahrzeuge.
• Die durch die Werbung geformten Kundenwünsche nach leistungsstarken PKW wirken Bestrebungen entgegen, die Verbräuche zu senken.
• 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.
• Das Problem der Kosten der Energiespeicher für Elektrofahrzeuge ist bisher durch fehlende Massenproduktion unzureichend gelöst. Der Gebrauchswert wird bisher teilweise durch die begrenzte Reichweite 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.
• 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 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 (z. B. Carsharing) weiter entwickelt werden. Auch werden dann Fahrzeuge mit teuren alternativen Antrieben leichter für die Allgemeinheit finanzierbar.

Gegenüber früheren Jahren werden jedoch e​rste Anzeichen e​iner Veränderung o​der gar e​iner Trendwende sichtbar: Während i​n Deutschland i​n den Fahrzeugklassen v​om Kleinwagen b​is zur Oberklasse i​n den ersten fünf Monaten d​es Jahres 2012 d​ie Zahl d​er Neuzulassungen gegenüber d​em gleichen Zeitraum d​es Vorjahres sank, g​ab es i​n der Fahrzeugklasse d​er "Kleinstwagen" e​inen Anstieg u​m 16,2 Prozent.[23] In d​iese Fahrzeugklasse fallen v​iele Niedrigenergiefahrzeugmodelle m​it hinein.

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
• Niedrigenergiefahrzeuge im Vergleich, sortierbare Vergleichsliste auf Wiki-products.org

Einzelnachweise

1. VDI-Nachrichten.com: EU zieht Daumenschrauben für Pkw-Hersteller fest an (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. , 16. Januar 2009. Abgerufen am 11. Mai 2010.
2. Renault ZOE: Zero Emission in der Kompaktklasse (Teil 1/2) | GreenGear.de. Abgerufen am 28. August 2017 (deutsch).
3. Produktion des smart fortwo electric drive der Baureihe 451 eingestellt - Mercedes-Benz Passion Blog / Mercedes Benz, smart, Maybach, AMG. In: Mercedes-Benz Passion Blog / Mercedes Benz, smart, Maybach, AMG. 10. August 2015 (mercedes-benz-passion.com [abgerufen am 28. August 2017]).
4. Offizielle Bewertung der Verbrauchsdaten des Tesla Model S durch die Amerikanische Environmental Protection Agency Reiter: Midsized & large Cars
5. Jim Motavalli: Unable to Raise Financing, Aptera Shuts Down. Abgerufen am 28. August 2017.
6. Aptera comes back from the dead design-engine.com-Internetportal, Rubrik "Industry News", 4. Juni 2012 (in englischer Sprache).
7. Steve Hart: Futuristic electric vehicle to be built in Santa Rosa (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. The Press Democrat online, 11. Mai 2012 (in englischer Sprache)
8. 200 MPGe Aptera electric car saved by Chinese-American partnership (Memento des Originals vom 6. September 2012 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. Fox News online, 10. Mai 2012 (in englischer Sprache).
9. Jeff Quackenbush: Santa Rosa said to be home for reborn Aptera electric roadster North Bay Business Journal online, 7. Mai 2012 (in englischer Sprache).
10. Ben Coxworth: New company set to resurrect the Aptera automobile www.gizmag.com-Internetportal, 10. Juni 2013 (in englischer Sprache).
11. Sebastian Blanco: Zaptera says Aptera USA will push on with gas, electric versions of three-wheel vehicle AutoblogGreen-Internetportal, 11. Juni 2013 (in englischer Sprache).
12. Jeff Quackenbush: Construction: Novato game maker builds Petaluma ‘mocap’ studio. In: North Bay Business Journal. 6. Mai 2013, abgerufen am 27. Mai 2013 (englisch).
13. Aptera Comes Back from The Dead. In: Design Engine. 4. Juni 2012 (design-engine.com [abgerufen am 28. August 2017]).
14. MTZ Motortechnische Zeitschrift 59 (1998) 10; Seite 644–650 Swissauto (PDF; 1,7 MB).
15. Mitsubishi: „i“ concept (Memento des Originals vom 6. Mai 2006 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis..
16. FIA-Ecotest (PDF-Datei).
17. ES3 - Toyota's Concept Of The Near Future. Abgerufen am 28. August 2017 (englisch).
18. AKASOL: OpensourceCar
19. Fuel economy of the gasoline engine: fuel, lubricant, and other effects. D. R. Blackmore and A. Thomas. Wiley, 1977, S. 223.
20. Streamline Your Gas Guzzler to 1.5 Liters - OhmyNews International. Abgerufen am 28. August 2017.
21. Wie baut man ein 3-Liter-Auto? In: Stern-Testing. 2. Mai 2007 (Online).
22. Markus Pflegerl: Conversion of a Hotzenblitz to Lithium Polymer from Kokam (Memento des Originals vom 24. Dezember 2013 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. Wattgehtab-Internetportal, 20. November 2007 (englisch).
23. Jochen Wieler: Magerkost ist Mode. In: ADAC Motorwelt ISSN 0007-2842 (2. Folge) 65. Jg., H. 7, Juli 2012, S. 26–30.