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3 umweltfreundliche Upgrades für Elektrofahrzeuge Adam Kimmel

3 Nachhaltigkeitsverbesserungen durch den intelligenten Innenraum von Elektrofahrzeugen

(Source: davidjancik - stock.adobe.com)

Länder auf der ganzen Welt haben sich zu Dekarbonisierungszielen verpflichtet, um die Erderwärmung zu begrenzen. Der Weltklimarat (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) hat erklärt, dass die Erderwärmung gegenüber dem vorindustriellen Niveau1 nicht mehr als 1,5 °C betragen darf, um die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels zu vermeiden. Etwa ein Viertel der CO2-Emissionen weltweit und 28 Prozent in den USA2 entfallen auf den Verkehrssektor, der damit von allen Sektoren den höchsten Anteil hat.

Diese Tatsachen sind der Grund, warum Automobilhersteller massive Entwicklungsarbeit in Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles, EVs) investieren. Doch auch wenn Elektrofahrzeuge den thermischen Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren um etwa 25–30 Prozent verbessern können, wollen die Automobilhersteller auch die Nachhaltigkeit der Fahrzeuge steigern. In diesem Beitrag untersuchen wir drei Möglichkeiten, wie ein intelligenter Innenraum zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Elektrofahrzeugen beitragen kann.

Wärmemanagement im Fahrzeuginnenraum

Bei dem Ziel, die Emissionen von Treibhausgasen bis 2050 auf Null zu reduzieren, kommt der Energieeffizienz eine entscheidende Bedeutung zu, denn nur so kann der Wirkungsgrad jeder verbrauchten Energieeinheit optimiert werden. Aus diesem Grund prüfen die Entwickler von Fahrzeugen alle verfügbaren Energiequellen auf mögliche Integration oder Umleitung.

Der intelligente Fahrzeuginnenraum trägt hierzu bei, denn er integriert intelligente Sensoren und KI-Algorithmen, um das Innenraumklima effizient zu regulieren. Zudem sind intelligente Fahrzeuginnenräume in Zonen unterteilt, die den Luftstrom umleiten, um leere Sitze nicht zu heizen oder zu kühlen. Dadurch verbraucht das Fahrzeug nur so viel Energie, wie es wirklich benötigt, und nicht so viel wie vorgeschrieben, was wiederum die Effizienz steigert und die Reichweite des Fahrzeugs erhöht.

Chemieunternehmen stellen neue Kältemittel mit einem geringeren Treibhauspotenzial her, um die Auswirkungen auf die CO2-Emissionen deutlich zu verbessern, und zwar mit einem höheren Wirkungsgrad als bei herkömmlichen Kältemitteln. Künftig könnten diese neuen Medien in die Wärmemanagementsysteme der Batterie integriert werden, um den Energiefluss zu optimieren und die Energie des gesamten Fahrzeugs optimal zu nutzen.

Erfolg messen: Lebenszyklus-Klimaleistung („Lifecycle Climate Performance“, LCCP)

Wenn es um die Quantifizierung von Nachhaltigkeitsverbesserungen geht, wird die Lifecycle Climate Performance (LCCP) für Fahrzeughersteller immer wichtiger. LCCP berücksichtigt nicht nur die Energieeffizienz auf Fahrzeugebene, sondern auch die Auswirkungen der Netzemissionen durch Ladeinfrastruktur und -strategie sowie die Materialproduktion und -entsorgung.

Die Messung des Kohlenstoffeinsatzes in der gesamten Lieferkette erweitert die Kontrollmöglichkeiten für das Reporting von Nachhaltigkeitsverbesserungen und stellt sicher, dass die Hersteller eine höhere Nachhaltigkeit in einem Schwerpunktbereich nicht gegen eine geringere Leistung in einem anderen Bereich eintauschen.

Recycelte und umweltverträgliche Materialien

Nachhaltige Materialien haben eine doppelte Wirkung auf die Umwelt: Sie sind wiederverwendbar und reduzieren den Abfall. Die Nutzung nachhaltiger Materialien ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung von wirklich CO2-neutralen Elektrofahrzeugen. Zudem müssen OEMs bei der Produktentwicklung den gesamten Lebenszyklus eines Materials betrachten, und zwar von der verantwortungsvollen Beschaffung der Rohstoffe bis zur Entsorgung am Ende der Lebensdauer.

In einem intelligenten Fahrzeuginnenraum werden bereits nachhaltige Materialien wie recycelte Kunststoffe, Naturfasern und emissionsarme Klebstoffe eingesetzt, um die CO2-Bilanz des Fahrzeugs zu verbessern. Diese Materialien können den Komfort und die Ästhetik erhöhen und gleichzeitig das Nachhaltigkeitsprofil des Fahrzeugs verbessern.

Alternativen für Sitze und Textilfasern

Seit Jahren verwenden Unternehmen recycelte Plastikflaschen, um daraus Polyethylenterephthalat (PET) bzw. Polyester herzustellen. Dies ist eine kostengünstige, langlebige und nachhaltige Alternative. Fahrzeughersteller nutzen dieses Material für haltbare Sitzmaterialien im intelligenten Innenraum.

BMW verwendet den nachhaltigen Kunststoff Econyl für die Textilien und Fußmatten in seinem SUV iX. Das Material ist eine Kombination aus Abfällen aus der Kunststoffherstellung und recycelten Fischernetzen aus dem Meer und bietet eine Alternative zu Nylon mit 80 Prozent weniger CO23.

Mercedes verwendet vollständig recycelbaren (und schnell wachsenden) Bambus für die Teppichfasern im EQXX. Entwickler verwenden Bambus in der Medizin, in der Bauindustrie, bei der Herstellung von Kleidung und in vielen anderen Bereichen und schaffen so eine große Pipeline an vorhandenem Ausgangsmaterial.

Energiegewinnung und intelligente Beleuchtung

Elektrische Antriebsstränge sind mit 77 Prozent Netzstrom im Verhältnis zur Radleistung wesentlich effizienter als verbrennungsmotorische Antriebe mit 12 bis 30 Prozent Kraftstoffenergie im Verhältnis zur Radleistung4. Zusätzliche Energiequellen für mehr Nachhaltigkeit sind das Bremsen des Fahrzeugs und die Innenraumbeleuchtung. Drei Wege zur Energiegewinnung bei Elektrofahrzeugen sind regeneratives Bremsen, intelligente Beleuchtung und Solaranlagen auf dem Dach.

Regeneratives Bremsen

Beim regenerativen Bremsen wird ein Teil der Energie zurückgewonnen, die beim Anhalten des Fahrzeugs verloren geht. Diese zurückgewonnene Energie wird in die Batterie zurückgespeist, um die Reichweite zu erhöhen oder andere Teilsysteme des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen. Bei einem Wirkungsgrad von bis zu 70 Prozent5 kann das regenerative Bremsen die Reichweite um Tausende von Kilometern pro Jahr erhöhen, ohne dass sich die Batterie schneller entleert. Allerdings steigen die Wartungskosten für das Antriebssystem aufgrund der zusätzlichen Komplexität. Aufgrund der Leistungsvorteile über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs setzen Unternehmen wie Tesla und Rivian dieses Verfahren der Energierückgewinnung in ihren Fahrzeugen ein.

Intelligente Beleuchtung

Wie die zonengesteuerte Kühlung des Fahrzeuginnenraums reagiert auch die intelligente Beleuchtung auf die Bedürfnisse des Fahrers und die Bedingungen im Fahrzeuginnenraum. Sie richtet die Beleuchtung nur dorthin, wo sie benötigt wird, und verbraucht bei gleicher Leistung weniger Energie. Darüber hinaus kann die LED-Beleuchtung die Energieeffizienz im Vergleich zur Glühlampenbeleuchtung um bis zu 80 Prozent verbessern, da sie Bewegungssensoren und zusätzliche Spektralfarben nutzt, um den Stromverbrauch zu optimieren. Intelligente Beleuchtung kann Autofahrern auch helfen, indem sie das Licht dort optimiert, wo es benötigt wird, und damit die Sicherheit erhöht.

Solarmodule auf dem Dach

Eine der größten Herausforderungen bei Elektrofahrzeugen ist der Leistungsabfall bei extremen Temperaturen. Der Einsatz von Solarmodulen auf dem Dach zum Vorheizen oder Kühlen der Batterie erhöht die Widerstandsfähigkeit bei hoher Belastung und verbessert die Reichweite um fast 23 Prozent bei intelligenten Subsystemen im Fahrzeuginnenraum. Dieses Konzept verlängert auch die Lebensdauer der Batterie und verringert die Ladezeit und den Energieverbrauch, was beides einen erheblichen Nachhaltigkeitsgewinn darstellt.

Fazit und zukünftige Trends

Der intelligente Fahrzeuginnenraum kann in vielerlei Hinsicht zur Nachhaltigkeit beitragen: durch ein verbessertes Wärmemanagement, einen höheren Anteil an recycelten Materialien, Energiegewinnung und intelligente Beleuchtung. In Anbetracht der sich verändernden Kundenwünsche, gesetzlicher Änderungen und der Ziele öffentlicher Unternehmen wird das Thema Nachhaltigkeit für die Hersteller von Elektrofahrzeugen immer wichtiger werden. Neben den in diesem Beitrag beschriebenen Trends können Sie hier noch mehr darüber erfahren, wie intelligente Technologien im Fahrzeuginnenraum die Automobilbranche verändern und Leistung und Nachhaltigkeit fördern.

Die Hersteller sollten die Verbraucher dazu motivieren, bei der Wahl von Fahrzeugen mit intelligenten Fahrzeuginnenräumen auf umweltfreundliche Merkmale zu achten, um durch die breite Akzeptanz Verbesserungen in der Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Die Hervorhebung der Leistungs- und Nutzervorteile von Innenräumen mit nachhaltigen Materialien ist ein guter Weg, um dies zu erreichen.

Nicht zuletzt wird die Betrachtung der CO2-Bilanz über den gesamten Lebenszyklus für die Zulieferer von entscheidender Bedeutung sein, da die OEMs sich bei der Entwicklung von Ideen zur Verbesserung der Nachhaltigkeit an die Zulieferer wenden werden. Diese Partnerschaft ist vergleichbar mit der Art und Weise, wie Fahrzeughersteller ihre Verträge mit den Zulieferern strukturieren, um die Kostenreduzierung weiterzugeben, wenn die Designs ausgereift sind.

Quellen

  • 1. SPECIAL REPORT: GLOBAL WARMING OF 1.5 oC. Zugriff am 23. August 2023. https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/spm/.
  • 2. „Sources of Greenhouse Gas Emissions.“ epa.gov. Zugriff am 23. August 2023. https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions#transportation.
  • 3. Bubbers, Matt. „Cars Meet the Shockingly Green Materials From the Industry’s Top Automakers.“ https://sharpmagazine.com/, 29. Juli 2022. https://sharpmagazine.com/2022/07/29/automotive-sustainable-materials-innovation/.
  • 4. „All-Electric Vehicles.“ US-Energieministerium, Büro für Energieeffizienz und erneuerbare Energien, n.d. zugriff am 24. August 2023.
  • 5. Choksey, Jessica Shea. „What Is Regenerative Braking?“ www.jdpower.com, 25. Januar 2021.


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Adam Kimmel ist seit fast 20 Jahren als praktizierender Ingenieur, F&E-Manager und Verfasser von technischen Inhalten tätig. Er erstellt Whitepapers, Website-Texte, Fallstudien und Blog-Posts in vertikalen Märkten, darunter die Bereich Automotive, Industrie/Fertigung, Technologie und Elektronik. Adam Kimmel hat Abschlüsse in Chemie und Maschinenbau und ist der Gründer und Leiter der ASK Consulting Solutions LLC, einer Firma, die technische und technologische Inhalte verfasst.


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