Wer die nachhaltige Mobilität der Zukunft planen will, braucht einen neuen, erweiterten Blickwinkel. Audi beschränkt sich zum Beispiel nicht mehr allein auf die CO2-Emissionen, die beim Fahren entstehen. Vielmehr wird der ganze Lebenszyklus eines Autos betrachtet, von der Entwicklung und Fertigung über die Phase der Nutzung bis zum Recycling.
Ein zentrales Thema in dieser ganzheitlichen Betrachtung ist die Herkunft der Antriebsenergien. So entlastet beispielsweise der Betrieb elektrisch angetriebener Autos die Umwelt nur dann wirklich, wenn der genutzte Strom regenerativ erzeugt wurde. Um diesen Gedanken konsequent weiter zu verfolgen, müssen auch andere Energieträger in den Fokus rücken.
Audi zieht aus diesen Erkenntnissen zwei Konsequenzen. Zum einen engagiert sich die Marke mit den Vier Ringen in Projekten Dritter, bei denen es um die nachhaltige Stromproduktion geht. Zum anderen bringt Audi sich als erster Automobilhersteller weltweit selbst in die Entwicklung und Produktion erneuerbarer Kraftstoffe ein, die ohne Biomasse auskommen. Audi hat dabei das gesamte Spektrum der Antriebstechnologie im Blick – die zukünftigen Energieträger heißen Audi e-gas, Audi e-ethanol, Audi e-diesel, Audi e-power und Audi e-hydrogen.
Der erste Schritt ist das Audi e-gas project, in dem die Ingolstädter eine ganze Kette nachhaltiger Energieträger aufbauen. An ihrem Anfang stehen Wind, Wasser und Kohlendioxidemissionen aus einer Biogasanlage. Die Endprodukte sind regenerativ erzeugter Ökostrom (Audi e-power), Wasserstoff (Audi e-hydrogen) und synthetisches Methan (Audi e-gas), mit dem sich Fahrzeuge wie der neue A3 Sportback TCNG betreiben lassen, der 2013 an den Start geht.
Mittelfristig will Audi auch Optionen dafür schaffen, dass flüssige Energieträger durch innovative erneuerbare Kraftstoffe ersetzt werden können, die nicht mehr auf Energiepflanzen basieren, also nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehen.
Zusammen mit einem spezialisierten Partner aus den USA arbeitet die Marke ganz aktuell an der Herstellung von synthetischem Ethanol (Audi e-ethanol) und synthetischem Diesel (Audi e-diesel).
Das Audi e-gas project
Mit dem Audi e-gas project baut die Marke mit den Vier Ringen bis 2013 als erster Automobilhersteller weltweit eine Kette nachhaltiger Energieträger auf. Ihre Endprodukte sind Wasserstoff und das synthetische Audi e-gas.
Die derzeit im Bau befindliche Audi e-gas-Anlage im emsländischen Werlte wird mit erneuerbarem Strom (zum Beispiel aus Wind, Sonnenenergie) betrieben. Durch den zunehmenden Ausbau erneuerbarer Energien nimmt der Anteil volatiler Energiequellen zu – zu manchen Zeiten herrscht ein Strom-Überangebot, zu anderen Strommangel. Die Anlage mit einer Aufnahmeleistung von rund 6.000 kW wird vorzugsweise dann Strom beziehen, wenn ein Überangebot vorliegt. Damit trägt die Anlage auch zur langfristigen Speicherung erneuerbarer Energien bei und damit zur Lösung eines der zentralen Probleme der Energiewende.
Der Strom wird in einem ersten Schritt mittels Elektrolyse in regenerativ erzeugten Wasserstoff umgewandelt – Audi e-hydrogen – den Treibstoff für künftige Brennstoffzellen-Autos wie den Technologieträger Audi Q5 HFC. Zwei Hochdruckzylinder speichern hier den Wasserstoff unter 700 bar Druck; eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEM), die 98 kW leistet, liefert die Energie für den Elektroantrieb. Die beiden E-Maschinen geben zusammen 90 kW und 420 Nm Drehmoment ab.
Heute fehlt allerdings die notwendige Wasserstoff-Versorgungsinfrastruktur. Audi löst dieses Problem durch einen weiteren innovativen Verfahrensschritt: durch Kombination des Wasserstoffs mit CO2 entsteht in der (der Elektrolyse nachgeschalteten) Methanisierungsanlage synthetisches erneuerbares Methan – das Audi e-gas. Dieses Erdgassubstitut kann vor Ort in das Erdgasnetz eingespeist und so gespeichert werden.
Die Audi e-gas-Anlage in Werlte, die Audi derzeit gemeinsam mit dem Anlagenbauer SolarFuel baut, wird die weltweit erste Anlage im industriellen Maßstab sein, die erneuerbaren Strom und CO2 in ein einspeisefähiges synthetisches Erdgas umwandelt.
Das CO2 bezieht die Audi-Anlage aus einer Biogasanlage. Die Biogasanlage wird nicht aus Energiepflanzen, sondern aus organischen Abfällen gespeist, wodurch jede Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion vermieden wird. Das CO2 ist ein Abfallprodukt der Biogasanlage, das ansonsten die Atmosphäre belasten würde. Die Audi e-gas-Anlage bindet das CO2 in den Treibstoff ein. Somit ist das Audi e-gas ein klimaneutraler Treibstoff – bei der Verbrennung im Motor wird genau die Menge CO2 frei, die vorher in der e-gas-Anlage gebunden wurde.
Audi e-gas ist ein energiereicher Kraftstoff, der chemisch mit fossilem Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, identisch ist und sich hervorragend zum Antrieb von Verbrennungsmotoren eignet. Von 2013 an wird die Anlage in Werlte voraussichtlich etwa 1.000 Tonnen Methan pro Jahr produzieren und dabei 2.800 Tonnen CO2 binden. Mit dem regenerativ erzeugten Audi e-gas können 1.500 Audi A3 Sportback TCNG jeweils 15.000 Kilometer pro Jahr CO2-neutral fahren. 2015 will Audi ein zweites TCNG-Modell auf A4-Basis auf den Markt bringen.
Auch die deutsche Energiewirtschaft könnte mittelfristig vom Konzept des Audi e-gas project profitieren, denn es beantwortet die offene Frage, wie sich Ökostrom effizient und ortsunabhängig speichern lässt. Weht viel Wind, lassen sich Strom-Überkapazitäten in Audi e-gas wandeln und im öffentlichen Gasnetzeinlagern – mit seinen 217 Terrawattstunden Kapazität ist es der mit Abstand größte Energiespeicher in Deutschland. Aus dem Gasnetz kann man die Energie, wenn gewünscht, jederzeit ins Stromnetz zurückführen.
Das Potenzial der Strom-Gas-Kopplung, Wind- oder auch Solarenergie in großen Mengen zu speichern, kann dem Ausbau der erneuerbaren Energien starke Impulse verleihen. Das Audi e-gas project lässt sich leicht auf alle Länder übertragen, in denen Erdgasnetze existieren.
Der Audi A3 Sportback TCNG
Mit dem A3 Sportback TCNG unternimmt Audi einen großen Schritt in Richtung nachhaltige Mobilität. Der kompakte Fünftürer, der sein Debüt 2013 geben wird, kann Audi e-gas nutzen – einen CO2-neutralen Kraftstoff. Dadurch bringt er Ökologie, Ökonomie und Hightech auf wegweisende Art zusammen.
Der Audi A3 Sportback TCNG präsentiert in allen Details den neuesten Stand der Gasantrieb-Technologie, beginnend bei der Speicherung des Kraftstoffs. Seine beiden Drucktanks, unter dem Gepäckraumboden platziert, fassen je circa acht Kilogramm Erdgas.
Im Sinne des ultra-Leichtbauprinzips von Audi werden Kunststoff-Composite-Drucktanks eingesetzt. Diese speichern das Gas mit bis zu 200 bar Druck und wiegen etwa 70 Prozent weniger als herkömmliche Gastanks - jeder ist circa 27 Kilogramm leichter. Ihr Aufbau besteht aus einer neuartigen Matrix. Eine Schicht aus gasdichtem Polyamid- Kunststoff bildet die innere Lage, eine zweite Schicht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) sorgt für höchste Festigkeit und eine dritte Schicht aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) bietet robusten Schutz gegen Beschädigungen von außen. Als Bindemittel wird bei den verwendeten CFK- und GFK-Werkstoffen jeweils Epoxidharz hoher Festigkeit verwendet.
Ein zweites Highlight des Audi A3 Sportback TCNG ist der elektronische Gasdruckregler. Das kompakte und leichte Bauteil verringert den hohen Druck, mit dem das Gas aus den Flaschen strömt, in zwei Stufen auf etwa fünf bis neun bar. Dadurch steht im Gasrail und in den Einblasventilen stets der richtige Druck bereit – niedrig für effizientes Fahren im unteren Drehzahlbereich, höher, wenn der Fahrer Leistung und Drehmoment abruft.
Wenn der Druck im Tank unter circa zehn bar abgesunken ist, wechselt das Motormanagement selbsttätig in den Benzinbetrieb. Der Audi A3 Sportback TCNG ist bivalent, er hat also trotz Optimierung des Motors auf den Erdgasbetrieb auch im Benzinbetrieb die gleichen Leistungs- und Drehmomentwerte.
Er legt gasbetrieben über 400 km und mit Benzin bei Bedarf weitere 780 km zurück. Seine Gesamtreichweite entspricht also der eines Audi A3 TDI. Zwei Anzeigen im Kombiinstrument informieren den Fahrer auf den ersten Blick über die Füllstände der Tanks. Die Füllstutzen liegen unter einer gemeinsamen Klappe.
Der Motor basiert auf dem neu entwickelten 1.4 TFSI. Wesentliche Veränderungen betreffen unter anderem den Zylinderkopf und die Turboaufladung; auch Einspritzanlage und Katalysator sind speziell auf den Gasbetrieb ausgelegt. Mit 81 kW (110 PS) und 200 Nm Drehmoment beschleunigt der A3 Sportback TCNG auf eine Spitzengeschwindigkeit von über 190 km/h. Der fünftürige Premium-Kompakte transportiert die geballte Technologiekompetenz von Audi. Die ultra-Leichtbautechnologie verhilft ihm zu niedrigem Gewicht, und beim Infotainment sowie bei den Fahrerassistenzsystemen setzt er neue Maßstäbe in seinem Segment.
Der hocheffiziente Audi A3 Sportback TCNG verbraucht auf 100 km nur 3,6 Kilogramm Erdgas oder Audi e-gas – jenen Treibstoff, der im Audi e-gas project entsteht. Die CO2-Emissionen am Auspuff bleiben in beiden Fällen unter 100 Gramm pro km. Noch attraktiver wird die Treibhausgasbilanz in der Well-to-Wheel-Betrachtung, die alle Faktoren von der Quelle des Kraftstoffs bis zum Rad mit einbezieht. Beim Betrieb des A3 Sportback TCNG mit Audi e-gas wird kein CO2 frei, das nicht vorher bei dessen Herstellung gebunden worden wäre – der Kreislauf ist geschlossen. Wenn man in einer gesamthaften Betrachtung den Energieaufwand für die Errichtung der e-gas-Anlage und den Bau der Windkraftanlagen mit einbezieht, bleibt der CO2-Ausstoß noch immer unter
30 Gramm pro km.
Die Kunden des Audi A3 Sportback TCNG werden die e-gas-Mengen, die sie an den öffentlichen CNG-Tankstellen tanken, voraussichtlich über ein zertifiziertes Bilanzverfahren beziehen, wie es ähnlich auch beim Bezug von Ökostrom existiert. Die Menge e-gas, die sie beim Bezahlen automatisch über eine spezielle Tankkarte abbuchen lassen, wird zentral registriert und von der e-gas-Menge abgezogen, die von der e-gas-Anlage ins Erdgasnetz eingespeist wurde.
Audi e-diesel und Audi e-ethanol
Die CO2-neutrale Mobilität, wie Audi sie anstrebt, ist nur mit neuen, nachhaltigen Energiequellen zu erreichen, die langfristig fossile Energien ersetzen können. Audi fördert die Entwicklung einer grundlegend neuen Technologie, bei der Mikro-organismen ohne landwirtschaftlich erzeugte Nahrungsmittel Diesel und Ethanol produzieren. Diese Technologie bildet den Kern der Projekte Audi e-diesel und Audi e-ethanol.
Das Problem ist bekannt: Die Verbrennung herkömmlicher, auf Mineralöl basierender Kraftstoffe setzt Kohlendioxid frei. Der heutige Ethanol und Diesel aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais und Raps erzielt in der Regel eine bessere Umweltbilanz, weil die Pflanzen das bei der Verbrennung freiwerdende CO2 zuvor gebunden haben. Ihre Verarbeitung ist jedoch kostenaufwendig und sie stehen in Konkurrenz zum Anbau von Nahrungsmitteln. Langfristig können sie in einer Welt, deren Bevölkerung stetig wächst, keine Lösung sein.
Die Kraftstoffe für die CO2-neutrale Mobilität der Zukunft erfordern eine radikal neue Lösung, bei der die „Nahrungsmittel“ für den Kraftstoff komplett erneuerbar sind. Audi arbeitet an solch einer Lösung im Rahmen einer Kooperation mit Joule, einem Unternehmen mit Sitz in den USA. Dieses Unternehmen stellt Kraftstoffe in einem patentierten Prozess mit Hilfe spezieller Mikroorganismen in einem hoch skalierbaren Modulsystem her.
Der Prozess ist verhältnismäßig einfach: Mit Hilfe von Sonnenenergie werden aus CO2 und Brauchwasser flüssige Kraftstoffe erzeugt. Im Mittelpunkt dieses Prozesses stehen photosynthetische Mikroorganismen (jeder mit einen Durchmesser von ca. drei Tausendstelmillimeter). Anstatt jedoch durch Photosynthese neue Zellen zu bilden, produzieren diese Mikroorganismen kontinuierlich Kraftstoff. Für diese Vorgänge nutzen sie das Sonnenlicht sowie CO2 aus industriellen Abfällen wie z. B. aus Fabriken, Salz- oder Abwasser. Landwirtschaftliche Nutzflächen oder sauberes Trinkwasser werden hierbei nicht benötigt.
Aus dieser Technologie heraus entstehen Audi e-diesel und Audi e-ethanol. Das Projekt e-ethanol liefert ein Produkt, welches dieselben chemischen Eigenschaften wie schon am Markt etabliertes Bioethanol hat, mit dem entscheidenden Vorteil, dass es ohne Biomasse produziert wird. Für Fahrzeuge, die mit E85-Kraftstoff angetrieben werden können, wird es als Blend mit fossilem Benzin mit einem Anteil von bis zu 85 Prozent dienen.
Neben der Entwicklung des Projekts Audi e-ethanol wird mit Joule ebenfalls daran gearbeitet, einen nachhaltigen Dieselkraftstoff für das Projekt Audi e-diesel herzustellen. Eine große Stärke dieses Produktes ist seine Reinheit. Der „Drop‑In“-Kraftstoff ist schwefel- und aromatenfrei – im Gegensatz zu Mineralöldiesel, der ein Gemisch aus verschiedensten Kohlenwasserstoff-Verbindungen darstellt.
Des Weiteren ist der Kraftstoff aufgrund seiner hohen Cetanzahl, einem Hochleistungs-parameter, sehr zündwillig und seine chemische Beschaffenheit ermöglicht eine unbegrenzte Zumischung zum fossilen Diesel.
Audi e-diesel wird als Kraftstoff nahtlos mit den bereits bestehenden Audi TDI clean diesel Systemen funktionieren und keine weiteren Herausforderungen an den Automobilbau stellen.
Audi und Joule und Audi haben den Bau einer Demonstrationsanlage im Bundesstaat New Mexico in Auftrag gegeben – in einer unfruchtbaren Region mit einer hohen Zahl an Sonnenstunden im Jahr. Die Anlage wird den Betrieb für die Produktion von nachhaltigem Ethanol demnächst aufnehmen. Die Produktivitätsraten haben die entscheidenden Vorteile gegenüber Bio-Ethanol bereits deutlich aufgezeigt. Zudem können Flächen für die Energieproduktion nutzbar gemacht werden, die für die Landwirtschaft ungeeignet sind, wie zum Beispiel Wüstenregionen.
Die Kooperation zwischen Audi und Joule läuft seit 2011. Das US-Unternehmen hat seine Technologie mit Patenten abgesichert, die Marke mit den vier Ringen hat im Automobilbereich die Exklusivrechte erworben. Die Zusammenarbeit umfasst auch den technischen Support. Speziell mit ihrem Know-How im Bereich Kraftstoff- und Motorentests helfen die die Audi-Ingenieure bei der Entwicklung marktfähiger Kraftstoffe.
Audi e-power
Bei der Vision der nachhaltigen Mobilität blickt Audi weit über den üblichen Horizont der Automobilindustrie hinaus. Unter dem Oberbegriff Audi e-power engagiert sich das Unternehmen in Initiativen, die sich mit der Produktion nachhaltiger elektrischer Energie beschäftigen.
Im April 2010 ist Audi dem internationalen Konsortium Desertec Industrie Initiative (Dii GmbH) beigetreten. Sein langfristiges Ziel besteht darin, in den Wüsten Nordafrikas und des Nahen Ostens klimafreundliche Solarenergie zu erzeugen. Audi firmiert als einziger Automobilhersteller weltweit als Assoziierter Partner des Konsortiums; die Marke setzt sich zunächst für die Schaffung der geeigneten Rahmenbedingungen und den Aufbau der Infrastruktur ein.
Allein auf die Wüsten in Nahost und Nordafrika strahlt die Sonne übers Jahr mit einer Energie, die 630.000 TWh entspricht – das 30fache dessen, was 2010 weltweit an Elektrizität erzeugt wurde. In den sonnenreichsten Gebieten der Erde würden solarthermische Kraftwerke auf 83.000 Quadratkilometern – etwa der Fläche Österreichs – rechnerisch ausreichen, um den derzeitigen globalen Strombedarf zu decken.
Die Industrieinitiative hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2050 die nordafrikanischen Länder und den Nahen Osten zum größten Teil sowie Europa zu einem kleineren Teil mit Sonnen- und Windstrom zu versorgen. Audi sieht in dem Projekt großes Potenzial für eine nachhaltige Energieversorgung.
Die Marke mit den Vier Ringen will einen Teils des Stroms aus dem Desertec-Projekt nutzen, um ihre e-tron-Fahrzeuge zu produzieren und anzutreiben. Parallel dazu ließe sich überschüssiger Solarstrom, wenn erforderlich, im Gasnetz speichern – nach dem Prinzip der Strom-Gas-Kopplung, wie es ab 2013 mit dem Audi e-gas-Projekt in Werlte umgesetzt wird.
Ein weiterer Ansatz von Audi e-power ist das Engagement bei Unternehmen, die Komponenten für solarthermische Kraftwerke herstellen – eine Technologie, die eine flexible Stromproduktion ermöglicht.
Die Umweltbilanz
Schon während der Entwicklung der Fahrzeuge hat Audi die Ökologie fest im Blick. Für jedes Modell entsteht eine Umweltbilanz, die alle Phasen des Lebenszyklus bewertet – die Entwicklung und Produktion des Fahrzeugs, das Recycling und – den wichtigsten Faktor - die Betriebsphase. Besonders hier spielen die leichten und effizienten Audi-Modelle ihre Stärken aus, insbesondere, wenn sie in Zukunft mit den von Audi forcierten erneuerbaren Energieträgern betrieben werden.
Die Umweltbilanz, auch Ökobilanz oder Life Cycle Assessment (LCA) genannt, analysiert die Umweltwirkungen eines Produkts im Laufe seines gesamten Lebenszyklus. Sie dient zur quantitativen Beurteilung ökologischer Aspekte, etwa der Emissionen von Treibhausgasen (unter anderem CO2), des Energieverbrauchs, der Versauerung oder des Sommersmogs. Bei der Erstellung der Umweltbilanzen nutzt Audi eine standardisierte Vorgehensweise nach der internationalen Normreihe ISO 14040.
Heute beurteilt die Öffentlichkeit Autos sehr stark anhand ihres Kraftstoffverbrauchs. Audi blickt weiter und beschränkt sich nicht mehr allein auf die CO2-Emissionen, die beim Fahren aus dem Auspuff entweichen. Vielmehr werden alle Aspekte betrachtet, die Rohstoff-gewinnung, die Herstellung der Einzelteile und ihr Zusammenbau, der Energiefluss in den Produktionsanlagen, das Recycling und die Betriebsphase.
Audi achtet in der Produktion strikt auf Nachhaltigkeit. Große Hallendächer sind mit Photovoltaik-Anlagen ausgerüstet. In den Werken Ingolstadt und Neckarsulm sind zahlreiche Effizienz- und Energierückführungstechnologien im Einsatz, beide Standorte nutzen im großen Stil Fernwärme. Die Autozüge zum Verladehafen Emden fahren mit nachhaltig produziertem Strom, und das Recycling ist schon seit vielen Jahren vorbildlich – jeder Audi ist zu 95 Prozent wiederverwertbar.
Mit rund 80 Prozent der Emissionen trägt die Phase der Nutzung entscheidend zur Umweltbilanz eines Fahrzeuges bei. Durch die Optimierung des Fahrzeuggewichts, der Antriebseffizienz und der Produktion der Kraftstoffe bzw. des Stroms können große Verbesserungen erzielt werden.
Hier wirken sich die Stärken von Audi entscheidend aus – der ultra-Leichtbau, die effizienten Antriebe und in Zukunft die erneuerbaren Energieträger. Beim neuen Audi A3, der je nach Motorisierung bis zu 80 Kilogramm leichter geworden ist als sein Vorgängermodell, ist der Ausstoß an Treibhausgasen um bis zu neun Prozent (im 1.4 TFSI) zurückgegangen.
Erstmalig bei Audi wird der A3 mit einer weiteren Antriebsvariante ausgestattet, einem Erdgasmotor. Das TCNG-Modell kann Audi e-gas nutzen, den ersten Vertreter der Audi e-fuels, wodurch eine noch bessere Umweltbilanz erreicht wird. Beim Betrieb des A3 Sportback TCNG mit Audi e-gas wird kein CO2 frei, das nicht vorher bei der Herstellung gebunden worden wäre – der Kreislauf ist geschlossen. Wenn man in einer umfassenden Betrachtung den Energieaufwand für die Errichtung der e-gas-Anlage und den Bau der Windanlagen mit einbezieht, bleibt der CO2-Ausstoß noch immer unter 30 Gramm pro km.
Der Audi A6 hat ebenfalls bis zu 80 Kilogramm Gewicht verloren – seine Karosserie besteht zu mehr als 20 Prozent aus Aluminium. Das leichte Material verursacht zwar in der Erst-Produktion einen höheren Energieaufwand als Stahlblech, der niedrigere Kraftstoffverbrauch überkompensiert diesen Effekt jedoch schon nach kurzer Fahrstrecke. Beim A6 3.0 TDI quattro mit S tronic ging das Treibhauspotenzial unterm Strich um 13 Prozent zurück, das bedeutet sieben Tonnen CO2-Äquivalente weniger.
Am Ende des Fahrzeuglebens lassen sich die Aluminium-Komponenten mit geringem Energieaufwand und ohne qualitative Verschlechterung recyceln. Die ASF-Karosserie des A8 (ASF: Audi Space Frame) besteht bereits zu 38 Prozent aus Sekundäraluminium – ein Paradebeispiel für umweltgerechten Leichtbau, wie Audi ihn versteht.
Die angegebenen Ausstattungen und Daten beziehen sich auf das in Deutschland angebotene Modellprogramm. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.
