Truck Powertrain 2020 - Roland Berger

Truck Powertrain 2020
Mastering the CO 2 -Challenge
Stuttgart, Juni 2010
1
Document number 1

Globale l CO 2 -Emissionsziele i il erfordern einen signifikanten ifik Bi Beitrag
des Transportsektors und somit der Nutzfahrzeugindustrie
IEA 1) globaler CO 2 Emissions-Forecast [Gt CO 2 ]
40,2
34,5
13,3
30,7
28,8 12,1
(35%)
Sonstige 3) 10,4
Transport
(36%)
11,8
(41%)
6,6
(23%)
14,8
(43%)
7,6
(22%)
Ref.-
Szen.
Szen.
450
(33%)
17,7
(44%)
9,3
(23%)
Energieerzeugung
Ref.-
Szen.
26,4
Szen
450
2007 2020 2030 2040
1) International Energy Agency 2) 450 Teile pro Million CO 2 -Equivalente in der Atmosphäre
3) Hauptsächlich CO 2 aus industrieller Produktion, Gebäuden und Haushalten
Quelle: IEA World Energy Outlook 2009; Roland Berger
Referenz-Szenario
(>5°C globale
Erwärmung erwartet)
Scenario 450 2)
(Globale Erwärmung
Referenz-Szenario (keine
signifikanten politischen
Veränderungen unterstellt)
könnte zu einer globalen
Erderwärmung von >5°C bis
2100 führen
> Um die globale Erwärmung
DerTransportsektor ist für
>20% der Gesamt-CO 2
Emissionen verantwortlich –
Wachstum der absoluten
Emissionen erwartet durch
Entwicklung in Nicht-OECD
Ländern (z.B. Zunahme des
Fahrzeugbestands)
2

Die Realisierung lii der Rdkti Reduktionsziele il muss durch entsprechende
Maßnahmen der Regierungen sichergestellt werden
Hebel zur Umsetzung von CO 2 -Reduktionszielen
Angebotsseitig Ziele Nachfrageseitig
> Regelungen zur Bestimmung
von Reduktionszielen
– Fahrzeuge: Max. CO 2 -Ausstoß
und Kraftstoffverbrauch von
Neufahrzeugen
– Kraftstoffe: Regulierte Bei-
mischung von alternat. Kraftstoffen
zum Dieselkraftstoff
> Anreize für F&E und Industrie
– Öffentliche Finanzierung von
F&E-Programmen
– Steuervergünstigungen für
Unternehmen, die Technolo-
gien zur Senkung des CO 2 -
Ausstoßes entwickeln
Senkung des CO 2 -Ausstoßes
bei
> Bestandsfahrzeugen
> Neufahrzeugen
> Steuern und Vergünstigungen
– Einmalige Steuer- oder
sonstige Vergünstigungen
(auf Fahrzeugkaufpreis)
– Jährliche Steuern
– Kraftstoffsteuern und Maut
> Lokale Maßnahmen
– Zusätzliche Vergünstigungen
für kraftstoffsparende
Technologien
– Nutzungsgebühren in Ballungsräumen
für Fahrzeuge
mit grenzwertüberschreit-
endem CO 2 -Ausstoß (City-
Maut)
Quelle: Roland Berger
3

Dem Beispiel i der Pkw-Industrie folgend werden CO 2 -
Emissionsstandards auch für Nutzfahrzeuge erwartet
Erwartete Emissionsstandards für schwere/mittelschwere Nutzfahrzeuge in 2020
Höhere Standards
Euro VI/EPA 10
Euro V
Euro IV
Euro III/EPA 98
Euro II/EPA 94
CO 2 -Emissionsstandards
für Nutzfahrzeuge erwartet
Nicht im Fokus der Betrachtung
Quelle: Delphi; DieselNet; Presse; Roland Berger
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BACKUP
Japan hat bereits Verbrauchsziele für 2015 festgesetzt t t – In der
EU und den USA werden konkrete Zielwerte vor 2020 erwartet
Status der Ziele für CO 2 -Ausstoß + Kraftstoffverbrauch von Nutzfahrzeugen nach Regionen
EU
USA
Japan
China
Brasilien
> Vollständige Umsetzung
der CO 2 -
Regelungen wird
für 2015/2016 erwartet
> Studie zur Messmethodik
für CO 2 -
Ausstoß von Nutz-
fahrzeugen soll
bis 2011 abgeschlossen
werden
> Bekanntgabe von > Bis 2015 zu errei- > Erste Diskussionen > Derzeit einge-
Regelungen zum chende Kraftstoffverbrauchsziele
über Ziele zur
schränkte Diskus-
Senkung des CO 2 - sion über Ziele zur
CO 2 -Ausstoß von
neuen mittelschweren/schweren
sind festgelegt: Ausstoßes von
Senkung des
Nutz-
Min. Effizienz (km/l) Nutzfahrzeugen, CO 2
-Ausstoßes
fzg. in 2013 erwartet
t
> Vollständige Umsetzung
bis (spä-
testens) 2016
erwartet; Senkung
zulässiger CO 2 -
Ausstoß um 10%
mit weiteren jährl.
Senkungen erwartet
nach Gewichtsklassen
und Fahrzeugsegment
(z.B.
LkW mit GVW 16-
20t: min. 4,15 km/l)
> Ziele werden gerade
überarbeitet
und möglicher-
weise verschärft
insbesondere im
Bus-Bereich finden
statt
> In großen Städten
wird eine schnellere
Umsetzung
erwartet
von Nutzfahrzeugen
> Umsetzung mit
einer Verzögerung
von fünf Jahren
gegenüber den
Triademärkten
wird erwartet
Quelle: Interviews; Presse; Delphi/Dieselnet; Roland Berger
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Um die Rdkti Reduktionsziele il umzusetzen müssen die Hersteller eine
Kombination von möglichen Technologien einsetzen
Konventionell
1 2
Alternative Technologien
Gesetzlicher
Rahmen
Fahrzeug- 1)
Optimierung
a. Regulierungen
Powertrain-
Optimierung
Potential zur CO 2 -Reduktion
Hybride Elektrofahrzeuge Brennstoffzelle Alternative
Kraftstoffe
b. Implementierung (Strafen/Anreize)
Zentrale Herausforderungen für den OEM
c. Zulassung neuer Technologien
Kommerzielle Verfügbarkeit
Finanzieller Nutzen für den Kunden (TCO) 2)
Weitere Herausforderungen 3) 6
Kundenanforderungen
1) Indirekte Verbesserungen (z.B. optimal geschulte Fahrer, Verkehrsmanagement) nicht im Fokus der Betrachtung 2) Total Cost of Ownership 3) Z.B. notwendige Ladeinfrasktuktur EV
Quelle: Roland Berger

Optimierungsmöglichkeiten i it sind mitunter t limitiert iti t – Rlti Relativ
hohe Komplexität durch unterschiedliche Anwendungsgebiete
Konventionelle Technologien
Alternative Technologien
Verbesserte
Aerodynamik
Rollwider-
standsred.-/
Super-Single
Reifen
ICE-
Optimierung
Anwendungsgebiet
Elektrische
Higher
Gewichtsreduzierung
APUs/ tonnage
PTOs 1)
trucks
Hybrid
Elektrofahrzeuge
Brennstoffzelle
Alternative
Kraftstoffe
City Verteiler Lkw 12t
City/Intercity
Verteiler Lkw 18t
2)
Stadtbus 18m
3)
Fernverkehr Lkw 40t
1) Auxiliary Power Units, Power take-off Units
Optimierung von höher Relevanz für das Anwendungsgebiet
2) Zum Großteil bereits im Einsatz
3) z.B. Vermeidung von Leerlauf beim Parken in den USA
Optimierung nicht relevant für das Anwendungsgebiet
Quelle: Unternehmensinformationen; ACEA; Interviews; Roland Berger; Fotos: Wikimedia
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Lösungen zur Fh Fahrzeug-/Powertrainoptimierung ti i stehen th bereits
heute zur Verfügung und können kurzfristig umgesetzt werden
Verfügbarkeit von Technologien 1)
Kraftstoffe
1) Indikativ
Heute 2015
Fahrzeug/Powertrain-Verbesserungen
Hybride
Elektrofahrzeuge (Einsatz in Städten)
Alternative fossile Kraftstoffe
Biokraftstoff Generation 1
Biokraftstoff Generation 2
Brennstoffzelle
2010 2015 2020 2025 2030 2035
Powertrain
Quelle: FNR; VOB; GM; Presse; Roland Berger
Nischensegmente/Kleinserien
Bewertung
> Fahrzeuge/ICE Powertrain werden
konstant weiterentwickelt, Kraftstoffverbrauch
gilt weiter als ein wesentliches
Kaufkriterium – Schon heute liegt eine
Reihe seriennaher Lösungen vor
> HbidT Hybrid-Technologie i gewinnt an Bedeutung
(z.B. Stadtlieferservice in Japan) –
Systemkosten müssen reduziert werden,
um eine höhere Penetrationsrate zu
ermöglichen
> Kapazität der Batterie, Gewicht- und
Kostenaspekte müssen weiterentwickelt
werden, um den breiten Einsatz der E-
Mobilität in den Städten zu ermöglichen
> Alternative fossile Kraftstoffe (d.h. Erdgas)
werden noch lange ausreichen
> Biokraftstoffe der zweiten Generation
werden wegen hohen Produktionskosten
und Rohstoffbestand erst nach 2015 in
breiter Masse verfügbar sein
8

Fh Fahrzeugoptimierungen i zielen insbesondere auf Aerodynamik,
Rollwiderstand sowie Reduktion der ICE-Nutzung ab
Energienutzung bei Fernverkehrs-Lkw mit konventionellen
Verbrennungsmotoren [in % der Kraftstoffenergie]
Anmerkungen
100
1
Fahrzeug-
2
Optimierungen
19
Luftwiderstand
19
Rollwiderstand
= 38% = 62%
Reibung im Antriebsstrang
3
Reibung im Motor
4
Ladeluftkühlung
8
15
Kühlung
ICE-Powertrain-
Optimierungen
Abgas
29
Sonstige
3
> Fokus bei fahrzeugseitigen
Verbesserungen
liegt auf der
Verringerung des
Rollwiderstands (z.B.
Reifen, Gewicht) sowie
des Luftwiderstands
(z.B. Seitenverkleidung)
> Weitere Verbesserungen
sind möglich
durch verringerte
Nutzung des Verbrennungsmotors
(z.B. Elektrifizierung von
Komponenten)
100 % Energiegehalt des Kraftstoffs
Quelle: Renault; Daimler; Roland Berger
9

1
FAHRZEUGOPTIMIERUNGEN
Je nach Anwendungsgebiet stellen Fzg.-/Powertrainoptimierungen
ti i
ein kombiniertes Potential von über 15% Verbrauchsreduktion dar
Reduktionspotential bis 2020 [% von l/100km]
Anwendungsgebiet 1 Fahrzeug-Optimierungen
2
ICE Powertrain-
Optimierungen 3)
City Verteiler Lkw
12t
1
1
2
~4%
~5 %
City/Intercity
Verteiler Lkw 18t
2
2
2
~6 %
~3 %
Stadtbus
18 Meter
1
1 2
~4 %
~3 %
Fernverkehr Lkw
40t
~10-15 %
3-5 3-5 5 (davon: Truck ~3-5%,
~5 %
Trailer ~7-10%)
Luftwiderstand 1) Rollwiderstand Sonstige 2)
1) In einigen Regionen ist eine Modifikation der Homologationsrichtlinien erforderlich, um signifikante Aerodynamik-Verbesserungen vorzunehmen
2) z.B. elektrische APUs und PTOs, Gewichtsreduktion, EuroCombi 60t 3) Z.B. automatisiertes Getriebe, verbesserte Injektoren
Quelle: Unternehmensinformationen; ACEA; Rocky Mountain Institute; Presse; Interviews; Roland Berger; Fotos: Wikimedia
10

1
FAHRZEUGOPTIMIERUNGEN
Einige i konventionelle Features zur Verbrauchsreduktion sind
bereits am Markt erhältlich, andere noch nicht zugelassen
Beispiele Fahrzeugoptimierung
Verfügbarkeit
Mehrkosten
[EUR] 1)
Anmerkungen
> Für alle Optimierungen ist
>5.000 eine standardisierte Messmethodik
der CO 2
Reduktion erforderlich
~1.000 2) (unter realistischen
Bedingungen oftmals noch
nicht vorhanden)
> Die meisten Optimierungen
4.500- sind grundsätzlich
45.000
regionenübergreifend
einsetzbar – Derzeit
erfordern jedoch einige
~0 Optimierungen (z.B.
höhere Tonnage oder
Aerodynamik-Features)
20.000-
eine Modifikation der
Homologationsrichtlinien je
nach Region
Elektrifizierung
Regulierungen
Verbesserte Aerodynamik
> Verbesserter c w -Wert (z.B. durch Kabinenspoiler, Side Skirts)
Reifen mit verringertem Rollwiderstand/Super-Single Reifen
> Reduktion des Rollwiderstands ohne Verringerung der
Bodenhaftung (z.B. beim Bremsvorgang)
Gewichtsreduzierung (Leichtbau)
> Durch Gewichtsreduzierung bei Lkw und Auflieger, können
höhere Tonnagen transportiert werden
Elektrische APUs/PTOs 1)
> Leerlaufreduzierung (insbes. Nordamerika) - Nebenantriebe,
die von einer Batterie versorgt werden, die von ICE nur wenn
nötig, aufgeladen wird
Überlange Lkw
> Lkws mit einem max. Gewicht von 60t anstatt 40t ermöglichen
einen niedrigeren Verbrauch pro t-km (z.B. EuroCombi)
Luftund
Roll-
widerstand
30.000 3) 11
Verfügbarkeit (und Zulassung) von Produkten in vollem Umfang gegeben
Verfügbarkeit (und Zulassung) bisher nicht gegeben
1) Schätzung 1) Auxiliary Power Units, Power take-off Units
2) Mehrkosten für Umrüstung 3) Hauptsächlich Dolly-Achse/zusätzlicher Trailer
Quelle: Unternehmensinformationen; Lastauto Omnibus; ACEA; Rocky Mountain Institute; Presse; Interviews; Roland Berger

1
FAHRZEUGOPTIMIERUNGEN
Geringe Anschaffungspreise bei signifikanter ifik Verbrauchseinsparung
sind Voraussetzung für einen positiven TCO-Effekt
Amortisation von Fahrzeuoptimierungspaketen – Beispiel Fernverkehr (Kanada)
Fahrzeugoptimierungs- g
Kraftstoff- Anschaffungspreis Payback
Pakete
einsparung 2)
[EUR] 3)
Side Skirts (Aerodynamik)
~ 12%
~9.700
< 2 Jahre
Einfach
Rollwiderstandsoptimierte
Doppelbereifung
Diesel APU 1)
~ 6.900 l/p.a.
~ 6.100 EUR/p.a.
tt
Komple
Aerodynamik der Zugmaschine
verbessert, Side Skirts, Base
Flaps, Seitenverkleidungen für
Fh Fahrerhaush
Super-Single Reifen
Batteriebetriebene/
elektrische APU 1)
~18%
~10.400 l/p.a.
~ 9.500 EUR/p.a.
~26.100 < 3 Jahre
1) Auxiliary Power Unit z.B. für Klimatisierung während Fahrpausen 2) Fahrleistung: 160.000 km p.a., 33 l/100 km., 1.400 Stunden Leerlauf p.a., 3,5 l/Std. Leerlauf, 0,76 EUR/l Diesel
3) Wechselkurs CAD/EUR =0,78/1
Quelle: Rocky Mountain Institute; Oanda; Government of Canada
12

1
FAHRZEUGOPTIMIERUNGEN
Aus Kundensicht muss sich der Anschaffungspreis für
Fahrzeugoptimierungen innerhalb kurzer Zeit amortisieren
Ergebnisse der Befragung deutscher Speditionen (1/2)
"Welches sind die wichtigsten Kriterien, die Sie zum Kauf von verbrauchsreduzierenden Features ansetzen?" 1)
Anschaffungspreis
Wirtschaftlichkeit,
Amortisationszeit 2)
Potenzial zur
Verbrauchsoptimierung
"Das Kosten-
Nutzenverhältnis muss
gegeben sein."
"Preis sowie
Ergebnisbeitrag sind
die wichtigsten
Kaufkriterien."
"Die Wirtschaftlichkeit hk it ist das
wesentliche Kaufkriterium – die
Investition soll ja meine Kosten
senken."
"Investitionen sind sinnvoll,
solange Potenzial zur
Verbrauchsoptimierung
existiert und dadurch Geld
eingespart werden kann."
"Der Mix aus
Wirtschaftlichkeit und
Kosten sollte stimmen."
"Sofern man den
Verbrauch steuern will,
kommt man um
derartige Investitionen
nicht herum."
1) Fokus Aerodynamik und Rollwiderstandsminimierung 2) Mindestanforderung an Amortisationszeit i.d.R. zwischen einem und vier Jahren
Quelle: Interviews; Roland Berger
13

1
FAHRZEUGOPTIMIERUNGEN
Ein flächendeckender d Einsatz von verbrauchsreduzierenden
d
Elementen wird derzeit durch verschiedene Faktoren erschwert
Ergebnisse der Befragung deutscher Speditionen (2/2)
1
2
3
4
5
Spoiler/Diffusoren
Seitenverkleidung
"Welche verbrauchsreduzierenden
Elemente nutzen Sie
in Ihrer Flotte?" 1)2)
Reifendruckprüfsysteme
Rollwiderstandsoptimierte
Reifen
Easy-Tarp-Plane
Sonstige: Fleet-
Management-Systeme,
Fahrerschulung
"Wo liegen Hindernisse zum flächendeckenden Einsatz verbrauchsreduzierender Features?" 1)
1 Anschaffungspreis
Höhe des Anschaffungspreises ist maßgeblich für die
Amortisationsdauer
2
3
4
5
6
Unterschiedliche Einsatzzwecke
Umrüstzeit
Steigendes Eigengewicht
Fehlende Wirtschaftlichkeit
Gesetzl. Bestimmungen
Einige Features sind für bestimmte Anwendungsgebiete
ungeeignet
Werkstattaufenthalt von Fahrzeugen senkt Auslastung der
Flotte
Mit zunehmendem Eigengewicht durch Features sinkt die
zulässige Nutzlast
Bei einzelnen Features und best. Anwendungsgebieten
rechtfertigt die Verbrauchseinsparung nicht die Anschaffung
Regionale Zulassungsbestimmungen verhindern teilweise
Einsatz (z.B. Teardrop-Trailer)
7 Einkaufsoptimierung
i
Zusätzlicher Koordinationsaufwand d für die
Einkaufsorganisation
1) Ranking, Mehrfachnennungen möglich 2) Fokus Aerodynamik und Rollwiderstandsminimierung
Quelle: Interviews; Roland Berger
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2
ICE-POWERTRAINOPTIMIERUNGEN
Basierend auf Technologien aus Triade-Märkten könnte in BRIC
eine signifikante Verbrauchsreduktion erzielt werden
Durchschnittlicher Kraftstoffverbrauch von Nutzfahrzeugen in
Brasilien und Deutschland, 2009 [l/100 km]
Anmerkungen
City Verteiler
Lkw 12t
75
~-20%
City/Intercity Stadtbus
Lkw
Verteiler Lkw 18t 18 Meter Fernverkehr
40t
> ICE Technologie ist in
BRIC-Märkten noch nicht
soweit fortgeschritten wie in
Triade Märkten – Anschaff-
ungspreis oft noch
wichtiger als TCO
60
~-13%
> Emissionsregulationen in
~-11%
einigen BRIC-Märkten noch
~-22% 40
bis zu fünf Jahre hinter
35
denen in Triade-Märkten
28
(z.B. derzeit noch EURO III
23
25
in China)
18
> Durch einen schnelleren
Angleich der Technologien
an Triade-Märkte könnten
signifikante Verbrauchseinsparungen
erzielt werden
Brasilianisches Fzg.
Deutsches Fzg.
Quelle: Brasilianische OEMs, Lastauto Ommibus
15

Ausblick: Die Erfüllung der erwarteten t CO 2 -Regulierungen
erfordert ein aktives Management
Ausblick Roland Berger Studie Truck Powertrain 2020 – Hypothesen
1.
CO 2-Reduzierungen von 20-30% werden bei Neufahrzeugen erwartet – Zielerreichung
nur durch einen Technologiemix möglich – Masterplan mit Zielen erforderlich
2. 3.
4.
5.
Konstruktive Optimierungen wie Aerodynamik sind wichtiger Bestandteil zur
CO 2 -Reduzierung
Die Gesetzgebung sollte sich bzgl. Machbarkeit und Herausforderungen gemeinsam
mit der Industrie abstimmen und zeitnah Zielwerte festlegen
Kooperation notwendig, um Herausforderungen bei der Hybridisierung zu überwinden:
Batteriekosten, E-Motoren, elektronische Komponenten
Die Bedeutung der CO 2 -Reduzierung rechtfertigt eine zentrale Verantwortung auf
Gesamtfahrzeug-Ebene
Quelle: Roland Berger
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