Elektroantrieb für Autos: Alternative der Zukunft? – Alternative Antriebe

18. Februar 2014 | Autor: Redaktionsteam Hannoversche | Kommentare: 1 | Bewertung: Bitte geben Sie Ihre Bewertung abBitte geben Sie Ihre Bewertung abBitte geben Sie Ihre Bewertung abBitte geben Sie Ihre Bewertung abBitte geben Sie Ihre Bewertung ab (2)

Elektroantrieb für Autos: Alternative der Zukunft?

Aufgrund der vielfach höheren Energieeffizienz gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren können Elektroautos mit Batterie für den Umwelt- und Klimaschutz große Vorteile bringen – vorausgesetzt diese werden mit „grünem“ Strom aus regenerativen Quellen betrieben. Bis auf den Reifenabrieb wird dann klimaneutral, kostengünstig und emissionsfrei gefahren. Als Energiequelle werden hauptsächlich zwei Konzepte eingesetzt und weiterentwickelt: die Batterie als Stromspeicher und die Brennstoffzelle, die Wasserstoff in Strom verwandelt und diesen dem Elektromotor zur Verfügung stellt. Lesen Sie in diesem Artikel unserer Serie „Alternative Antriebe“. wie weit diese Technologien sind und ob der Elektroantrieb die beste Antriebsform der Zukunft ist.

Strom aus erneuerbaren Energien ist die wichtigste Voraussetzung für umweltschonendes Fahren. „Grüner“ Strom wird beispielsweise mithilfe von Fotovoltaik, Windkraft oder solarthermischen Anlagen produziert. Dafür sind entsprechende Flächen notwendig, die weit weniger groß ausfallen, als die für die Herstellung von Agrosprit (Agrodiesel: Öle aus Raps, Sonnen- oder Sojaöl, Agroethanol: Öle aus Zuckerrüben, Getreide, Mais) benötigten. Das Problem des umstrittenen Teller-Tank-Konflikts ist dabei nicht gegeben, denn es wird nicht um die Nutzung wertvoller Bodenflächen konkurriert, die für die Produktion von Nahrungsmitteln genutzt werden könnten. Ist regenerativer Strom in allen Haushalten verfügbar, kann dieser eine wertvolle und empfehlenswerte Antriebsenergie werden.

Wussten Sie schon, dass der Anteil erneuerbarer Energien 2012 in Deutschland 22 Prozent betrug und damit hinter Braunkohle auf Platz zwei lag?

Der Hybridantrieb: Elektromotor und Verbrennungsmotor

In Fahrzeugen mit Mild- und Full-Hybrid-Antrieb sind sowohl ein Verbrennungsmotor (Benziner oder Diesel) als auch ein oder mehrere Elektromotoren verbaut. Das Gewicht von zwei Motoren muss also transportiert werden. Im Stop-and-go-Verkehr arbeitet nur der Elektromotor, ebenso bei entspanntem Fahren. Der Strom für die Batterie wird durch einen Generator erzeugt, der vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Zusätzlich werden die Brems- und die Schubenergie vom Generator in Strom umgewandelt und in der Batterie gespeichert.

Im Stadtverkehr kann das Hybridauto eine umweltfreundlichere Alternative sein, auf der Autobahn kann der Spritverbrauch jedoch höher ausfallen, da dann hauptsächlich der Verbrennungsmotor arbeitet und Bremsenergie kaum zurückgewonnen wird.

Plug-in-Hybride sind die nächste Stufe in der Entwicklung des Elektroantriebs. Das Antriebssystem soll um den Faktor vier energieeffizienter sein und die Batterie über die normale Steckdose geladen werden. Ein kleiner Verbrennungsmotor mit Generator dient der Unterstützung und zur Vergrößerung der Reichweite.

Die Hybride sollen den besten Kompromiss aus beiden Welten darstellen und sind eine interessante Übergangslösung – das Ziel der Klimaneutralität ist damit jedoch nicht erreicht, fossile Kraftstoffe werden weiterhin verbraucht. Anders sieht es bei einem reinen Elektroauto aus.

Elektroautos mit Batterie

Fahrzeuge mit Elektroantrieb und Batterie zeichnen sich besonders durch einen sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent aus. Im Schubbetrieb und beim Bremsen wird Energie zurückgewonnen. Dadurch sinkt der Verbrauch weiter. Diese Elektroautos sind leise und emissionsfrei, Smog in Städten könnte damit bald der Vergangenheit angehören. Noch ist die Speicherkapazität der teuren Batterien begrenzt: Elektroautos sind derzeit für Distanzen bis zu 180 Kilometern und eine Geschwindigkeit von bis zu 130 km/h geeignet. Innovative Batteriesysteme sind in der Entwicklung, mit einer Vergrößerung der Reichweite kann in den nächsten Jahren gerechnet werden.

Der Verbrauch ist bereits niedrig, und auch hier sind weitere Verbesserungen zu erwarten. 16 kWh werden für 100 Kilometer verbraucht – Kosten zurzeit: rund drei Euro.
Bereits ab 2016 könnte die Nachfrage nach Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren stark fallen und jene nach Elektroautos rapide ansteigen. Der rasante technologische Fortschritt führt zu wesentlich günstigeren Batterien und einer steten Vergrößerung der Reichweite. Zudem wird es bis dahin deutlich mehr Elektrotankstellen geben, Tesla und BMW beginnen mit der Aufstellung von Ladesäulen. Aktuell ist die Infrastruktur in Deutschland kaum ausreichend. Zu Hause und vielleicht am Arbeitsplatz werden die Batterien in Ruhe geladen, jenseits dieser Stationen beginnen jedoch die Probleme. Derzeit existieren in Deutschland vier Ladestecker-Systeme. Ein Bezahlsystem für den Strom außerhalb des eigenen Versorgungssystems fehlt.

Ladestecker – vier verschiedene Systeme

Die Haushaltssteckdose mit Schukostecker ist auf eine Dauerlast von 2,4 Kilowatt beschränkt und somit eine sehr langsame Variante – nur für Nachttanker geeignet. Wer in der Garage parkt, kann diese nutzen, wer im dritten Stock einer Mietswohnung wohnt eher nicht.

Die meisten öffentlichen Ladesäulen arbeiten derzeit mit dem Mennekes- oder Typ-2-Stecker. Eine Ladeleistung von bis zu 22 Kilowatt wird erreicht – eine 80-prozentige Füllung in weniger als einer Stunde ist möglich. Momentan verarbeiten die meisten Elektroautos jedoch nur bis zu 3,6 Kilowatt.

Eine weitere Variante ist die CSS-Buchse (Combined Charging System), ein neuer Gleichstrom-Ladestandard. Die CSS-Buchse ist der Favorit der deutschen Autohersteller, diese ist zum Typ-2-System kompatibel. Mit einer Leistung von 50 Kilowatt ist die Batterie innerhalb von nur 30 Minuten zu 80 Prozent gefüllt.

Japanische Hersteller haben die Schnittstelle Chademo entwickelt, kompatible Fahrzeuge von Mitsubishi und Nissan verkaufen sich weltweit gut.

Wussten Sie, dass das erste Elektroauto für die Straße schon fünf Jahre vor dem Patent-Motorwagen von Carl Benz fuhr?

Die Karosserie als Batterie

Es wird eifrig geforscht, die Batterien in einem Elektroauto sind sperrig und schwer: Im aktuellen Modell i3 von BMW wiegt die Lithium-Ionen-Batterie 230 Kilogramm. Das von der EU finanzierte Forschungsprojekt StorAGE beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Stromspeicher: Robust, leicht, dünn und biegsam sollen diese sein. Volvo ist der einzige Autohersteller, der an dem Projekt beteiligt ist. In einem Prototyp wird die Karosse zur Batterie: Die Motorhaube und der Kofferraumdeckel dienen als Stromlieferant. Nach Aussage von Volvo könnte ein Fahrzeug, bei dem das Dach, die Türen und die anderen Karosserieteile aus dem neuen Material gefertigt werden, genügend Strom speichern, um eine Reichweite von rund 130 Kilometern zu erreichen. Im Gegensatz zur elektrochemischen Speicherung der Energie in einer Lithium-Ionen-Batterie speichern diese Kondensatoren die Energie physikalisch: Strom wird extrem schnell aufgenommen und genauso schnell bereitgestellt. Bis zur Marktreife der strukturellen Batterien werden vermutlich noch mindestens 15 Jahre vergehen.

Batteriefeuer – sind Autos mit Elektroantrieb sicher?

Experten sind sich einig: Batterieelektrische Autos sind sehr sicher. Ist die Batterie korrekt gefertigt, fängt diese weder im Betrieb noch beim Laden Feuer.

Dringt ein Metallteil in die Batterie ein, kann es zu einem abrupten Kurzschluss kommen, woraufhin ein Brand entstehen kann. Zwischen den Modulen der Batterie sind Brandschotten verbaut, sodass sich ein Feuer auf die Front des Fahrzeugs beschränkt. Ein Wagen des Herstellers Tesla fing Feuer, nachdem dieser durch eine Mauer gerast war. Ein mit Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug könnte bei solch einem schweren Unfall ebenfalls Feuer fangen. Tesla hat als Reaktion auf die bisherigen drei Brände in Fahrzeugen die Fahrzeuggarantie auf Schäden durch Feuer ausgeweitet.

Der ADAC hat die Sicherheit von Autos mit Elektroantrieb in diversen Crashtests auf die Probe gestellt und keinerlei besondere Risiken ausmachen können. Damit Unfallhelfer ein solches Auto gefahrlos aufschneiden können, um Verletzte zu bergen, wird empfohlen, eine Rettungskarte hinter der Fahrersonnenblende zu platzieren. Hochvoltleitungen und andere sicherheitsrelevante Teile sind darauf verzeichnet, sodass die Unfallhelfer gefahrlos arbeiten können.

Toyota will 2015 das erste Elektroauto mit Brennstoffzelle auf den Markt bringen

Der größte Autohersteller der Welt scheint nicht an den Erfolg der Batterie zu glauben, stattdessen soll die Brennstoffzelle die Stromquelle der Zukunft sein. Ein Elektroauto ohne Einschränkungen ist das Ziel, das Betanken mit Wasserstoff in drei Minuten abgeschlossen. Eine Reichweite von 500 Kilometern soll erreicht werden, das Fahrzeug ist ebenfalls mit Pufferbatterie und Bremsenergierückgewinnung ausgestattet. Andere Autohersteller wie Opel, Ford, Mercedes, Honda und GM kündigen ebenfalls bis 2015 erste Wasserstoffautos an.

Der für den Antrieb nötige Strom wird bei dieser Variante nicht aus einer Batterie, sondern aus einer Brennstoffzelle gewonnen. Die Knallgasreaktion von Sauerstoff (0) und Wasserstoff (H) zum Abgasprodukt Wasser (H2O) verläuft kontrolliert, elektrische Energie wird freigesetzt. Der Wasserstoff wird in sehr aufwendig hergestellten Tanks mitgeführt.

Die Umwandlung von Wasserstoff in elektrische Energie führt zu einem schlechteren Wirkungsgrad gegenüber batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen. Skeptiker fragen: Wozu mithilfe von Strom Wasserstoff erzeugen, der dann wieder zu Strom umgewandelt wird und einen Elektromotor antreibt? Experten von VW haben einen Gesamtwirkungsgrad von nur 20 Prozent errechnet („von der Quelle bis zum Rad“).

Den Ausbau des Tankstellennetzes koordiniert die “Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie” (NOW): Bis 2017 sollen mindestens 100 Tankstellen entstehen, an denen Wasserstoff getankt werden kann. Im Gegensatz zum „Tanken“ von Strom ist beim Wasserstoff bereits weltweit ein einheitlicher Standard gegeben.

Aktuelle Probleme der Elektroautos: Preis, Reichweite und Infrastruktur

Bisher haben die Autos mit Elektroantrieb noch mit drei großen Problemen zu kämpfen:

  • Dem Preis
  • Der Reichweite
  • Der Infrastruktur

Bisher sprechen die Ökonomie und der Markt noch eher gegen das Fahren mit Batterie oder Brennstoffzelle. Nach einer Studie des Fraunhofer Instituts für Arbeitswissenschaft und Organisation (IAO) dauert es noch bis zum Jahr 2050, bis der Verkehr in der Stadt komplett ohne fossilen Kraftstoff auskommt. Bis 2020 sollen rund eine Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen fahren. Betriebliche und kommunale Flotten werden die Ersten sein, die mit Elektrofahrzeugen fahren.

Langfristig viele Vorteile für den Elektroantrieb

Langfristig spricht jedoch alles für das Fahren mit Strom. Verbrennungsmotoren erreichen nur einen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent. Die Reserven an Erdöl gehen langsam zu Ende, die Preise für Benzin und Diesel werden weiter steigen. Das giftige Rohöl wird mit Supertankern über die Meere verschifft und mit Gefahrguttransporten nach der Aufbereitung in der Raffinerie zur Tankstelle transportiert. Die Förderung ist umweltschädlich, der Transport und die Nutzung ebenso – regenerative Energien müssen zu mehr als einer Alternative weiterentwickelt werden.

Elektroautos mit Brennstoffzelle und Batterie stehen nicht in Konkurrenz zueinander

Es wird viel diskutiert, ob die Batterie oder die Brennstoffzelle der Stromlieferant im Elektroauto der Zukunft sein wird. Dabei haben beide Konzepte ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Eine Brennstoffzelle ist umso sinnvoller, je größer das Fahrzeug und die notwendige Reichweite ist. Für ein Stadtfahrzeug ist die geringe Reichweite des mit Batterie versorgten Elektroautos irrelevant, für die Fahrt auf der Autobahn oder lange Wege über Landstraßen ist die Brennstoffzelle besser geeignet.

Das Ende der Verbrennungsmotoren wurde in den vergangenen Jahren immer wieder prognostiziert, besonders die Brennstoffzelle wurde in den letzten zehn Jahren das ein ums andere Mal angekündigt – und deren Serienreife dann doch wieder verschoben. Nun scheint der Einstieg in Reichweite!

Nicht nur der Elektroantrieb ist eine Alternative zu Benzin und Diesel: Mit Gas betriebene Autos sind ebenfalls eine Option für die Verbraucher: Lesen Sie mehr zu Autogas und Erdgas.

Was denken Sie? Diesel und Benzin haben noch nicht ausgedient, ein Ende ist jedoch unvermeidbar. Ist eine Hybrid-Lösung aktuell interessant?
Was ist mit dem fossilen Kraftstoff Erdgas? Die Reserven sind noch lange nicht erschöpft, die Umweltbelastung deutlich geringer als bei Benzin und Diesel.
Was ist Ihre Meinung zum Agrosprit? Am Teller-Tank Konflikt scheiden sich die Geister, dabei könnten in Zukunft auch ausschließlich natürliche Abfälle zu Kraftstoff umgewandelt werden.

 

Quelle: Bild oben © Petair – Fotolia.com


Kategorien: Allgemein

Kommentare:
  1. Geschrieben von R.S | am 2. Juli 2015 um 13:42 Uhr

    Leider wurde der Klassenprimus außen vor gelassen, Tesla Motors baut schon seit 2008 Autos mit über 350km Reichweite. Das aktuelle Model S hat bereits 400-500km Reichweite. Das Argument großes Auto viel Reichweite zählt auch nicht, da der Tesla Roadster, ein sehr kleines Auto, mit einem Akku Upgrade bereits 400 meilen also ca 650 km nach dem viel strengeren EPA Zyklus schafft. Viel Reichweite ist schafbar, wenn auch zu einem Preis, der muss sinken. Das ist aber nur möglich wenn alle an einem Strang ziehen, das ist das einzige und größte Problem des Elektroautos.


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