Alternative Antriebe im Vergleich

Welche alternativen Antriebsarten stehen uns zur Verfügung? eeMobility gibt den Überblick über Vor- und Nachteile.

Datum:

11.06.2019

Lesezeit:

4 min

Text:

Felix Deitert von eeMobility

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Averie Woodard on Unsplash.com
  • Welche Probleme gibt es bei der Verbrennung von Kraftstoff?
  • Gute Gründe sprechen für Strom als Energieträger der Mobilität der Zukunft
  • Wichtig ist jedoch, dass der Strom aus regenerativen Energiequellen stammt

Warum brauchen wir überhaupt neue Antriebsarten?

Zur Fortbewegung wird Energie benötigt. Beim Menschen kommt sie aus den Muskeln, bei Fahrzeugen sieht das anders aus. Seit der Industriellen Revolution im 18. Jahrhundert bis heute sind Verbrennungsmotoren die vorherrschende Antriebsart im weltweiten Verkehr. Die Energie dafür liefern meistens Erdölprodukte wie Benzin oder Diesel. Die fossile Ressource Erdöl ist, zumindest mittelfristig, nicht erneuerbar.

Gleichzeitig steigt der weltweite Bedarf weiter an – so auch im Sektor Verkehr: Er stellt mit 42 % den größten Anteil am weltweiten Verbrauch von Erdöl dar. Erneuerbare Brennstoffe wie etwa Bioethanol oder -gas können zwar Teile des Erdölbedarfs ersetzen. Die Verbrennung von Kraftstoff bringt jedoch generell Probleme mit sich: Denn bei der Umwandlung in Antriebsenergie werden schädliche Substanzen ausgestoßen. Neben dem Treibhausgas Kohlendioxid sind das auch Stoffe wie Rußpartikel oder Stickoxide, die Mensch und Umwelt erwiesenermaßen Schaden zufügen.

In welcher Weise schaden Diesel- und Ottomotoren der Umwelt?

Die in Autos verbauten Diesel- und Ottomotoren wurde über mittlerweile mehr als 130 Jahre kontinuierlich weiterentwickelt und optimiert. Trotzdem beträgt der Wirkungsgrad nur ca. 35 %. Bei geringer oder mittlerer Last wie z.B. im Stadtverkehr liegt er deutlich darunter. Der Rest der eingesetzten Energie wird Großteils in Wärme umgewandelt. Die beim Verbrennungsprozess entstandenen Schadstoffe werden durch den Einsatz von Filtern und Katalysatoren zwar reduziert, können aber nicht komplett vermieden werden.

„Grundbedürfnis nach Fortbewegung und Mobilität“

Was müssen wir ändern, um unsere Klimaziele im Verkehrssektor zu erreichen?

Um das Ziel aus dem Pariser Abkommen zu erreichen, brauchen wir auch im Verkehrssektor Klimaneutralität. Neben neuen Mobilitätskonzepten, wie Carsharing oder Konzepte für den öffentlichen Nahverkehr, die effizientere Mobilität zum Ziel haben, geht es dabei vor allem um alternative Antriebsarten. Eins steht dabei fest: Das menschliche Grundbedürfnis nach Fortbewegung und Mobilität soll nicht beschnitten werden. Es geht also vor allem um das „wie“. Fakt ist: Klimaneutral wird der Verkehr der Zukunft nämlich erst dann, wenn Fahrzeuge mit CO2-neutralen Energien angetrieben werden. Gesucht wird also eine schadstofffreie und energieeffiziente Antriebstechnologie gepaart mit regenerativen Antriebsenergien.

Warum Strom als Energieträger der Mobilität?

Gute Gründe sprechen für Strom als Energieträger der Mobilität der Zukunft. Einerseits kann die Erzeugung von Strom durch Quellen wie Sonne oder Wind regenerativ und klimaneutral stattfinden. Andererseits lässt er sich in Form von z.B. Wasserstoff oder Batterien speichern. Im Zentrum der Diskussion über den Antrieb der Zukunft steht aktuell folglich der Elektromotor in Kombination mit einem Akku oder einer Brennstoffzelle.

Effiziente Batterie-Elektroautos

Bei Elektrofahrzeugen mit Batterien wird der Strom in dieser gespeichert und von dort direkt in Bewegungsenergie umgewandelt. Einer der Vorteile ist dabei die Effizienz: Bis zu circa 90 % der eingesetzten Energie geht in den Antrieb des Fahrzeugs. Auch im Bereich niedriger Last wie z.B. innerorts ist dieser Wirkungsgrad konstant hoch. Durch sog. „Rekuperation“ wird Bremsenergie zurück in den Akku geleitet, anstatt sie durch Bremsen in Wärme abzublasen.

Außerdem entstehen durch diese Antriebsart keine direkten Emissionen. Wichtig ist jedoch, dass der Strom aus regenerativen Energiequellen stammt, sonst wird der Ort der CO2-Emissionen vom Auto zum Kraftwerk verlagert. Das macht deutlich: Verkehrs- und Energiewende sollten gepaart vorangetrieben werden, um sich so gegenseitig zu befruchten.

Stand heute: Wie funktioniert das Laden von Elektroautos?

Das Aufladen der Batterie gleicht einem reversiblen Prozess. Strom ist weltweit gut verfügbar und transportierbar. Geladen wird erfahrungsgemäß dort, wo das Auto länger steht. Voraussetzung ist allerdings eine entsprechende Lademöglichkeit. Die Reichweiten der Fahrzeuge sind für die meisten Fahrten bereits alltagstauglich, bei längeren Strecken muss aber zwischengeladen werden. Die Ladedauer ist dabei stark vom Fahrzeug und der Ladeinfrastruktur abhängig. Dort besteht aktuell noch Nachholbedarf, um flächendeckend sicheres und schnelles Laden zu gewährleisten. Dazu sind auch Investitionen in die Stromnetze unabdingbar.

Umweltfreundlichkeit: Batterien als Kritikpunkt

Einer der größten Streitpunkte von Elektroautos ist die Batterie. Die Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie, wie sie aktuell in Elektroautos verbaut wird, ist sehr energieintensiv. In der Batterietechnik scheint das Ende der Fahnenstange aber noch nicht erreicht. So könnte etwa die Feststoffbatterie Abhilfe schaffen und zudem für längere Reichweiten und schnelleres Laden sorgen.

Kosten eines Elektrofahrzeugs: Anschaffung und Wartung

Aktuell sind die Anschaffungskosten eines Elektroautos auch wegen der Batterie oftmals noch höher als die eines Verbrenners. Aber auch hier wird stetig an einer Optimierung geforscht und entwickelt. Im Gegenzug weist ein Elektroauto deutlich weniger Verschleißteile auf als ein Verbrennerfahrzeug. Folglich ist ein Elektroauto wartungsärmer und so im Betrieb kostengünstiger.

Der Hybrid: eine Übergangslösung?

Eine Kombination aus klassischem Verbrennerfahrzeug und Elektroauto ist der Hybrid. Dort kommen beide Technologien zum Einsatz. So können kürzere Distanzen komplett elektrisch gefahren werden, während bei längeren Strecken der Verbrennungsmotor zum Einsatz kommt.

Was ist ein Wasserstoffantrieb – eine saubere Lösung?

Beim Wasserstoffantrieb kommt auch ein Elektromotor zum Einsatz, nur kommt hier die Energie aus dem Wasserstoff anstatt einer Batterie. Aus der chemischen Reaktion von H2 mit O2 entsteht neben Wasser eine große Menge an Energie. Sie wird durch die Brennstoffzelle in Strom umgewandelt. Dieser Prozess ist umweltfreundlich und reversibel. Die Reichweite und der Tankvorgang sind ähnlich den Verbrennerfahrzeugen. Eine Infrastruktur zur Betankung ist allerdings bislang nur spärlich verfügbar.

Auch stellt sich die Frage nach der Herkunft des Wasserstoffs. Es ist zwar das am häufigsten vorkommende Element im Universum, allerdings ist er in molekularer Form auf der Erde praktisch nicht existent. H2 kann kostengünstig aus Erdgas gewonnen werden. Das ist allerdings nicht in Einklang mit der Energiewende zu bringen. Eine einfache, aber energieintensive Methode ist die Elektrolyse von Wasser. Und auch hier ist CO2-neutraler Strom zur Gewinnung von Wasserstoff gefragt, um wirklich ‘grün‘ zu fahren.

Wasserstoffantrieb – eine gute Alternative für Transportfahrzeuge

Ein Vorteil dabei ist, dass man tägliche Schwankungen von z.B. Windkraft gut abfedern kann, indem Stromüberschüsse für die Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden. Allerdings ist der Energieverlust bei der Elektrolyse von Wasser mit circa 30 % beträchtlich. In Kombination mit den Verlusten aus Brennstoffzelle im Auto beträgt der Wirkungsgrad circa 50 %.

Dies resultiert in relativ hohen Kosten – neben den (noch) teuren Autos mit Wasserstoffantrieb. Dort sind nämlich spezielle Tanks notwendig, die den Wasserstoff gasförmig mit 700 bar speichern. Diese Tanks wiegen signifikant weniger als eine Batterie für eine ähnliche Reichweite. Vor allem bei großen Transportfahrzeugen für die Langdistanz könnte diese Technologie also interessant werden, denn eine so große Batterie wäre sehr schwer und auch teuer.

Fazit und Ausblick: Forschung und Entwicklung weiter gefragt

  1. Wieder einmal sind Forschung und Entwicklung gefragt, um die neuen Antriebsarten weiter zu optimieren und aktuelle Nachteile auszumerzen.
  2. Klar wird: Eine Verkehrswende im Hinblick auf Klimaneutralität ist nur zu schaffen, wenn die Energiewende gelingt.
  3. In der Batterietechnologie gibt es vielversprechende Entwicklungen, um die aktuellen Probleme der Akkus zu lösen.
  4. Elektromobilität ist in der Verkehrswende eine gut anwendbare und umweltfreundliche Lösung, wenn zertifizierter Ökostrom verwendet wird.

Quellen: Planet Wissen, T-online, Energielexikon, Agora Verkehrswende, Fvee, BMU, Greenpeace