E-Mobility: Antriebsform(en) der Zukunft – Teil 2

Befeuert durch verschiedene Diskussionen, beispielsweise über den Klimawandel oder den Abgas-Skandal, steigt das Interesse an alternativen Antrieben immer weiter an. Ich hatte Euch in Teil 1 bereits die verschiedenen Hybridarten bestehend aus Verbrenner und E-Motor vorgestellt. Nun folgt der zweite Teil mit dem Fokus auf rein elektrisch angetriebene Automobile.

Batterieelektrisches (BEV) Vehikel als Lösung – Ein klares Jein.

Es wird immer wieder herzhaft über das E-Auto diskutiert. Oftmals ist damit ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einer Traktionsbatterie gemeint. Das Elektroauto soll der Messias für die individuelle Mobilität sein. Doch ist dem wirklich so? Lasst uns mal die Fakten sammeln. Bei einem E-Fahrzeug werden viele Komponenten eines Vehikels mit Verbrennungsmotor nicht mehr benötigt. So ist kein komplexes Abgassystem nötig, keine Zylinder, Kolben usw. Stattdessen braucht man einen kompakten E-Motor (siehe die verschiedenen Elektromotoren hier), Inverter, Bordlader samt Ladeanschluss und natürlich ein Akkupaket (siehe hier).

Durch die nicht vorhandenen Bauteile hat man mehr Platz für die Passagiere und den Kofferraum. So wird der kommende I.D. Neo von Volkswagen (Name noch nicht endgültig) die Außenlänge eines Golf haben, jedoch im Innenraum Platz für die Insassen wie ein Passat bieten. Ebenso ist der jährliche Service erheblich kostengünstiger. Beim Nissan Leaf beispielsweise kostet der Service pro Jahr durchschnittlich 130 Euro. In Ausnahmefällen, wenn zum Beispiel neue Bremsen fällig werden, ist der Betrag höher, aber dennoch immer noch geringer als beim Verbrenner.

Übrigens kann auch auf ein mehrstufiges Getriebe verzichtet werden, denn die Leistung liegt sofort ab der ersten Umdrehung an. Um dem Fahrer verschiedene Leistungsmodi zur Verfügung zu stellen, gibt es die Möglichkeit, verschiedene softwareseitige Motormodi anzubieten. Ein immenser Vorteil des E-Autos ist der beste aller hier in dieser Reihe vorgestellten Wirkungsgrade. Mit Nutzung von über 85% der vom Batteriepaket gelieferten Energie ist die Kombination aus E-Motor und Traktionsbatterie unübertroffen effizient.

Doch wie bei allen Antriebsarten, gibt es auch beim BEV Nachteile. Das fängt schon an, bevor ein Automodell überhaupt das Licht der Welt erblickt. Die Gewinnung von Rohstoffen wie Lithium ist schädlich für das Grundwasser, jedoch wird es zwingend für die Lithium-Ionen-Akkuzellen benötigt. Bessere Technologien in den Abbaugebieten sollen hier zukünftig für Abhilfe sorgen.

Darüber hinaus brauchen E-Fahrzeuge auch noch einen bestimmten Anteil an sogenannten Seltenen Erden. Diese Rohstoffe sind entgegen ihrem Namen nicht selten auf der Erde vorhanden und kommen beispielsweise deutlich häufiger als Gold auf der Erdkruste vor. Doch die Gewinnung ist aufwendig und findet zum Teil unter fragwürdigen Bedingungen im Kongo statt. Alternativ hätte beispielsweise China große Reserven an Seltenen Erden. Das Ziel vieler Autohersteller ist, zukünftig möglichst auf Seltene Erden zu verzichten.

Ist das Elektroauto erstmal gebaut, gibt es trotzdem noch Nachteile. Der gezapfte Strom sollte möglichst aus regenerativen Quellen stammen, sonst ist die Umweltbilanz nicht so rosig, wie diese sein könnte. Lokal stößt ein E-Auto keinerlei Emissionen aus. Das ist sehr gut für das Gebiet, indem man gerade unterwegs ist. Der Reifen- und Bremsabrieb ist zwar durch das höhere Gesamtgewicht eines E-Autos im Vergleich zu einem Verbrenner höher, jedoch liegt der so anfallende Emissionswert immer noch meilenweit unterhalb eines jeden herkömmlichen Verbrennungsmotors. Wie zurecht von E-Autofahrern angemerkt wurde (Danke an die Community!), lässt sich durch Nutzung der Rekuperation (vergleichbar mit einer sehr starken Motorbremse), der Verschleiß der Bremsen eindämmen. So ist bei manchen Teslas erst nach etwa 400.000 Kilometern ein Wechsel der Bremsen notwendig. Es kommt aber entscheidend auf den persönlichen Fahrstil an. Vor allem sollte man trotz Rekuperation immer mal wieder die physische Bremse betätigen, damit diese nicht rostet…

Am Ende des Lebenszyklus des Batteriepakets kann dieses in sein zweites Leben gehen. Es wird von einer vom Hersteller zertifizierten Vertragswerkstatt ausgebaut und dann beispielsweise an Großkunden verkauft. So werden im Fußballstadion von Ajax Amsterdam tausende alte Akkupakete von Nissan Leaf genutzt, um Strom zu speichern. Auf dem Stadiondach sind Solarzellen angebracht. Der so gewonnene Strom wird, so er nicht direkt verbraucht wird, eben in alten Batterien gespeichert. Dies ist als ein Beispiel einer Wiederverwendung von Traktionsbatterien aus dem Elektroauto zu sehen. Für die Zukunft forschen unter anderem Northvolt und BMW daran, wie man möglichst viel von einem Akkupaket recyceln könnte.

Ein E-Auto zu fahren, erfordert ein Umdenken. Der Mensch ist ein Gewohnheitstier und genau das macht es uns so schwer, an Veränderungen teilzuhaben. Wer es gewohnt ist, mal schnell in weniger als 5 Minuten vollzutanken, der wird enttäuscht sein, dass eine Vollladung bei einem BEV aktuell gut 30 Minuten und mehr dauert, je nach Typ der Ladesäule (siehe hier) und dem im Fahrzeug verbautem Bordlader. Selbst mit neuer Ultra-Schnellladetechnik, wie sie aktuell BMW, Porsche und Siemens testen und aufbauen, dauert eine komplette Ladung immer noch gut 15 Minuten.

Es ist aber durchaus möglich, dass sich diese Ladepausen gut nutzen lassen. So hatte ich bei meinem Test des Hyundai Ioniq Elektro festgestellt, dass man locker mal einkaufen gehen kann, während auf dem Parkplatz das eigene Auto lädt. In Deutschland gibt es derzeit gut 16.000 Ladesäulen, an denen ein bis zwei Elektroautos gleichzeitig laden können.

Eine Schnellladesäule kostet etwa 100.000 Euro. Wallboxen für den privaten Gebrauch sind günstiger und belasten das Portemonnaie mit Preisen zwischen 500 und 5.000 Euro, je nach Ausstattung. Es ist eine Gewöhnungssache, mit einem Elektroauto unterwegs zu sein, wie mir auch unser Dr. Windows-Forenmoderator Alex alias Utgardus bestätigte. Er fährt seit mehr als einem halben Jahr ein Elektroauto und stand mir Rede und Antwort. Dafür an dieser Stelle ein herzliches Dankeschön! Er hat sich eine Strategie zurechtgelegt.

„Ich lade etwa alle zwei Wochen voll auf. Da fahre ich dann mit ca. 10% Akku-Kapazität hin. Ich komme mit meinem Hyundai Ioniq Elektro etwa 235 Kilometer weit. Da ich Zuhause nicht laden kann, muss ich dies unterwegs tun. In der Nähe meiner Arbeit befindet sich eine Ladesäule, dort kostet die Kilowattstunde 30 Cent. Oftmals lade ich auch auf dem Nachhauseweg. Da befindet sich nämlich – wenn ich einen kleinen Umweg in Kauf nehme – eine Lademöglichkeit. Ab und zu lade ich auch in der Stadt und gehe dann Einkaufen oder Spazieren. Komme ich wieder zurück zum Auto, ist es voll. Ich fahre eigentlich nie bewusst tanken, wie früher bei einem Verbrenner. Aber Langstrecken muss man mit dem E-Auto planen.“, so Alex.

Die verfügbare Reichweite kann eben zum Problem werden. Wer es gewohnt ist, mit einem Tank 800 Kilometer zurücklegen zu können, für den ist ein BEV aktuell nichts. Auch hier wird intensiv geforscht und in den nächsten 10 Jahren wird es wahrscheinlich Fahrzeuge geben, die auch eine Reichweite in der Größenordnung von 700 Kilometern plus x absolvieren können. Aber es bleibt dabei, dass eine Vollladung länger dauern wird, als bei einem Verbrenner.

Die Brennstoffzelle als Lösung? – Ein klares Jein.

Von Vielen wird die Brennstoffzelle als DIE Lösung für Automobile gesehen. Doch was steckt eigentlich dahinter? Nun, jede Menge Technik. Wie das folgende deutschsprachige Video aufzeigt, wird neben dem Elektromotor auch eine Einheit zur Elektrolyse benötigt sowie Wasserstofftanks und ein – wenn auch im Verhältnis – kleines Akkupaket. Der zu betankende Wasserstoff wird mit hohem Druck von 700 bar in die Tanks gepresst. Diese müssen spezifisch gesichert sein, damit unter diesem gewaltigen Druck nichts passiert. An Bord des Fuel Cell-Elektroautos (oder kurz FCEV genannt) befindet sich ein kleines Kraftwerk, welches den Wasserstoff in Strom umwandelt. Dieser muss dann in einer Traktionsbatterie gespeichert werden, damit der E-Motor darauf zugreifen kann. Ein Vorteil eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs ist die schnelle Betankung. Innerhalb von weniger als 5 Minuten sind die Tanks voll. Und mit einem randvollen Tank sind dann auch mal 500 Kilometer drin. Alles gut, also?

 

Leider nein. Denn Wasserstoff selbst ist aufwendig und teuer in der Herstellung, das wirkt sich negativ auf die Energiebilanz aus. Für einmal Volltanken muss man mit Kosten wi bei einem Benziner rechnen. Der Kilopreis für Wasserstoff – der aktuell mehrheitlich aus Kohle hergestellt wird – ist hoch. Um H2 tanken zu können, braucht es zudem Tankstellen, doch das Netz ist derzeit erst im Aufbau. Bis 2023 soll es deutschlandweit 400 H2-Zapfsäulen geben.

Zum Vergleich: Es gibt aktuell gut 16.000 Ladestationen und mehr als 14.000 Tankstellen mit gleich mehreren Zapfsäulen für Benzin in Deutschland. Eine Herausforderung ist, dass es etwa eine Million Euro kostet, eine einzige Zapfsäule mit Wasserstoff aufzustellen. Ein Vielfaches einer Ladesäule also. Beim Brennstoffzellenauto selbst ist der niedrigere Wirkungsgrad ein Hemmschuh. Je nach Modell werden nur etwa 60% der eingesetzten Energie in Vortrieb umgewandelt. Kein Vergleich zu mehr als 85% Wirkungsgrad beim batterieelektrischen Automobil.

Zudem ist ein Brennstoffzellenauto mit hohen Kosten verbunden, da nicht nur viel Technik benötigt wird, sondern auch teure Rohstoffe. Die Wasserstofftanks müssen aus spezifischen und teuren Materialien wie zum Beispiel Carbon gefertigt werden, damit diese auch möglichst sicher sind und mit dem hohen Druck von 700 bar umgehen können. Zudem ist für die Elektrolyse auch Platin nötig, somit sind die Herstellungskosten und somit natürlich auch die Kaufpreise höher als bei einem BEV.

Selbstverständlich wird an Alternativen zu Platin geforscht. So oder so bleibt jedoch der benötigte Bauraum. Die Komponenten wollen irgendwo im Auto untergebracht werden. Wenn dabei möglichst wenig bis keine Einschränkungen für die Fahrzeugpassagiere vorhanden sein sollen, dann muss es zwingend ein Fahrzeug in einer bestimmten Größe sein. Bei einem Van (z.B. Mercedes B-Klasse) oder SUV lässt sich die ganze Technik gut verstauen. Wer dagegen eine klassische Karosserieform wie Limousine oder Kombi haben möchte, der muss in der Größenordnung eines BMW 5er oder VW Passat schauen. Bei kleineren Fahrzeugen wie einem aktuellen VW Golf oder kleiner, reicht der verfügbare Bauraum schlicht nicht aus.

Fazit

Es mag ernüchternd klingen, doch meiner Meinung nach wird es auch in den nächsten Jahren keine allumfassende Lösung geben. Vielmehr wird es einen Antriebsmix geben, also einen Anteil x an Verbrennern, einen Teil y an batterieelektrischen Fahrzeugen und einen Teil z an Brennstoffzellen-Fahrzeugen. Die jeweiligen Anteile werden je nach Markt und Jahr variieren.

Aber einzig und allein die Vielfalt macht’s! Nicht für jeden ist ein batteriebetriebenes E-Auto optimal. Ein Vertreter etwa, der jeden Tag seine 400 Kilometer am Stück unter Zeitdruck zurücklegen muss, hat schlicht keine Zeit, sich mindestens 30 Minuten an irgendeiner Ladesäule die Füße zu vertreten. Dafür muss er mit höheren Kosten leben, denn egal ob Brennstoffzelle oder Verbrenner – mit welcher Hybridart auch immer kombiniert – die Unterhaltskosten sind bei beiden Antriebsvarianten höher als bei einem batterieelektrischen Automobil.

Für Otto-Normalo-Fahrer, die viel in der Stadt unterwegs sind und nicht mehrere hundert Kilometer mit Zeitdruck zurücklegen müssen, werden kommende E-Autos mit Batterie immer attraktiver werden. Die Technik wird ausgereifter, die Reichweiten steigen und das Netz an Ladesäulen nimmt zu. Schon aktuell kann man mit manchen E-Autos wie dem Hyundai Kona Elektro mehr als 400 Kilometer zurücklegen und zahlt dafür weniger als 40.000 Euro. Diese rasante Entwicklung der Batterietechnik verleitet sogar manchen Entwicklungschef zu sagen, dass man die Brennstoffzelle nur in Nischenfahrzeugen vorfinden wird. Ein höherer Anschaffungspreis als beim Verbrenner wird auch weiterhin normal bleiben beim BEV (und auch beim FCEV), aber die Unterhaltskosten sinken immer weiter. Fakt ist, die Reifen qualmen und der Kunde wird mehr alternative Antriebe zur Wahl haben. Das muss auch sein, denn die Klimaziele sind mit den altehrwürdigen Verbrennern alleine nicht einhaltbar.

Wie seht Ihr das?

Quellen und weitere Informationen

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