Alternative Antriebe

Alternative Antriebe und was man darüber Wissen sollte
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Heute gehört es dem Stand des Allgemeinwissens an, den vom Menschen verursachten Klimawandel bekämpfen zu müssen. Dazu sind die weltweiten CO2-Emissionen zu verringern. Und dies spürbar, ambitioniert und ohne längerem Zuwarten. Alternative Antriebe beziehungsweise Alternative Antriebssysteme im Individualverkehr sind daher in aller Munde. Zwar ist der Bereich der Agrarwirtschaft nicht minder ursächlich für die Problematik, die Politik von heute konzentriert sich aber offensichtlich auf Ersteres. Mag man dieser Herangehensweise auch noch so kritisch gegenüberstehen, ist trotzdem klar: Der Verbrauch von Benzin und Diesel ist jedenfalls zu reduzieren.

Inhaltsverzeichnis

Alternative Antriebe und warum diese notwendig sind

Spürbare Verringerungen der CO2-Emissionen sind für alle EU-Staaten verpflichtend. Verringerungen der Schadstoffe müssen erheblichen Ausmaßes sein, ambitioniert und ohne längeres Zuwarten erfolgen. Das Pariser Klimaschutzabkommen als übergeordnetes Ziel und die etwas detaillierteren Vorgaben durch die Europäische Union sind umzusetzen. Sonst drohen Strafzahlungen, Vertragsverletzungsverfahren und nicht zuletzt sind es wir selbst, die nichts nötiger als ein gesundes Öko-System brauchen. In welchen Lebensbereichen uns diese Verpflichtungen treffen, entscheiden allerdings überwiegend die Staaten selbst, also unsere Regierungen.

Der Individualverkehr ist gewiss ein „großer Brocken“ bei den CO2-Ausstößen, wenn auch bei Weitem nicht alleine verantwortlich. Die Agrarindustrie als Hauptverursacher, welche zusätzlich für die weitweite Biodiversität eine inkompatible Belastung darstellt, wird zurzeit sogar noch nach Fläche gefördert. Selbst ihre Anteile an den Emissionen sind kaum jemand bekannt. Die öffentliche Diskussion bezieht sich vorwiegend auf den Individualverkehr. Denn die Staaten konzentrieren sich politisch betrachtet auf ihn und Gebäude-Energie. Die Industrie darf sich noch vergleichsweise billig freikaufen – Stichwort „Emissionshandel“ der Europäischen Union.

Es stellt sich längst die Frage, wie die Schadstoff-Ausstöße zu verringern sind und vor allem, wie wir dabei die Mobilität möglichst ohne eklatante Verteuerungen der breiten Masse erhalten können. Betrachten wir also die Alternativen zu Benzin und Diesel zu Beginn des dritten Jahrzehnts im 3. Jahrtausend.

Manche Ideen setzten sich durch, andere wiederum können weniger gut überzeugen. Ein kleiner Streifzug durch den Stand der Wissenschaften lässt uns schon gut einschätzen, wie wir und unsere Nachkommen die eigene Mobilität uns leistbar erhalten können.

Alternative Antriebe - ein Überblick

Die Für und Wider, den aktuellen Entwicklungsstand und eine ungefähre Kostenfrage sollte man kennen. Es kann durchaus sein, dass beim nächsten Autokauf aufgrund der staatlichen Maßnahmen die Anschaffung eines Verbrenners vergleichsweise unwirtschaftlich sein wird, insbesondere bei Neuwägen. Doch wie sieht es heute im Vergleich bei den Anschaffungskosten aus? Welche Unterschiede im Betrieb sind zu erwarten?

Elektroauto

Den ersten Platz im Ranking der Fahrzeuge mit einem anderen Antrieb als mit Benzin oder Diesel nimmt das Elektroauto ein. Warum eigentlich? Die Energie kann dabei beispielsweise entweder an entsprechend erweiterten Tankstellen, am Stromnetz von Kaufhäusern, Wohnanlagen oder während der Arbeit und natürlich der eigenen Steckdose bezogen werden –  ein profundes Mittel im Kampf gegen CO2-Emissionen und Spritkosten. Die „Betankung“ lässt sich bequem in den Alltag integrieren. Doch: Um dieses Resümee ziehen zu können, gibt es noch immer einiges zu beachten. Nämlich vor allem die Umweltbilanz des konkret und tatsächlich verwendeten Stroms. Denn darauf kommt es an.

Die persönliche CO2-Bilanz wird immer davon abhängen, aus welcher Quelle der Strom stammt. Selbst dann, wenn wir zu 100 % durch erneuerbare Energien versorgt werden, wird es unterschiedliche Werte geben. Nur längst nicht mehr in dem Ausmaß, wie es im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen aussieht. Durch das Elektro-Auto fangen wir an, auch darauf zu schauen.

Fix ist außerdem der enorme Preisunterschied zwischen Strom und Benzin oder Diesel. Die individuelle Ersparnis hängt natürlich ebenso von individuellen Faktoren, wie etwa dem jeweiligen Fahrzeug-Modell und seinem Preis, dem Fahrverhalten und vom Strompreis ab. Dabei unterscheidet sich das Elektro-Auto nicht von seinen kraftstoffbetriebenen Vorgängern. Bisher kostete immerhin auch nicht jedes Modell gleich viel in seinem Betrieb oder beim Kauf. Beim Elektro-Auto ist es dasselbe.

Betreffend Komfort, Sicherheit und Optik gibt das Elektro-Auto mittlerweile all das her, was andere Autos auch können. Dazu kommt: Schon beim Starten steht die volle Power zur Verfügung und sie sind trotzdem leise im Betrieb. Außerdem ist das Ziel der Innovation immerhin eine Reduktion der Schadstoffe und nicht persönliche Boni. Das kann man sich beim eigenen Betrieb stets vor Auge halten – ein „grünes Gewissen“ hält Einzug in unsere Sozialisation. Das ist nicht zu unterschätzen, für die nächsten Generationen wird es vielleicht schon verpönt sein, mit Verbrenner-Motoren unterwegs zu sein.

Elektroauto mit Range Extender

Von seiner Systematik her ist ein Fahrzeug mit Range Extender schwierigerer einzuordnen als alle anderen. Dies deshalb, weil er die Charaktereigenschaften der oben vorgestellten Arten irgendwie vereint. Eine Zuordnung zu Elektro-Auto, Hybrid-Fahrzeug und sogar als ein Verbrenner-Auto wäre möglich, je nachdem. Es handelt sich nämlich um ein kleines, zusätzliches System zu einem anderen.

Ein Range Extender ist ein zusätzlicher Mechanismus, der die Reichweite eines Elektro-Fahrzeugs erhöht, indem ein kleiner Verbrennungsmotor eingebaut wird. Dieser speist den Akku mit Strom. Ein alleiniger Betrieb mit diesem „Zusatzmotor“ ist somit unmöglich.

Er erhöht die Reichweite und ist daher für Viele interessant. Aus Sicht der Hersteller ist es aber klar, dass sie lieber an einer Erhöhung der Reichweite ihrer Modelle arbeiten, als an dieser Technik. Und die Entwicklung nahm einen positiven Verlauf, so dass uns Range Extender vermutlich eines Tages als Produkt unserer Übergangsphase in Erinnerung bleiben werden.

Emissionsfreiheit kann dabei freilich nicht erreicht werden und auch das Gewicht des Fahrzeugs ist höher als ohne dem Herzstück dieser Technik. Ob sich die Mehrkosten bei der Anschaffung rechnen, ist nicht für jeden Fahrer gleich zu beantworten und allenfalls Resultat eigener Berechnungen.

Plug-In-Hybrid (PHEV)

„Hybrid“ ist ein lateinischer Begriff und bedeutet so viel wie „Mischling.“ Findet man die Bezeichnung „Hybrid“ für ein Automobil vor, so handelt es sich um eine Kombination von typischen Verbrennungsmotoren und einem elektrisch angetriebenen System. Diese, nicht mehr besonders neue, Innovation kann wohl begründet den zweiten Platz in unserer Übersicht einnehmen oder als „das Beste aus zwei Welten“ bezeichnet werden.

Geschaffen wurde der Hybrid eher als typisches Relikt einer Übergangsphase, in der gängige Modelle des reinen Elektro-Autos noch mit diversen Kinderkrankheiten kämpften. Geringere Reichweite, ungewohnte Wetter-Anfälligkeiten und eine objektiv kaum begründbare Rest-Angst beim Kauf-Interessenten, wie bei jeder essentiellen Neuerung üblich. Mit einem Doppelantrieb ist man psychologisch abgesichert – sogar beim Worst-Case-Szenario eines breitflächigen Blackouts oder einer Walking Dead-Apokalypse an der Zapfsäule brächte er uns in sicheres Fahrwasser. Motto: Doppelt hält besser. Zahlenmäßig ist heute freilich das reine Elektroauto auf der Überholspur, weil zwei Antriebsarten im Alltag nicht wirklich notwendig sind.

Inwieweit ein Plug-In-Hybrid den eher alltagstypischen Begehrlichkeiten sonst entspräche, kann man am Bespiel des Mitsubishi Outlander erkennen: Schon seit 2012 befahrt dieser SUV als Hybrid unsere Straßen und bringt es auf 120 PS – mit all den Komfort- und Sicherheits-Features, die wir gewohnt sind. Dieses Fahrzeug gehört der Untergruppe, den „PHEV“, an.

Dieses Kürzel bezeichnet die „Plug-In Hybrid Electric Vehicle“. Der Volksmund spricht auch gerne vom „Steckdosen-Hybriden“. Auch er ist mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antrieb ausgestattet. Mit folgendem Unterschied: Bei diesem Fahrzeug steht der Verbrennungsmotor auch zur Aufladung des Elektroakkus zur Verfügung, während Kurzstrecken rein elektrisch bewältigt werden. Dabei sprechen wir genau gesagt von einer Strecke bis zu etwa 60 km – bei völliger Emissionsfreiheit. Natürlich hat dabei der Ladevorgang grundsätzlich am Stromnetz zu erfolgen. Dennoch verbleibt der Motor als Generator im Einsatz und sorgt für Nachschub an Energie für solche Fahrten, die streckenmäßig darüber noch hinausgehen. Heute weiß man, dass immerhin 80 % aller Fahrten unter dieser Grenze liegen, womit dieser Technologie große Zukunftschancen am Markt eingeräumt wurden.

Vollhybrid / Hybridfahrzeug

Davon gibt es einige Unter-Arten, auf die unten näher eingegangen wird. Grundsätzlich steht ein mit Kraftstoff angetriebenen Motor einem elektrischen Antriebssystem gleichwertig gegenüber. Der Lenker kann je nach Bedarf wählen, in welchem Modus er eine Strecke oder Teile davon befahren will. Der Unterschied zu anderen, folgend beschriebenen Hybrid-Arten liegt darin, dass hier zwingend pro Tonne Fahrzeuggewicht mindestens 20 Kilowatt Strom bereitgestellt werden müssen, da die Leistung sonst zu schwach für nur elektrisch angetriebene Fahrten wäre.

Das liegt bei dieser Hybrid-Art an den beiden Systemen und deren höheres Gewicht auf der Waage als andere Fahrzeuge. Dieser Umstand bedeutet jedoch einen vergleichsweise hohen Kraftstoffverbrauch beim Betrieb, wenn nicht gerade im E-Modus gefahren wird. Die Vor- und Nachteile ergeben sich schon aus dieser Eigenschaft:

Der „Pro“ eines Vollhybriden liegt in einem möglichen rein elektrisch betriebenen Modus, auch wenn der Tank komplett leer ist und ohne CO2-Ausstöße einhergeht. Sozusagen kann er sein Idealziel erreichen, weil die Leistung hierfür ausreicht. Wohlgemerkt im E-Betrieb. Denn völlig anders verhält es sich im Kraftstoff-Modus.

Positiv zu werten ist zudem seine höher erzielbare Geschwindigkeit als bei anderen Hybridarten. Das Fahren im E-Antrieb ist auch praktisch häufiger möglich. Die Vorteile kann man maximal ausschöpfen. Aber – das Ende kommt erst: Das Eigengewicht der beiden Antriebssysteme wirkt sich bei Langstrecken letztlich negativ aus.

Zwar ergibt sich ein vergleichsweise überzeugendes Ergebnis in der Kraftstoff-Bilanz. Die Praxis zeigt eine Ersparnis von etwa 15 % im Stadtverkehr, wo „Stop & Go“ einen hohen Verbrauch und ebensolche CO2-Ausstöße bewirkt. Hier könnte beides auf null reduziert werden. Bei Langstrecken dreht sich das Ergebnis um.

Dort wird der  Elektroantrieb im Vollhybriden zugleich zum Nachteil. Der Akku und der „normale“ Motor zusammen bewirken das hohe Eigengewicht, welches, wie oben beschrieben, recht teuer kommen kann.

Außerdem: Setzt man die Ersparnis in der Stadt in einen Vergleich zu den Anschaffungskosten für diese Innovation, kann der exakte, wirtschaftliche Vorteil nur in der individuellen Nutzung des Fahrzeugs liegen. Es dauert einfach seine Zeit, bis diese Kosten amortisiert werden. Manche Berechnungen gehen beim Vollhybriden Hersteller- und modellabhängig von bis zu zehn Jahren aus. Und selbst dabei gibt es noch all die anderen persönlichen Aspekte, welche in den Vergleich einzurechnen sind. Kurz gesagt: Groß gewinnt man damit nicht mehr.

Eine serienmäßige Herstellung von Vollhybriden beobachtet man längst bei Mercedes, Toyota, Peugeot, Porsche und vielen mehr. Kann man seine eigenen Bedürfnisse schon gut in Zahlen umsetzen, sollte man sich diese Modelle im Abgleich dazu ansehen und nicht nur die Unterschiede zum Kraftstoff-Auto, sondern insbesondere auch zum reinen Elektro-Auto ansehen. Dann dürfte man meist erkennen, warum das Elektro-Auto als die bessere Eigen-Bilanz auswirft.

Mild-Hybrid

Beim Mild-Hybriden wird der Verbrennungsmotor als Hauptantrieb von einem Elektro-Antrieb lediglich unterstützt. Hinsichtlich unseres Ziels, emissionsfrei bzw. ohne Kraftstoff den Betrieb zu bewältigen, braucht man gar nicht viel rechnen. Es bringt kaum Unterschiede. Dieser Elektro-Antrieb muss zwar nicht so groß und leistungsstark sein wie beim Vollhybriden und erhöht nicht merkbar das Gesamtgewicht aber wirkt insgesamt eher wie ein Globuli in unserer klimabedingten „Notmedizin“.

Am Markt befinden sich zwar einige passable Modelle. Kompakte Stromspeicher, Bremsen-Energie-Rückgewinnung und Start & Stopp-Automatik bilden einige der Slogans, welche dem Fahrzeug zuzurechnen sind und die Vorteile in ihrer Gesamtheit kurz zusammenfassen sollen. Bei der genannten Start & Stopp-Automatik handelt es sich um einen Mechanismus, der beim Anhalten zur Ersparnis von Kraftstoff führt.

Dadurch ergeben sich handfeste Vorteile: Eine höhere Leistung steht einem geringeren Verbrauch gegenüber und bei der Anschaffung sind die Kosten wesentlich niedriger als etwa beim Vollhybriden. Es ist auch technisch als easy zu betrachten, schon existierende Konzepte mit dieser Antriebsart auszustatten.

Natürlich ist der Elektroantrieb nicht stark genug, um das Fahrzeug alleine anzutreiben. Er ist eine Unterstützung, die eigene wirtschaftliche und umweltbezogene Bilanz etwas zu optimieren. Aber auch nicht mehr als das.

Mikro-Hybrid

Der Mikro-Hybrid kann ebenso mit der Start& Stopp-Automatik brillieren – oder eben weniger überzeugen, wie oben beschrieben. Interessant ist hier zwar ebenso die einsetzende Rückführung von Energie beim Bremsen in den Starter-Akku. Diesen Vorgang nennt man Rekuperation. Sie ermöglicht quasi ein „Recycling“ der Energieverluste bei den, gerade im Stadtverkehr häufigen, Bremsvorgängen. Das trägt zwar auch zu einer höheren Lebensdauer der betroffenen Fahrzeugteile bei, bedeutet also weniger Werkstattkosten. Als Nachteil wird ihm negativ angerechnet, einen höheren Verschleiß der Kurbelwelle auszulösen. Das klimapolitische Resümee wird allerdings auch hier nicht zu spürbaren CO2-Reduktionen und wirtschaftlich überragenden Einsparungen des Fahrers führen.

Elektro-Auto mit Brennstoffzelle / Wasserstoff-Auto

Diese Antriebsart kann begrifflich verwirren. Denn bei Brennstoffzellen kommt ein ganz besonderer Mechanismus zum Tragen: Ein Brennstoff, etwa Wasserstoff, wird in elektrische Energie umgewandelt. Mit dieser wird ein Elektromotor gespeist. Dabei wird in der Brennstoffzelle eine Reaktion zwischen Wasser- und Sauerstoff erwirkt. Auch andere organische Verbindungen können so erzeugt werden.

Aktuell ist dessen breiter Einsatz jedenfalls nicht spruchreif. Es gibt weder Wasserstoff-Tankstellen, noch eine sonstige Bezugsquelle, wie vergleichsweise das Stromnetz, so dass ausreichender Betriebsstoff schlicht nicht gewährleistet ist. In Deutschland gibt es mit Jahreswechsel 2020/2021 rund 80 Wasserstoff-Tankstellen.

Eine Brennstoffzelle ist außerdem, zumindest mit Jahresende 2020, noch vergleichsweise teuer. Und damit auch die Autos. Bei der Reichweite der Wasserstoff-Autos können manche Modelle mit der von Elektro-Autos bereits mithalten – zumindest in den Hersteller-Angaben. In Japan steht bereits die 2. Generation der Wasserstoff-Autos von Toyota in den Startlöchern. Bei uns betreiben kann aber hier und heute eher keine Kaufempfehlung abgegeben werden.

Doch: Wer weiß, was diese Entwicklung bei uns noch bringen wird. Immerhin ist Wasser als einzige „Emission“ ein höchst erfreulicher Aspekt in Sicht der erforderlichen CO2-Reduktionen.

Aussichten für alternative Antriebe / alternative Antriebssysteme

Bei dieser Frage gibt es natürlich global betrachtet enorme Unterschiede. Die meisten Neuzulassungen von Elektroautos gibt es in China. Es kommt auf ein Drittel der weltweit erzeugten elektrisch betriebenen Neuwägen. Der Markt für Verbrenner-Fahrzeuge wurde politisch bewusst geschwächt und die Hersteller müssen verpflichtende Quote einhalten, wie viele ihrer Produktionen mit dem alternativen Antriebssystem auszustatten sind. In den Großstädten Shanghai und Peking werden Verbrenner-Autos kaum noch neu zugelassen. Seit 2020 sind in Summe jährlich verpflichtend 2 Millionen E-Fahrzeuge herzustellen. Aber: Bei der Produktion von Öko-Strom und grüner Erzeugung der Akkus hinkt man gewaltig nach, so dass bei der Einsparung von CO2 noch sehr viel, schadstoffbelastete, Luft nach oben bleibt.

In Europa hat Norwegen mit Abstand die meisten E-Fahrzeuge auf den Straßen. Dort sind bereits mehr als die Hälfte aller jährlich zugelassenen Autos ohne ausschließlichen Kraftstoff-Antrieb unterwegs. Die Politik hat die Anschaffung von Elektro-Autos von der Steuer befreit mit dem Ergebnis einer Ersparnis in der Höhe von 54 %. Begleitend wurde  die Stromproduktion erfolgreich umgestellt – es wird beinahe ausschließlich mit Wasserkraft gearbeitet. Norwegen ist damit eindeutig der Pionier. Ab 2025 sollen Neuzulassungen mit Verbrenner-Motor gar nicht mehr möglich sein.

Für Deutschland fällt die Prognose vergleichsweise moderat aus. Das Jahr 2021 dürfte einen Anteil bei den Neuzulassungen um die 12,5 % bringen, welche um die 3,3, Millionen PKW ausmachen werden. 2025 rechnet man mit 27 % der gesamten Anzahl. In der Branche ist allerdings mit neuen Förderkulissen bzw. politischen Maßnahmen zu rechnen um der Entwicklung etwas mehr Nachdruck zu verleihen.

Wie erwartet ließen sich die Kinderkrankheiten der Elektrofahrzeuge inzwischen ausheilen. Das waren vor allem das Problem der Reichweite, die Anzahl der Ladestationen, die Amortisierung der Anschaffungskosten, die erreichbare Höchstgeschwindigkeit und ein korrektes Handling mit Altbatterien hinsichtlich der Ökobilanz. Letzteres freilich ist freilich erst auf gutem Wege und längst nicht gelöst – es kann auch nicht vom Bürger oder Autofahrer gelöst werden. Wer eine Neuanschaffung eines Autos überlegt, kann dennoch mit einigen Boni rechnen. Dazu bietet zum Beispiel der ADAC eine gute Übersicht über die aktuellen Förderungen.

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es fehlt der Hybrid aus Strom und menschlicher Kraft, wie z. B. beim Twike, Podbike oder den ganzen elektrifizierten Fahrrädern!