Fahren mit Strom (Elektromobilität)

Elektromotore bieten hohe Wirkungsgrade bei unterbrechungsfreier Drehmomentabgabe über den gesamten Geschwindigkeitsbereich und einen hohen Fahrkomfort, da eine Anfahrsynchronisation oder schaltbare Übersetzung nicht notwendig ist. Gespeist mit Strom aus erneuerbaren Energien mit geringen Belastungswerten haben sie das Potential, die CO2-Emissionen im Straßenverkehr deutlich zu reduzieren.

Mit der Suche nach einer wirksamen und nachhaltigen Reduktion der CO2-Emissionen erlebt die Elektromobilität im Straßenverkehr ihre Renaissance. Die Hybridelektrofahrzeuge der Mittelklasse zeigen mit Emissionswerten von rund 100 Gramm CO2 pro Kilometer schon heute, dass ein umweltfreundlicherer Straßenverkehr möglich ist. Doch noch gilt es, einige Hürden zu überwinden.

Vom Hybrid- bis zum Elektrofahrzeug

Elektromotore kommen als (Zusatz)Antrieb neben einem Verbrennungsmotor in Hybridelektrofahrzeugen und als alleiniger Antrieb in reinen Elektrofahrzeugen zum Einsatz. Entsprechend ihrer Funktionsweise werden vier verschiedene Konzepte unterschieden:

•  Bei Mild Hybrid System wird der Verbrennungsmotor durch einen Elektromotor unterstützt, der immer dann zuschaltet, wenn eine größere Leistung abgerufen werden soll. Wird die Geschwindigkeit gedrosselt, speichert der Elektromotor die Energie, die ansonsten verloren ginge. Im Leerlauf schaltet sich der Verbrennungsmotor automatisch ab, um Benzin und Energie zu sparen. In Deutschland war der Honda Civic IMA 2006 das erste Serienfahrzeug mit dieser Technik.

•  Beim Full Hybrid ist die Funktionsweise umgekehrt. Beim Starten und Losfahren ist nur der Elektromotor in Betrieb, erst mit steigendem Leistungsabruf schaltet sich der Verbrennungsmotor zu. Mit jedem Bremsen wird die freigesetzte Energie aufgefangen und mittels Generator wieder zurück in die Batterie eingespeist, was eine optimale Energieausnutzung verspricht. Über kurze bis mittlere Strecken (ca. 50 Kilometer) ist auch ein rein elektrisches Fahren möglich. Der erste Serienvollhybrid war in Deutschland der Toyota Prius.

•  Der Plug-In Hybrid entspricht im Prinzip dem Full Hybrid mit dem Unterschied, dass diese Fahrzeuge nur über den Elektromotor angetrieben werden. Ein Verbrennungsmotor ist zwar vorhanden, fungiert aber als Range Extender (Reichweitenverlängerer) und wird nur zum Laden der Batterie während der Fahrt eingesetzt. Generell wird der Akkumulator über einen externen Stromanschluss aufgeladen.

•  Elektrofahrzeuge werden ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben, frei werdende Energie wird während der Fahrt mittels Rückgewinnungssystemen gewonnen. Die Akkumulatoren müssen regelmäßig über einen externen Stromanschluss aufgeladen werden.

Umweltvorteile

Im Zusammenhang mit der Elektromobilität wird zwar von Null-Emissionen gesprochen, aber auch das Fahren mit Strom funktioniert nicht ohne CO2-Belastung. In Hybridfahrzeugen wird der Akkumulator zwar auch durch Energierückgewinnungssysteme geladen, da diese Energie aber in der Regel nicht in der benötigten Menge anfällt, muss der Akku immer auch über den Benzin-/Dieselmotor geladen werden, dessen Gesamtemissionen dann anteilig für den Elektroantrieb anzurechnen sind.

Auch reine Elektrofahrzeuge sind in den Gesamtemissionen nicht CO2-frei. Für eine gänzliche CO2-Neutralität müsste die Herstellung der Fahrzeuge und Akkumulatoren sowie die Stromproduktion vollständig emissionsfrei erfolgen. Aber auch bei den direkten Emissionen ist es falsch, von Null-Emissionen zu sprechen, da es keinen Strom gibt, der vollständig emissionsfrei erzeugt werden kann. Bei der Stromproduktion liegt der Anteil der erneuerbaren Energien mit geringeren Belastungswerten in Deutschland bei 16,4 Prozent (Stand 12/2010), bis zum Jahr 2020 könnte er nach Schätzungen des Bundesministeriums für Umwelt 30 Prozent erreichen.

Serienmäßige Fahrzeuge

Mitte des Jahres 2011 ist der Markt der Mild- und Full-Hybridelektrofahrzeuge zweigeteilt. In der Mittelklasse sind Honda und Toyota die einzigen Anbieter, ansonsten werden nur einige Modelle in der hochpreisigen SUV- und Oberklasse angeboten, die aber weniger als umweltfreundliche Fahrzeuge bezeichnet werden können. Andere Hersteller werden auf der IAA 2011 einige Fahrzeuge vorstellen, die ab 2012 verfügbar sein sollen.

2011/12 wird mit dem Opel Ampera der erste Plug-In Hybrid, mit dem Mitsubishi MiEV das erste rein elektrisch fahrende Fahrzeuge auf dem deutschen PKW-Markt angeboten. Als Lieferwagen ist der Iveco EcoDaily Electric das einzige Fahrzeug auf dem Markt. Modelle anderer Anbieter sind erst ab 2012/13 oder später zu erwarten.

Aufladen und Tankstellen

Mild- und Full-Hybridfahrzeuge erhalten zwar Energie aus Rückgewinnungssystemen, in der Regel müssen die Akkus aber über den Benzin- oder Dieselmotor aufgeladen werden. Diese Fahrzeuge benötigen demnach keine Steckdosen, sondern beziehen ihre Energie ausschließlich aus dem Benzin- oder Dieselkraftstoff.

Für Plug-In- und reine Elektrofahrzeuge ist rein theoretisch jede Steckdose eine Tankstelle. Allerdings parken die meisten Fahrzeuge nicht in Garagen mit Stromanschluss, sondern auf Parkplätzen auf der Straße. Deshalb muss in der nächsten Zeit eine Lösung für das Aufladen der Fahrzeuge gefunden werden. Derzeit werden in vielen Städten öffentliche Ladestationen eingerichtet, denkbar sind aber auch Ladesysteme über Induktionsschleifen in den Fahrbahnen oder Wechselsysteme für die Akkumulatoren.

Nachteile und Probleme

Die Akkumulatoren mit Lithium-Ionen-Technik können derzeit bis zu 25 kWh leisten, unter Idealbedingungen ist damit eine Reichweite von bis zu 150 Kilometern möglich. Dem gegenüber stehen das hohe Gewicht der Batterie, eine lange Ladezeit und die hohen Kosten. Die Reichweite der Fahrzeuge zwischen den Ladevorgängen reicht nur für Kurzstreckenfahrten, im Gegensatz dazu liegen die Ladezyklen im Bereich mehrerer Stunden. Die meisten Automobilhersteller planen daher Plug-In-Hybridfahrzeuge mit Range Extender.

Die (Auf)Preise bei den Hybrid- und Elektrofahrzeugen sind derzeit noch recht happig. Für den zusätzlichen Elektroantrieb müssen auch mehrere tausend Euro zusätzlich bezahlt werden, was vor allem in den Klein- und Mittelklassesegmenten zu scheinbar astonomischen Verkaufspreisen führt. Bei den eh hochpreisigen Fahrzeugen der SUV- und Oberklasse spielt dies dagegen weniger eine Rolle.

Ein oftmals überhaupt nicht beachtetes Problem ist aber die derzeitige Nichtübertragbarkeit der Technologie auf den Güterverkehr. Lieferwagen für kurze Strecken bei langen Aufladephasen und reduzierten Zuladungen wegen der hohen Gewichte der Akkumulatoren sind höchsten im innerstädtischen Lieferverkehr einsetzbar, nicht aber im Just-in-time orientierten europaweiten Güter- und Fernverkehr.

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