Autos der Zukunft (Serie, Teil II)

Die Zukunft f�hrt elektrisch

�ber 100 Jahre lang haben billiges �l und �berall verf�gbarer Kraftstoff dem Auto mit Verbrennungsmotor einen Massenmarkt bereitet. Mehr als 800 Millionen PKW weltweit sind heute allerdings f�r rund 20 Prozent der menschengemachten Kohlendioxid-Emissionen verantwortlich. Jetzt f�hren neue Technologien zu einer Renaissance der Elektrofahrzeuge.

(Ein erg�nzendes Interview zur Elektromobilit�t vom 6. Juni 2009 finden Sie hier: "Jeder kann selbst �berlegen, was er haben will")

"Angesichts hoher �lpreise und h�chstm�glicher Umweltschonung werden wir ganz schnell emissionsfreie Fahrzeuge anbieten", verspricht Carlos Ghosn, Chef sowohl des franz�sischen Unternehmens Renault als auch dessen japanischen Partners Nissan. Auf dem Weg zum selbsternannten "gr��ten Anbieter f�r Elektrofahrzeuge weltweit" hat sich Renault- Nissan erst k�rzlich mit dem Energieversorger Energie Ouest Suisse (seit 1. Februar 2009: Alpiq) verbr�dert. Dessen schweizerische Kraftwerke werden zu 85 Prozent mit Wasserkraft betrieben. Die Vision des Spaniers Ghosn von globaler Klimaentlastung: Nur wenn auch die Energie im "Tank" klimafreundlich und nachhaltig erzeugt wird, ist wirklich die gesamte �kobilanz von der Prim�renergieerzeugung bis zur Kraft�bertragung auf die Stra�e ("Well-to-Wheel") kohlendioxidfrei.

Zum eigentlichen Entwicklungsschub haben vor allem deutliche Fortschritte in der Speichertechnologie und insbesondere bei Batterieelementen beigetragen � forciert durch transportable elektronische Ger�te wie Handys, iPods, PDAs und Laptops. Und doch haben sich deutsche Autoschmieden der Elektromobilit�t bis vor ein, zwei Jahren mit aller Macht entgegengestemmt. Sie setzten auf den sparsamen Diesel und vertrauten auf deutsche Ingenieurkunst, mittels derer sich die Emissionen am Ende des Auspuffs schon unter die gesetzlichen Grenzwerte bringen lassen w�rden.

Au�erdem schien man mit Wasserstoff und Brennstoffzelle noch Tr�mpfe im �rmel zu haben. Daimler arbeitet seit 1994 an dieser Technologie, investierte nach eigenem Bekunden bereits mehr als eine Milliarde Euro und hat sich die derzeit gr��te Brennstoffzellen-Fahrzeugflotte zugelegt. Dennoch stehen noch immer keine Fahrzeuge beim H�ndler, zu ambitioniert waren die urspr�nglichen Ziele. Anfangs sollte das Brennstoffzellenfahrzeug sogar g�nzlich ohne Batterie auskommen. Das Hybridauto (Hybrid Electric Vehicle, HEV) hingegen, das in Japan und den USA sukzessive den Markt aufr�umt und ihn f�r reine Elektroautos aufnahmef�hig macht, wurde in Deutschland noch bis vor Kurzem heftig boykottiert…

1. Das Problem der Batterien

22.02.2009, Torsten Danielzik, B�ckeburg

Das gr��te Problem an einem Elektroauto ist der Energiespeicher (Batterie). Damit Kunden diese Autos kaufen, d�rfen diese nicht alleine das Risiko tragen. Die Batterien sollten im Eigentum der Energieversorger bleiben, weil diese davon am meisten profitieren. Damit so ein System funktioniert, sollte die Bauweise der Batterien vereinheitlicht werden (Abma�e, Anschl�sse und Spannungsbereich). Weiterhin sollte eine M�glichkeit gefunden werden, die Batterien einfach zu tauschen. Wenn sie also leer sind, f�hrt man zu der Tankstelle seines Vertrauens und l�sst kurzerhand die leeren gegen volle austauschen. Somit ist auch ein Problem des �kostroms gel�st. Die tollen Windkraftanlagen haben endlich einen Sinn und k�nnen den Strom, den sie produzieren, wenn ihn keiner braucht, in Batterien stecken.

2. Generelle Besch�nigung?

24.02.2009, Thomas Wietoska

In Heft 3/09 der Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft" wurde relativ ausf�hrlich �ber die aktuelle Entwicklung auf dem Sektor der Elektrofahrzeuge berichtet. Was ich bei diesem Artikel vermisse, ist eine genaue Analyse der zur Zeit verf�gbaren Infrastruktur zur Bereitstellung der notwendigen Ladeleistungen und Energien f�r eine hohe dichte von Elektrofahrzeugen. Schlie�lich wurde bei der Auslegung des Energieversorgungsnetzes nicht ber�cksichtigt, das gegen 17 Uhr nicht nur der Elektroherd und die Beleuchtung eingeschaltet wird, sondern auch noch eine Unzahl von Elektroautos mit Leistungen jenseits der 10 kW aufgeladen werden. L�sst sich in einem einzelnen Haushalt noch relativ einfach ein Drehstromanschluss entsprechender Leistung nachr�sten, so d�rfte es in kleineren Orten jedoch schnell zur �berlastung der Mittelspannungs-Transformatoren kommen. Zwar wird gerne behauptet dies sei alles in den Griff zu bekommen (http://www.energiespektrum.de/index.cfm?pid=1388&pk=80374) doch wird es dazu wieder unz�hliger Zusatzma�nahmen bed�rfen, wie im verlinkten Artikel angedeutet wird.

Was ich jedoch noch weitaus bedenklicher finde als die generelle Besch�nigung der Elektroautos, sind die Angaben der Hersteller. Nimmt man den in Ihrem Heft vorgestellten Tesla, so wird dieser mit 360 km Reichweite beworben. Nicht viel, wenn man dann mindestens 4 Stunden "nachtanken" mu�. Liest man aufmerksam den Artikel, so wird man schnell stutzig. Dort wird von 225 kW Motorleistung und 53 kWh Energiegehalt der Akkus gesprochen. Rechnerisch ist nach etwa 15 Minuten Vollgas Schluss�. Selbst bei �ber 200 km/h sind das kaum mehr als 50 km. Gehe ich davon aus, das ein Auto etwa 40 kW braucht, um 160 km/h zu fahren (was der Erfahrung nach so ist, wenn man H�chstgeschwindigkeit und Leistung der Autos vergleicht), eine f�r so einen Wagen gem�tliche Geschwindigkeit, so ist nach nicht einmal 200 km Schluss. Weiterhin f�llt mir auf, das diese Akkus ("Notebookakkus", vermutlich Rundzellen Typ CGR18650) keinesfalls f�r Belastungen mit 4 C (also Entladeleistung 4 mal so hoch wie der Energiegehalt) ausgelegt sind. Und auch kalte Temperaturen machen den Zellen zu schaffen. Hinzu kommt, das nach etwa 500 Zyklen die Kapazit�t schon um mehr als 20 Prozent abnimmt. (Quelle: http://www.actec.dk/Panasonic/pdf/CGR18650E.pdf).

Man k�nnte argumentieren, das die Messung von Durchschnittsverbrauch und somit die Reichweite von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren auch unter nicht realistischen Bedingungen stattfinden. Nur geht es dort nicht um die Halbierung oder gar Drittelung der angegebenen Reichweite bei etwas z�gigerer Fahrweise. Selbst bei sportlicher Fahrweise sind die erzielbaren Reichweiten nur rund 20 Prozent geringer als Werksangaben. Wenn ich mir vorstelle, �ber 100.000 Euro f�r ein Fahrzeug auszugeben - und bei einer Vollgasfahrt ist nach nicht einmal 100 km Ende, und das f�r mindestens vier Stunden, n�mlich die ben�tigte Zeit zum Aufladen???

Es ist wieder einmal typisch f�r die politisch so gef�rderte Elektroauto-Branche, statt reale Betrachtungen (CO2-Aussto� bei vorhandenem Energiemix, Einbeziehung der Akkuentsorgungs-Problematik, tats�chlich m�gliche Leistungsmerkmale, Infrastruktur f�r Ladung) nur die �blichen Schlagworte zu predigen. Warum nicht einfach dazu stehen, das zur Zeit diese Technik einfach nicht ansatzweise eine Alternative ist. Und kein Mensch scheint auf die Idee zu kommen, dass f�r die Stadtfahrten zur Arbeit von wenigen Kilometern auch ein Fahrrad genutzt werden kann. Besser kompliziert als das Naheliegende. Lieber das Geld in einen Ausbau der Radwege in der Stadt und im Umland investieren, damit man auch sicher mit wettergesch�tzten Lieger�dern zur Arbeit fahren kann. Diese kosten nur wenige tausend Euro und sind wirklich umweltfreundlich. Die "Ladezeit" betr�gt rund eine Minute f�r das Verspeisen eines M�sliriegels.

Im �brigen fahre ich nach Belieben mit einem sparsamen TDI, einem sehr gut motorisierten Sportwagen oder dem Rad die rund 40 km zur Arbeit. Somit bin ich relativ neutral und f�r vieles offen, solange die Vorschl�ge auch wirklich im realen Leben ohne schwachsinnige Auflagen und Zusatzabgaben durchsetzbar sind.

3. Das Auto neu erfinden!

24.02.2009, Nikolaus Viebahn, Bonn

Warum beschr�nkt man sich nicht auf die Energiespeicherung f�r Kurzstrecken? Au�erorts k�nnten Autos an F�hrungsschienen gekoppelt automatisch fahren und mit Strom versorgt werden, auch zur Nachladung. Alle mit gleicher Geschwindigkeit und mit kleinstem Abstand. Das reduziert den Fl�chenbedarf f�r Verkehrswege sowie den Energieaufwand. Der Luftwiderstand sinkt, die Fahrzeuge schleppen nicht unn�tig schwere und gro�volumige Akkupakete mit. Die Reisenden k�nnen sich entspannen und die Zeit nutzen.
Soll die Auto-Mobilit�t Zukunft haben, gen�gt es nicht, den Tank durch Akkus oder Brennstoffzellen zu ersetzen. Das Auto muss neu erfunden werden.

4. Fahren mit Windstrom

24.02.2009, Lothar Busold, Mannheim

Der Clou der Sache w�re nat�rlich, wenn man zum Betanken des Automobils die Zeiten des �berangebots an Strom nutzen k�nnte. Diese ergeben sich aus der nicht bestimmbaren Leistung von Windkraft- und Sonnenanlagen. �berschuss herrrscht, wenn ein Sturm �ber das Land fegt oder die Sonne am wolkenlosen Himmel steht. Was passiert dann heute? Man schaltet die Windkraftr�der ab, oder man f�hrt die Leistung eines Kohle- oder Atomkraftwerks herunter. Das f�hrt dann dazu, dass die Anlage in einem ung�nstigen Wirkungsgradbereich gefahren wird, bei dem etwa 20 Prozent des durch Wind vermiedenen CO2s wieder gegenl�ufig entsteht.

Hier w�re eine L�sung m�glich, von der drei Partner etwas haben: Automobilhersteller, Energieerzeuger und Politik. Die Autobranche will ihre Kunden billig tanken lassen und erwirkt, dass die Akkus im Moment eines Strom�berschusses betankt werden. Zu einem sehr geringen Preis, denn der Strom w�re ansonsten ja unverk�uflich. Der Energieerzeuger freut sich �ber die gegl�ttete Verbrauchskurve, die Politik kommt mit ihren CO2-Sparzielen voran.

Ist das nicht unendlich schwierig, das abzurechnen? Vermutlich nicht, denn das Gegenst�ck auf der Angebotsseite gibt es schon. Ein Biogasbauer, der laut Einspeisegesetz 15 ct/kWh bekommt, darf augenblicklich an die Leipziger Stromb�rse wechseln und dort verkaufen, wenn er dort 17 Cent bekommt. Und selbstverst�ndlich wieder zum EEG wechseln, wenn der Preis auf 14 Cent f�llt. Dies ist so seit dem 1.1. 2009. Und es war nicht zu h�ren, dass die Abrechnung irgendwelche Probleme gemacht h�tte.

Preislich kann das Elektroauto noch nicht ganz mit dem Benziner mithalten, aber unter diesen Umst�nden k�me nat�rlich von mehreren Seiten her Bewegung in die Preisfront.

Also man hat jetzt nicht mehr den Tiger im Tank, sondern den Lothar. Nicht mich nat�rlich, sondern den gleichnamigen Orkan.

5. Elektroautos sind derzeit nicht wirtschaftlich

26.02.2009, Dr. Karl-Heinz Decker, Aiglsbach/Bayern

Derzeit d�rfte ein Akkusatz bei etwa 500 Entladezyklen verbraucht sein. Damit kann dieses Auto dann maximal 100.000 Kilometer fahren.
Rechnet man f�r ein ziemlich kleines Auto mit Kosten f�r den Ersatzakku von 10.000 bis 15.000 Euro, dann ist das mehr, als der Betreiber dieses Fahrzeugs f�r Benzin- oder Dieseltreibstoff f�r 100.000 Kilometer bezahlen m�sste. Da sich der Staat bei gr��eren Anteilen an Elektroautos nat�rlich den derzeitigen Mineral�lsteueranteil am Kraftstoff nicht entgehen lassen wird, muss ein Mautsystem eingef�hrt werden, womit die Kosten f�r das Elektrofahrzeug wiederum erh�ht werden.
Ein anderes Problem wurde von einem Leserbriefschreiber bereits angesprochen: Sind denn unsere Stromversorgungsanlagen und -netze f�r diesen zus�tzlichen Strombedarf ausgelegt? In den USA findet derzeit ein Gro�versuch mit Elektro-Minis statt. Laut einem Artikel in der S�ddeutschen Zeitung (26.02.2009) gab es in einigen Testgebieten erhebliche Probleme mit der Bereitstellung der Leistung.
Was mir in der ver�ffentlichten Meinung besonders �bel auff�llt ist, dass viele Redakteure offensichtlich nur die Firmenprospekte abschreiben. Da wird vom emissionsfreien Auto fabuliert. Die Emissionen werden an anderer Stelle erzeugt. Insbesondere in einem Land wie Deutschland, in dem sehr viel Elektrizit�t aus dem schmutzigsten Brennstoff, der Braunkohle, erzeugt wird, sind die Werbeaussagen gewisser Hersteller reiner Hohn.
�berall wird nur von der Leistungsaufnahme des Elektromotors im Fahrzeug gesprochen. Was ist mit den Nebenaggregaten wie Scheinwerfer, Heizung im Winter, Klimaanlage im Sommer? Was ist mit den �bertragungsverlusten und den Verlusten bei Ladung und Entladung der Akkumulatoren? Summiert man diese auf, so kommt man auf ca. 20 bis 25 Prozent Verluste!
�ber den Tesla-Sportwagen wurde in diesem Forum bereits geschrieben. Der in diesem Brief dargestellte Sachverhalt entspricht den Tatsachen und wurde bei einem Test vom ADAC nicht nur best�tigt, sondern sogar �bertroffen: Der Tester fuhr wohl etwas schnell. Das Fahrzeug blieb mit defektem Akku liegen, da dieser zu hei� geworden war.
Und das M�rchen von Wind- und Wasserkraftnutzung durch Elektrofahrzeuge ist doch ebenfalls eine Fabel: Wenn Elektrizit�t gebraucht wird, dann wird sie geliefert, egal woher sie kommt. Und sind wir doch einmal realistisch: Mit dem geringen Anteil an erneuerbaren Energien in Deutschland lie�e sich doch nur ein geringer Anteil von Elektroautos wirklich emissionsfrei betreiben.
Es wurde sehr auf die deutsche Autoindustrie eingepr�gelt, weil sie angeblich eine Entwicklung verschlafen habe.
Was man der deutschen Autoindustrie anlasten kann, dass ihre �ffentlichkeitsarbeit erb�rmlich war. Ansonsten kann es jedes neue Dieselfahrzeug sowohl bez�glich Wirtschaftlichkeit und auch Umweltrelevanz mit jedem Elektroauto aufnehmen.

6. Elektroautos sind ein Nischenprodukt?

05.03.2009, Friedrich Braun, Bonn

Im Leserbrief von Thomas Wietoska wird das Problem der Infrastruktur f�r die Ladestationen angesprochen, welches auch mich besch�ftigt. Ich habe erhebliche Zweifel daran, dass in nennenswertem Umfang ausreichende Kapazit�ten daf�r bereitgestellt werden k�nnten.

F�r den E-Mini-Versuch in Berlin werden z.B. Kandidaten gesucht, die entweder privat �ber eine Garage oder einen Carport oder beruflich �ber einen Stellplatz verf�gen.
Wenn diese Bedingung auf 10 Prozent aller Autofahrer zutr�fe, w�re das sicherlich schon hochgegriffen.

Wie soll das zweifelsfrei vorhandene Risiko bei frei zug�nglichen Pl�tzen, wie z.B. bei einem Carport, eigentlich gel�st werden? Ganz zu schweigen von einem unbewachten Fahrzeug vor der Haust�r.

Da bin ich mal gespannt, wie diese Fragen gel�st werden.
Ich fahre zur Zeit ein Dieselfahrzeug mit einem Tankvolumen von 50 Litern. Damit komme ich 1000 km weit. Das Tanken dauert 10 Minuten. Tankstellen gibt es genug. Auch das Tanken im Ausland ist kein Problem.

Die Industrie, die sich mit Elektrofahrzeugen befasst, steht mithin vor gro�en Herausforderungen.

7. Das glaube ich Ihnen keineswegs

17.03.2009, Dr. Klaus Fabian, Waldkraiburg

Da ich selbst Chemiker bin, h�tte ich gerne Genaueres �ber den Aufbau der Lithium-Ionenbatterien erfahren. Aus genanntem Artikel kann ich das nicht, da der Autor den Chemismus leider selbst nicht verstanden hat.

Auf S. 91 steht: "Beim Aufladen wandern Lithiumionen von der Kathode weg und setzen sich im Graphit (der Anode) fest." Auf S. 92 unten lese ich dagegen: "... es wandern positiv geladene Li-Ionen von der Anode ... zur Kathode. An der Anode werden dabei Elektronen frei, die als Strom zum Verbraucher flie�en." Beides ist Unsinn. An der Kathode gehen nat�rlich Lithiumionen in L�sung und werden Elektronen frei; und beim Wiederaufladen kehren die Lithiumionen zur Kathode zur�ck, denn es sind ja Kathionen.

Auf derselben Seite oben liest man von Anodenmaterial Lithiumtitanat. Gemeint ist wohl Kathodenmaterial. Falls die Anode nur aus Graphit besteht und der Elektrolyt Lithiumnitrat enth�lt, w�rde mich interessieren, was beim Aufladen mit dem Nitrat passiert, das ja als Anion zur Anode wandert.

Im �brigen: Dass die Zukunft elektrisch f�hrt, glaube ich Ihnen keineswegs. Hinsichtlich Energiedichte, auch Bequemlichkeit, sind fl�ssige Treibstoffe wie Benzin, Diesel (auch Methanol aus Kohle) immer �berlegen, solange man in Kraftwerken und Heizungen weltweit massenhaft �l (auch Kohle) verfeuert.

Antwort der Redaktion:
Ihre erste Bemerkung m�ssen wir (leider) unumwunden best�tigen.

Zum Thema des Anodenmaterials Lithiumtitanat: Hier geht es tats�chlich um eine Anode. Da die Firma Altairnano allerdings ein Patent auf ihre Technologie und genauere Informationen unter Verschluss h�lt, ist Genaueres nicht zu erfahren. Soviel ist aber bekannt, dass die Anode - bei der Graphit durch Li-Titanat ersetzt wurde - dank der Nanostrukturierung eine extrem hohe Oberfl�che besitzt, sodass die Ladungstr�ger viel besser andocken beziehungsweise die Anode verlassen k�nnen.

8. Anode? Kathode?

17.03.2009, Fritz Diem, 81476 M�nchen

Meine rudiment�ren Kenntnisse der Elektrotechnik stammen noch aus der Zeit der Trioden und Pentoden. Elektonen fl�gen - so hat man uns beigebracht - zur Anode und weiter durch den Arbeitswiderstand zum Pluspol der Anodenbatterie.
Im Kasten auf Seite 92 ist das aber recht unklar: Zumindest fehlt eine Bezeichnung, in welcher Richtung der Strom flie�t beim Laden und Entladen. Ein Zeichen f�r Plus- und Minuspol w�re auch angebracht gewesen.

Zudem: Nennt man die Elektrode, die beim Entladen Elektronen liefert, in der Elektrochemie wirklich Anode, wie im Text darunter behauptet wird?

Antwort der Redaktion:
Die Abbildung ist tats�chlich etwas unklar. Gezeigt und in der Bildunterschrift beschrieben ist nur der Entladevorgang und der dazugeh�rige Stromfluss (Pfeil rechts oben).

Ansonsten gilt, dass die Kathode Elektronen an die Elektrolyt�sung abgibt und die Anode Elektronen aus der L�sung aufnimmt. Dann aber liefert die Anode (als Minuspol) die Elektronen in den Stromkreis. Das Missverst�ndnis kann wohl entstehen, weil man den Elektronentransport mit Bezug auf die L�sung oder auf den Stromkreis beschreiben kann.

9. Erst sp�t gek�mmert?

26.03.2009, E.L.Sattler, 35394 Gie�en

In "Die Zukunft f�hrt elektrisch" wird dieselbe falsche Aussage gemacht wie von Kienzle im ZDF, n�mlich da� die deutschen Autobauer sich kaum oder sehr sp�t um das elektrisch betriebene Auto k�mmern w�rden (vgl. dazu Audi).

Nun schreiben Sie sehr richtig, da� der Steckdosenstrom auch gewonnen werden mu�. Dazu w�rden Kernkraftwerke (vorz�glich der Kugelhaufenreaktor, �brigens in Deutschland entwickelt, KFZ J�lich) umweltfreundlich vom Erd�l unabh�ngig machen.