E-Mobility: Antriebsform(en) der Zukunft – Teil 1

• Claus Ludewig
• 20. November 2018
• • teilen

Der Volkswagen-Konzern wird seit Jahren in Verbindung mit dem „Abgasskandal“ gebracht. Infolge dessen mussten nicht nur milliardenschwere Maßnahmen ergriffen werden – man spricht von etwa 25 Milliarden Euro, die Volkswagen bisher aufbringen musste – um wieder Autos verkaufen zu können, sondern man kämpft um die Reputation. Der Imageschaden, den Volkswagen, aber auch die anderen Autohersteller, erlitten haben, ist enorm.

Es geht darum, wieder Vertrauen aufzubauen. Denn: Mit 7,7% der gesamten Wirtschaftsleistung ist der Automobilsektor einer der wichtigsten Wirtschaftssektoren der Bundesrepublik Deutschland. Etwa jeder vierte Euro im Bereich des produzierenden Gewerbes wurde 2016 durch die Automobilindustrie umgesetzt. So lässt sich durchaus behaupten, dass es den einheimischen Automobilproduzenten gut gehen sollte, damit es – wirtschaftlich gesehen – auch Deutschland wohlergeht. Das sollte man bitte – bei allem verständlichen Ärger – niemals vergessen. Nach dieser Einleitung, schalten wir einen Gang höher. Selbstentzündet durch den Dieselskandal, stellt sich die Frage nach der Antriebsform der Zukunft. Ich möchte Euch – in zwei Teilen – einen Überblick über die derzeitigen Lösungen geben.

Seit mehr als 100 Jahren unangefochten – der Verbrennungsmotor

Die meisten verkauften Automobile haben einen Motor, der eine Flüssigkeit oder Gas verbrennt. Über die Jahre wurde und wird dieses Konzept immer weiter verbessert. Doch viel Energie geht verloren und verpufft beispielsweise aus dem Auspuff. Dieser sogenannte Wirkungsgrad ist, mit Werten zwischen 20 und maximal 40% der tatsächlich vom Motor zum Vortrieb genutzten Energie, bescheiden. Zum Vergleich: Ein Brennstoffzellen-Fahrzeug (sprich: E-Auto mit Wasserstoff als Treibstoff) hat etwa 60% Wirkungsgrad und ein batterieelektrisches Auto hat sogar 90% und mehr als Wirkungsgrad. Und nicht nur das, denn wie der Name bereits suggeriert, wird hier etwas verbrannt. Das geht natürlich nicht, ohne Schadstoffe auszustoßen.

ie Entwickler befinden sich in einer Zwickmühle. Einerseits soll möglichst wenig vom für die Umwelt schädlichen Kohlenstoffdioxid – kurz: CO2 – emittiert werden. Hierbei ist der Diesel im Vorteil gegenüber einem Benziner. Andererseits stoßen Selbstzünder erheblich mehr Stickoxide – NOx – aus, als Ottomotoren. Zu viel Stickoxide können für Pflanzen gefährlich sein, aber auch für den Menschen. Die Schadstoffe gelten als ein Auslöser von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Denn speziell NO2 ist ein Reizgas und das sollte man nicht in hoher Konzentration einatmen. In manchen asiatischen Großstädten sieht man jetzt schon dunkle Dunstglocken voll mit Stickoxiden und Co. Um NOx in den Griff zu bekommen, muss beim Dieselmotor eine Abgasreinigung stattfinden. Dazu werden mehrere technische Lösungen kombiniert. Einerseits ein NOx-Speicherkatalysator (auch ScR-Katalysator genannt) und andererseits ein extra AdBlue-Tank (Harnstoff). Zusätzlich kommt noch ein Dieselpartikelfilter hinzu. So viel Technik erfordert Platz im Auto und natürlich will man sich die Entwicklung dieser Technik auch bezahlen lassen. All das wird dazu führen, dass es in den nächstem zehn Jahren keine Dieselmotoren mehr in bestimmten Fahrzeugklassen geben wird. Beispielsweise in der Polo-Klasse, in der es schon jetzt beim neuen Audi A1 keine Selbstzünder mehr zu kaufen gibt.

Welche Möglichkeiten gibt es, den altehrwürdigen und immer noch unangefochtenen – was die Verkaufszahlen angeht – Verbrennungsmotor sauberer zu machen? Die Antwort der etablierten Industrie heißt Elektrifizierung. Hierbei lassen sich verschiedene Stufen unterscheiden:

• Mildhybrid. Dabei ist ein kleiner, relativ leistungsschwacher E-Motor verbaut. Er soll in bestimmten Situationen dem Verbrennungsmotor unter die Räder greifen. Beispielsweise kann so das Start-Stopp-System schon beim Hinrollen an eine Ampel den Verbrenner abschalten. Oder auf der Autobahn beim sogenannten Segeln, kann sich der Benziner/Diesel komplett ausschalten und nur der E-Motor hält die Geschwindigkeit. Auch beim Kickdown kann der kleine E-Motor für zusätzliche Beschleunigung sorgen. Ein Fahren nur mit dem Elektroantrieb dagegen ist bei dieser Antriebsform nicht möglich.
• Vollhybrid. Diese Art wurde vor allem durch den seit 1997 im Handel erhältlichen Toyota Prius weltbekannt. Die deutschen Autobauer sperrten sich lange Zeit gegen diesen Antrieb, denn man könne den niedrigen Verbrauch ja auch mit nur einem Motor – dem Diesel – erreichen und bräuchte dann nicht zwei Motoren mit sich herumfahren, so die Argumentation. Doch die Zeit bleibt nicht stehen und so ist nun der Vollhybrid auch bei Autofirmen aus Europa ein Thema. Der verbaute E-Motor ist hier etwas stärker, als beim Mildhybrid. Ebenso wird eine größere Batterie verbaut. Dadurch kann ein solches Fahrzeug kurze Distanzen vollständig elektrisch fahren. Allerdings bewegen sich die elektrisch zurückzulegenden Wege nur im einstelligen Kilometerbereich. Aufgeladen wird der Akku durch Rekuperation. So lassen sich beispielsweise Benziner mit dem Verbrauch und dem CO2-Ausstoß eines Diesel entwickeln.
• Plug-In-Hybrid. Die radikalste Stufe der Elektrifizierung des Verbrennungsmotors. Denn der elektrische Antrieb ist hier nicht nur stark genug, das Auto alleine anzutreiben, sondern dank eines großen Akkupakets können sogar längere Strecken vollständig elektrisch und damit lokal emissionsfrei zurückgelegt werden. Üblicherweise beträgt die Reichweite im E-Modus mindestens 40 Kilometer. Das Besondere ist, dass sich die Plug-In-Hybride extern aufladen lassen. Sprich, wie bei einem batterieelektrischen Fahrzeug, wird ein Ladekabel angesteckt, um den Akku wieder voll zu bekommen. Da das Batteriepaket kleiner ist, als bei einem batterieelektrischen Vehikel, geht auch das Aufladen schneller. Es kommt aber natürlich darauf an, wie stark der Bordlader ist und wie viel kW die Ladesäule abgeben kann. Perspektivisch wird ein solches Akkupaket auch drahtlos mit Strom versorgt werden können. Dank dem leistungsfähigen Gespann aus E-Motor und Batteriepaket ist es möglich, innerhalb von Großstädten rein elektrisch und damit lokal emissionsfrei zu fahren. Auf längeren Strecken ist das Auto dagegen mit dem Verbrennungsmotor unterwegs, wobei der E-Motor auch wiederum beim Segeln oder beim Überholen unterstützen kann. So sollte der Verbrauch auch auf Autobahnetappen niedriger ausfallen, als bei einem Fahrzeug, dass nur auf einen Verbrenner setzt. Hauptsächlich werden übrigens Benzinmotoren als Steckdosenhybrid offeriert. Denn nur in wenigen ausgewählten Ländern verkaufen sich Diesel-betriebene PKW in nennenswerter Stückzahl – Tendenz fallend. Daher setzen die Autohersteller lieber auf den Benziner als Kompagnon für den E-Motor. Entscheidend ist hier die Motorsoftware zur Steuerung, wann und wie der E-Motor eingesetzt wird.

Ausnahmen bestätigen die Regel

Einen Verbrennungsmotor ohne jeglichen Grad der Elektrifizierung wird es mittelfristig nicht mehr geben, zumindest bei den Volumenherstellern. Kleinserien-Autobauer, wie beispielsweise Ferrari, Lamborghini und Co. hingegen könnten auch in den nächsten Dekaden weiterhin auf pure Verbrenner oder eventuell Mildhybride setzen. Nur in ausgewählten Modellen könnte es bei diesen Anbietern auch Vollhybride geben.

Fakt ist: Es gibt sehr wohl eine Käufergruppe, die auf den Verbrennungsmotor schwört. Quer durch alle Altersgruppen sind das mehrheitlich Kunden, für die zum Autofahren eben ein Fahrzeug mit klassischem Sound und der Technik eines Verbrenners gehört. Ein Plug-In-Hybrid oder gar ein E-Auto ist keine Option für die „Petrolheads“. Selbstverständlich will man diese mit heißer Ware bedienen können und so gründen traditionelle Autohersteller eigene Firmen. Von der Audi Sport GmbH, der BMW M GmbH über Mercedes-AMG bis hinzu Toyota Gazoo Racing. So sollen auch weiterhin sportliche, auf Verbrennungsmotoren setzende Modelle wie der BMW M340i (ein umbenannter 3er-BMW mit 3-Liter 6-Zylindermotor und nun serienmäßigem M Sport-Optikpaket), der „Klassiker“ BMW M3 und Co. auf dem Markt erhältlich bleiben. Im Gegensatz zu den vergangenen Jahren allerdings zu deutlich höheren Preisen.

Immerhin gehören diese Kunden zu einem erlauchten Kreis, der es sich leisten kann und will, auf einen (möglichst) puren Verbrennungsmotor zusetzen. Exklusivität kostet Geld. Es gibt aber durchaus spezifische Kunden, die bereit sind, eine Stange Geld in ein Auto mit Verbrennungsmotor zu investieren. Man denke nur mal an die kleine, doch sehr zahlungskräftige Tuningszene, die nahezu ausschließlich auf Fahrzeuge mit Verbrenner setzt. Mit den auf diese Weise generierten Einnahmen, finanzieren sich die Mutterkonzerne – teilweise – die Entwicklung Ihrer umweltfreundlichen elektrifizierten Fahrzeuge.

Durch die Ausgliederung in eigene Firmen, besteht die Möglichkeit, dass die EU diese Marken als Kleinserienhersteller behandelt. Somit würde für die Audi Sport GmbH und Co. die CO2-Grenze von 95 Gramm pro Kilometer nicht gelten, denn diese Regelung wird erst bei mehr als 300.000 pro Jahr in der gesamten EU verkauften Neuwagen angewendet. Wenn es also die Audi Sport GmbH (und andere) schaffen, von Ihren sportlichen Verbrennern nicht mehr als 300.000 Autos pro Jahr innerhalb der EU zu verkaufen, brauchen sie keine Strafen zahlen. Und falls man doch mehr verkauft, wird eben der Preis für die Modelle erhöht. Die ersten Kilometer für diesen Schachzug der Hersteller sind bereits zurückgelegt. Ich gehe davon aus, dass das zukünftig noch stärker der Fall sein wird. Die Zahlungsbereitschaft der solventen „Petrolheads“ will man sich schließlich nicht durch die ölverschmierten Finger gleiten lassen.

Für die Mehrheit der Autokäufer und damit die Großserienhersteller spielt das jedoch keine Rolle. Hier ist der politische Druck entscheidend. Und daher heißt es ab dem Kalenderjahr 2021: Der CO2-Ausstoß aller in der EU angebotenen Neuwagen (nur PKW, keine Transporter oder LKW!) einer Großserien-Automarke darf 95 Gramm pro Kilometer nicht überschreiten, andernfalls sind Strafzahlungen fällig. Ermittelt wird dieser Emissionswert wie folgt: Die EU nimmt die Verbrauchsangaben der Autofirmen (leider nach dem „alten“ NEFZ-Wert; hier wären realistischere Messungen angebrachter) als Grundlage. Wenn der Hersteller ein batterieelektrisches (oder mit Brennstoffzelle) angetriebenes E-Auto im Angebot hat, wird dieses doppelt gewichtet und geht mit 0 Gramm CO2-Emission in die Berechnung ein. Dass bei dieser Rechnung die Stromerzeugung außer Acht gelassen wird, ist schade. Die Hersteller bemühen sich, die Produktionsanlagen Ihrer E-Automodelle mit nachhaltig erzeugtem Strom zu speisen. Wie umfangreich das jeweils gelingt, ist jedoch unterschiedlich. Jedes EU-Land erzeugt seinen Strom auf andere Art und Weise. Unsere Nachbarn aus Österreich erzeugen bereits heute mehr als 70 % ihres Stromes aus erneuerbaren Energien, siehe hier. In Deutschland hingegen beträgt der Anteil an erneuerbaren Energien am Strommix 32 %. Da es solch große Unterschiede gibt, macht man es sich einfach und bezieht den bei der Produktion anfallenden Schadstoffausstoß nicht mit ein. Hält sich ein Großserien-Autohersteller nicht an den geltenden CO2-Grenzwert, so muss er Strafzahlungen leisten. Nach aktuellem Stand sind das 95 Euro Strafe pro zu viel ausgestoßenes Gramm CO2 je verkauften Neuwagen.

CO2-Reduzierung bleibt stickiges Thema

Nach 2021 wird es für die Autohersteller noch herausfordernder. Denn bis zum Jahr 2030 muss der CO2-Ausstoß pro Kilometer bei nur noch 61,75 Gramm liegen (35% weniger als im Jahr 2021). Daher müssen bis spätestens 2030 vermehrt Plug-In-Hybride und natürlich vollelektrische Fahrzeuge – mit Batteriepaket oder Brennstoffzelle – zum Kauf angeboten werden. Mit den anderen in diesem Artikel vorgestellten Hybridarten ist dieser Grenzwert sehr wahrscheinlich nicht zu schaffen. Und der altehrwürdige Diesel verliert beständig an Fahrern. Es bleibt dabei, dass im Angebot befindliche rein elektrische PKW doppelt gewichtet werden. Wichtig ist außerdem, dass diese Regularien ausschließlich innerhalb der EU gelten. Ohne Elektrifizierung wird es zukünftig nicht gelingen, die Vorgaben der Politik umzusetzen und somit ganz nebenbei auch etwas Gutes für die Umwelt und unsere Lebensqualität zu tun. Alle auf Verbrennungsmotoren basierenden Elektrifizierungsarten (oder besser Hybridisierungsstufen) teilen sich aber die grundsätzliche Problematik: Es bleibt dabei, dass wenn der Verbrenner läuft, Schadstoffe emittiert werden. Lokal emissionsfrei lässt es sich nur mit vollständig elektrisch betriebenen E-Autos fahren. So oder so werden aber Automobile niemals 100%ig umweltfreundlich sein. Das käme der Quadratur des Kreises nahe. Aber man kann/sollte/muss etwas Tun, um zumindest die Situation zu verbessern.

Ohne Auto – wirklich für alle umsetzbar?

Es gibt auch Stimmen, die fordern, man solle auf das Autofahren verzichten. Doch das geht nicht für alle Bürger. Es kann je nach Lebensraum durchaus möglich sein, aber eben nicht für alle Menschen in einem Land, denn das Automobil bietet einzigartige Vorteile. Ein Pluspunkt ist – beispielsweise – der immense Komfort. Nur mit dem Auto ist man frei, kann prinzipiell überall hin fahren, ist schneller als mit einem Fahrrad und muss sich nicht an ein starres, unflexibles Schienennetz oder Abfahrpläne halten. Ein weiterer Vorteil ist ganz klar praktischer Natur. So viel, wie man in einem Fahrzeug transportieren kann, bringt niemand mal eben in ein öffentliches Verkehrsmittel. Sei es der Einkauf im Baumarkt, der Wocheneinkauf im Supermarkt oder auch nur mehrere Personen, die es zu kutschieren gilt. Bei alledem ist das Auto unschlagbar. Und es gibt ja auch Menschen, die schlicht und ergreifend Freude am Fahren haben. Natürlich hat auch das Fahrzeug seine Schattenseiten, wie eben die Umweltbelastung (die man ja versucht, einzudämmen) oder auch die hohen laufenden Kosten. Trotzdem: Wieso sollte ein Bürger also auf einmal auf all das verzichten? Dennoch wird es zukünftig intelligenter Verkehrsmittel bedürfen, damit die Verkehrsauslastung besser gesteuert wird. Das Auto jedoch zu verteufeln – wie es in manchen Medien aktuell die Runde macht – ist in meinen Augen nicht hinnehmbar. Doch wir müssen uns der Verhältnismäßigkeit bewusst werden. Denn nur ein intelligenter Mix der verschiedenen Fortbewegungsmittel bringt uns allen etwas. Und gerade hier in Deutschland muss immer bedacht werden, dass es dem Land vor allem wegen der heimischen Autoindustrie wirtschaftlich so gut geht. Wir haben hier etwa keine großen Vorräte an Bodenschätzen, die man verkaufen könnte.

In Teil zwei werde ich mich den rein elektrischen Antrieben widmen.

Weitere Informationen:

Ärzteblatt: Gefährdung durch Feinstaub und Stickoxide

Bundestag: ADAC-Studie (20.06.2018)

Bund

Greenpeace

Manager-Magazin: Wie teuer wird der Abgasskandal

Marx, Peter Dr.-Ing.: Wirkungsgrad-Vergleich zwischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Fahrzeugen mit Elektromotor

Science Media Center Germany

Umweltbundesamt: Stickstoffoxide in Deutschland

Verband der Deutschen Autoindustrie

Verkehrsclub Deutschland

Wikipedia: Hybridfahrzeuge

WirtschaftsWoche: So abhängig ist Deutschland von der Autoindustrie

• Themen:

• E-Mobility
• News

Über den Autor

Claus Ludewig

Ich bin mit Windows 98 aufgewachsen und habe seitdem jede Windows- und Office-Version genutzt. Zum Entspannen dient die Xbox. Neben der engen Verbundenheit zu Microsoft-Produkten, schaue ich auch gerne mal über den Tellerrand hinaus in die weite Welt. Ich interessiere mich für alles, was vier Räder hat. In diesem Sinne nehme ich Euch gerne zu einer Spritztour mit.