Elektromobilität – eine alltagstaugliche Technologie?

In der jüngsten Vergangenheit war so viel von Elektromobilität die Rede, dass man eigentlich schon von einem Hype sprechen kann. Grund genug, sich einmal Gedanken zu machen, ob und wie sich Elektromobilität im großen Stil und vor allem auch die Versorgung der Elektrofahrzeuge mit Strom realisieren lassen und ob es Alternativen dazu gibt.

Der Gedanke des Elektroautos ist so naheliegend, dass diese Form des Autos so alt ist wie das Auto mit Verbrennungsmotor: Elektro-Dreirad von Ayrton & Perry aus dem Jahre 1882

    Der Elektromotor ist im Prinzip ein idealer Fahrzeugantrieb, weil er einfach aufgebaut ist, unter Last anlaufen kann und vor allem auch sein Drehmoment weitgehend unabhängig von der Drehzahl erzeugt. In dieser Hinsicht ist er dem Verbrennungsmotor haushoch überlegen. Das kann man auch daran erkennen, dass vor der Verfügbarkeit hydraulischer Getriebe für große Leistungen Kombinationen aus Generator und Elektromotor zur Kraftübertragung bei Schiffen, vor allem aber auch bei Lokomotiven und teilweise bei überschweren Lastwagen eingesetzt wurden und auch noch heute eingesetzt werden. Außerdem funktioniert bei der Eisenbahn der reine elektrische Antrieb schon seit vielen Jahrzehnten einwandfrei.

   Ein weiterer Vorteil des Elektroantriebes ist, dass Elektromotoren prinzipiell auch als Generatoren laufen können und daher beim Bremsen Strom erzeugen und so Energie zurückgewinnen können. Das wird zum Beispiel bei Bergbahnen gemacht und ist bei Elektroautos ebenfalls machbar.

Problem Stromversorgung

   Das Problem des Elektroantriebes ist die Stromversorgung. Bei Schienenfahrzeugen ist es leicht lösbar, da diese sowieso an ihre Gleise gebunden sind und daher die Fahrleitung keine zusätzliche Einschränkung darstellt. Bei Trolley- oder Oberleitungsbussen lässt es sich mit einigem technischen Aufwand auch in den Griff bekommen, da diese ja ebenfalls auf bestimmten Linien verkehren.

   Ein echtes Problem jedoch ist die Stromversorgung bei Straßenfahrzeugen für den Individualverkehr. Hier muss ein Vorrat an elektrischer Energie auf dem Fahrzeug mitgeführt werden – und hier gibt es noch keine wirklich überzeugende Lösung. Das wirklich alltagstaugliche Elektroauto gehört zu den Dingen, die wie künstliche Intelligenz und sich selbsttätig lenkende Autos bereits seit undenklichen Zeiten „in naher Zukunft“ kommen werden.

   Tatsächlich wurden bereits in der Vergangenheit immer wieder Versuche gemacht, Elektrofahrzeuge im Straßenverkehr zu etablieren, die regelmäßig scheiterten. Der Grund war immer derselbe: Der Akku war zu schwer, zu teuer und das Laden dauerte zu lange.

Der derzeitige Elektromobilitäts-Hype näher betrachtet

       So wie Elektrofahrzeuge derzeit gepusht werden – die Grünen haben vor einiger Zeit sogar allen Ernstes geäußert,  demnächst kleine Zweiräder mit Verbrennungsmotoren komplett verbieten zu wollen - könnte man meinen, die Probleme mit den Akkus seien nun tatsächlich gelöst. Bei näherem Hinsehen wird man jedoch feststellen, dass alles andere der Fall ist: Zwar wurden hier in den letzten Jahren Fortschritte gemacht, doch wirken sich diese nur graduell aus. Die Probleme bleiben im Prinzip weiter bestehen; die Speicherung elektrischer Energie ist immer noch an Masse gebunden, das Laden benötigt Zeit und die Akkus bleiben teuer.

   Wenn man sich überlegt, was eine Autobatterie kostet und wie lange sie lebt, kann man sich vorstellen, was man für einen Akku bezahlen muss, der genügend Kapazität hat, um damit einige Stunden Auto zu fahren. Und diese Ausgabe kommt alle paar Jahre auf den Besitzer eines Elektrofahrzeuges zu. Schon bei einem elektrischen Gabelstapler ist die Batterie das teuerste Teil. Ein solches Gerät hat dabei nur einige wenige kW Leistung, wohingegen es bei einem Auto um einige -zig oder gar mehr als hundert kW geht, wenn man Fahrleistungen erwarten möchte, die sich mit denen von herkömmlichen Kraftfahrzeugen vergleichen lassen. Der teure Akku mit seiner begrenzten Lebensdauer ist auch der Hauptgrund dafür, dass das Fahren mit einem Elektroauto auf die Länge, wenn überhaupt, nur geringfügig billiger ist, als die Benutzung eines mit einem herkömmlichen Zerknalltreibling ausgerüsteten Fahrzeugs.

Laden an der heimischen Steckdose oder an der Elektrotankstelle?

   Auch die Ladezeiten der Akkus haben sich nicht entscheidend verkürzt, wobei gerade kurze Ladezeiten neue Probleme aufwerfen würden: Nimmt man einmal an, ein Akku benötigt zum Laden etwa die gleiche Zeit wie zum Entladen und man würde ein Elektroauto mit einer durchschnittlichen Last von 20 kW betreiben. Dann müsste der Akku jeden Tag genauso lange laden wie das Auto gefahren wird und zwar mit einem Ladegerät, dass 20 KW leistet.

   Die Wärmeverluste in Trafo und Gleichrichter nicht gerechnet, müsste der Netzanschluss dazu einen Strom von 200000W:230V = 87 A liefern. Zum Vergleich: Ein normaler Hausanschluss ist mit 16 A abgesichert. Natürlich könnte man zum Laden einen eigenen Stromkreis und alle drei Phasen des Stromnetzes nutzen wie man das z.B. auch bei Elektroherden macht. Dann hätte man insgesamt 48 Ampere zur Verfügung, was aber immer noch nicht reicht.

   Man würde also einen Stromanschluss benötigen, wie Handwerksbetriebe mit kräftigen Maschinen ihn haben. Erst recht, wenn Technologien verfügbar würden, die ein schnelleres Laden ermöglichen: Wenn der Akku für durchschnittlich 20 kW Last zum Beispiel zehn Mal so schnell geladen werden soll, wie er sich entlädt, brauchte man bereits 870 A und wieviel man benötigt, um einen Tesla Roadster in der gleichen Zeit aufzuladen, wie man ein herkömmliches Auto betankt, traue ich mich gar nicht auszurechnen, ganz zu schweigen davon, was dabei für elektromagnetische Felder entstehen würden, von denen man ja auch ganz und gar nicht weiß, ob sie unschädlich für Mensch und Tier sind.

Durchgesetzt hat sich jedoch der Antrieb mit Verbrennungsmotor, da der dafür erforderliche Brennstoff seehr einfach mitzuführen ist

    Dazu kommt, dass bei einer allgemeinen Verbreitung von Elektroautos die Stromversorger diese Mengen an elektrischer Energie zusätzlich liefern und verteilen müssten, wofür das vorhandene Netz gar nicht ausreicht. Selbst wenn man die Elektroautos an zentralen Stromtankstellen lädt, die wie größere Firmen direkt an das Mittelspannungsnetz angeschlossen würden, müsste man zumindest dieses entsprechend ausbauen, auch wenn man in Rechnung stellt, dass die Autos zu einem Teil dann aufgeladen werden, wenn anderweitig weniger Strom benötigt wird. Immer wird dies nämlich auch nicht der Fall sein: Schließlich würden einige ihr Auto auch aufladen, während sie bei der Arbeit sind, also zu den Zeiten, wenn sowieso schon viel Strom benötigt wird.

     Wenn man sich jedoch andererseits einmal eine grobe Vorstellung davon macht, wieviel Energie benötigt wird, um all die Autos fahren zu lassen, die bei uns täglich unterwegs sind, kann man sich leicht vorstellen, dass die Stromversorger ihre helle Freude an der Elektromobilität haben, auch wenn sie für sie hohe Investitionen in ihre Netze bedeuten würde: All die vielen kWh, die wir heute in Form von Sprit bei den Ölgesellschaften kaufen, dürften sie zusätzlich liefern, wenn es nur noch lauter Elektroautos gäbe. Das würde sich in der Tat lohnen, denn der Verkehr verbraucht bei uns in etwa so viel Energie wie die privaten Haushalte.

Und die Alternative?

   Wie man sieht, wäre es schon einmal nicht ganz einfach, den Strom heranzuschaffen, den man benötigen würde, wenn irgendwann alle Kraftfahrzeuge mit Strom betrieben würden. Außerdem wäre es doch mit einigen Unannehmlichkeiten und zusätzlichen Kosten für den einzelnen Kraftfahrer verbunden.

   Mit einem genormten Wechselsystem für Batterien, die dann in den Elektrotankstellen geladen würden, wenn anderweitig wenig Strom benötigt würde, ließe sich das Laden wohl etwas komfortabler und die Elektroautos verfügbarer machen. Allerdings würde das wiederum Schwierigkeiten mit der Normung machen und zusätzliche Kosten verursachen, denn es müsste in einem solchen Falle ja pro Fahrzeug mehr als eine Batterie vorhanden sein. Auch ein Mietsystem würde hier nicht viel einsparen. Schließlich muss auch über die Miete der Kaufpreis der Batterien hereinkommen – und zusätzlich der Aufwand und der Gewinn des Vermieters.

   Tatsache ist und bleibt vorerst, dass sich Energie für Fahrzeuge am besten in Brennstoffen mitführen lässt, wobei krass ausgedrückt der Kohlentender einer Dampflok noch effektiver ist als ein Akku. Flüssigkeiten sind in dieser Hinsicht am einfachsten handzuhaben, weswegen Benzin- und Dieselantriebe die Autotechnik seit langem dominieren. In einem Kilogramm Benzin oder Dieselöl steckt ganz einfach mehr Energie als man in ein Kilogramm Akku stopfen kann und eine kWh ist in Form von Kraftstoff schneller in den Tank gepumpt, als in Form von Strom in den Akku.

Der Viertakt-Ottomotor war ursprünglich ein Gasmotor, für die Adaption auf flüssige Brennstoffe war einiges an Ingenieurarbeit nötig: Benz, Diesel, Bosch...

     Etwas aufwendiger zwar als flüssige Kraftstoffe sind Gase zu handhaben, dennoch funktioniert es heute schon sehr gut: Propan- und Erdgasmotoren bewähren sich einwandfrei in Autos. Zudem ist beim Gasauto nur die Tankanlage aufwendiger, der Moto selbst wird vereinfacht. Der gute, alte Viertakter von Ottos Nikolaus war zuerst ein Gasmotor; dass er irgendwann dann auch mit Benzin und sogar Öl lief, war gar nicht so einfach hinzubekommen.

   Das ganz besonders Tolle bei der Sache mit dem Gasantrieb ist, dass es jetzt möglich ist, „künstliches Erdgas“ aus elektrischem Strom herzustellen. Damit ließe sich unser Mobilitätsproblem allem Anschein nach sogar auf Basis regenerativer Energiequellen lösen, wobei dann lediglich Benzin- bzw. Dieseltanks, Kraftstoffpumpen, Vergaser und Einspritzanlagen aus der Autotechnik verschwinden und vollends durch Gastanks und Mischeinrichtungen ersetzt würden.   

Fazit

   Man kann also getrost davon ausgehen, dass sich der derzeitige Hype um die so genannte Elektromobilität totlaufen wird. Mit der Methangewinnung mithilfe von elektrischem Strom aus regenerativen Quellen wird das Speichern von Strom im großen Stil möglich, da Methan wie alle typischen Brennstoffe ganz einfach eine wesentlich höhere Energiedichte aufweist als ein Akkumulator. Aus genau diesem Grunde eignet es sich auch gut als Energieträger für Fahrzeuge.

      Mithilfe von Elektromethan lässt sich die bereits vorhandene Autotechnik auch mit Energie aus regenerativen Quellen wie Sonne, Wind und Wasser nutzen. Da die Elektromethan-Technik gut skalierbar ist, kann sie auch regional eingesetzt werden. Elektromethan-Anlagen, die zu kleineren Windparks passen sind machbar und ermöglichen es, regional gewonnene Energie auch regional zu speichern. Dadurch wird es möglich auf regionaler Ebene sowohl zu jeder Zeit die Stromversorgung sicherzustellen als auch den Kraftverkehr mit Energie zu versorgen. Der Vebrennungsmotor könnte dann eventuell auf längere Sicht durch Brennstoffzellen und Elektromotor ersetzt werden.  Eine solche Technologie hätte den Vorteil gegenüber dem Vebrennungsmotor, dass man auch hier beim Bremsen Energie zurück gewinnen kann. Dafür wäre dann zwar auch wieder ein Akku nötig, aber der könnte kleiner - und damit leichter und billiger - ausfallen, als der eines reinen Elektroautos. Allerdings müssten Brennstoffzellen dazu erst einmal wesentlich kleiner und leichter werden, als sie es heute sind.

     Brennstoffzellen funktionieren im Prinzip auch mit Methan, es sind auch schon Brennstoffzellen-Heizgeräte für Erdgas auf dem Markt. Von Brennstoffzellen-Elektroautos für Erdgas hört man allerdings kaum etwas oder gar nichts. Daher wird uns auch beim Einsatz von Energie aus regenerativen Quellen für den Straßenverkehr der Vebrennungsmotor doch noch eine Weile erhalten bleiben.      

   Zusätzlich sollte soviel Verkehr wie möglich von der Straße auf die Schiene verlagert werden. Wie schon zu Anfang angedeutet macht der Elektroantrieb bei Schienenfahrzeugen durchaus Sinn. Zudem benötigen Schienenfahrzeuge weniger Energie und können, wenn sie elektrisch angetrieben werden, direkt mit Ökostrom betrieben werden. Das wiederum mach den Umweg über das Elektromethan immer dann überflüssig, wenn Energieangebot und -bedarf zusammenpassen, was ja auch des öfteren vorkommt.