Antriebe der Zukunft

Antriebe der Zukunft: Nicht zuletzt durch den weltweiten Diesel-Skandal stehen die konventionellen Treibstoffe wie Diesel- und auch Ottokraftstoffe massiv in der Kritik. Trotz ausreichender und schon länger verfügbarer Alternativen stellt sich immer wieder die gleiche Frage: „Was ist der Antrieb der Zukunft?“. Betrachtet man die Anzahl von ca. 1,3 Milliarden weltweit zugelassenen Fahrzeugen muss man sich schon fragen, wie die lebenswichtige Mobilität von uns Menschen in Zukunft gestaltet werden kann. Jährlich werden mehr als 80 Millionen Autos produziert, und alle müssen ja über irgendeine Antriebsform verfügen.

Es ist an der Zeit, sich auch als Benutzer oder Neukunde eines Kraftfahrzeuges Gedanken über Alternativantriebe zu machen. Wir stellen Ihnen hier eine aktuelle Übersicht der verfügbaren Antriebstechnologien nebst allen Vor- und Nachteilen vor. Gibt es aber überhaupt „den“ optimalen Antrieb und wenn ja, wie müsste er aussehen? Eines dürfte aber jedem Fahrzeugnutzer klar sein: So wie bisher kann es nicht weitergehen und in absehbarer Zeit werden die fossilen Treibstoffe knapp werden und die Umweltfolgen aus der Verbrennung uns alle massiv beeinträchtigen. Betrachten wir die unterschiedlichen verfügbaren Konzepte doch einfach etwas genauer.

Diesel und Benzin den Rücken kehren?

Seit Anbeginn der Mobilität setzen die Hersteller auf die traditionellen Antriebsarten mit Otto- und Dieselmotoren. Die Basis der fossilen Treibstoffe bildet bekannter Weise das Erdöl. Aus diesem werden die beiden Treibstoffarten raffiniert und veredelt. Beiden gemein sind die hohe Verfügbarkeit und die beim Diesel sehr gute Leistungsausbeute im täglichen Einsatz. Seit ca. 1995 verschiebt sich die Nutzung von Fahrzeugen immer weiter in Richtung Dieselfahrzeuge. Erst der weltweite Skandal um die vorsätzlich „geschönten“ Schadstoff-Emissionen und Stickstoffbelastungen bremst die Zulassungszahlen seither enorm ein.

Für beide Treibstoffarten bestehen jedoch auch seit geraumer Zeit entsprechende Alternativen. Für Benzintreibstoffe gibt es seit vielen Jahren die Bio-Zumischung von Ethanol. Diese Kraftstoffarten sind mit dem Zusatz E versehen und bezeichnen damit den Anteil von Bio-Ethanol in der Kraftstoffsorte. An Tankstellen finden wir demnach Bezeichnungen wie E5 oder E10 oder Super 95. Allerdings ist Erdöl nur in begrenzten Mengen verfügbar. Die grössten Nachteile der beiden Kraftstoffe sind die enorm hohen und gesundheitsgefährdenden Mengen an Schadstoffen wie Kohlendioxid (CO2) und Stickoxiden (NOx).

Antriebe der Gegenwart: Gas (LPG/CNG)

Im direkten Vergleich zu den Otto- und Dieselkraftstoffen stehen die Gastreibstoffe. Sie stellen nicht nur eine günstigere Alternative dar, sie werden aus einem Nebenprodukt bei der Raffinerie von Erdöl und Erdgas gewonnen. Bei den Gaskraftstoffen unterscheidet man zunächst zwischen Autogas (LPG – Liquified Petroleum Gas) und Erdgas (CNG – Compressed Natural Gas), die auch unterschiedliche Energiedichten aufweisen. Das Autogas besteht dabei aus einem Gemisch von Butan und Propan, verbrennt ohne feste Rückstände, erzeugt deutlich geringere Mengen Schwefeldioxid und setzt bis zu 80% weniger Stickoxide frei.

Ein Erdgasantrieb kann jedoch nicht direkt mit einem Autogasantrieb verglichen werden. Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan, wodurch seine Energiedichte sehr gering ist. Um Erdgas für einen Fahrzeugantrieb nutzen zu können, muss es auf bis zu 200 Bar Druck verdichtet und in relativ grossen drucksicheren Tanks gespeichert werden, um eine brauchbare Energiemenge zu erreichen. Die Umrüstung auf Erdgas ist sehr einfach realisierbar. Eine Umrüstung von Serienfahrzeugen auf Autogas ist ebenfalls möglich, aber mit deutlich mehr technischen Aufwand verbunden, da hier dem Gas spezielle Additive zugemischt werden müssen.

Antrieb der Gegenwart: Ethanol- und Biodiesel-Treibstoffe

Bioethanol gehört zu den alternativen Kraftstoffarten, die für Benzinmotoren verwendet werden können. Aus chemischer Sicht handelt es sich bei Ethanol um eine besondere Form von Alkohol, der aus Biomasse von beispielsweise Roggen, Weizen oder Zuckerrüben gewonnen wird. Er wird derzeit in verschiedenen Mischformen an den Tankstellen angeboten. Die Treibstoffe sind dann an den Kürzeln E5 oder E10 zu erkennen, die gleichzeitig den prozentualen Anteil ausweisen. Sonderformen bilden die Kraftstoffe E85 und E100, die nur in dafür ausgerüstete Fahrzeuge (FFV – Flexible Fuel Vehicles) verwendet werden können.

Bei Dieselfahrzeugen kann der alternative Treibstoff Biodiesel eingesetzt werden. Dieser wird durch einen chemischen Prozess, der Umesterung, gewonnen. Als Basis für Biodiesel dienen Rohstoffe wie pflanzliche Öle und tierische Fette. Speziell in Europa wird Rapsöl für die Biodiesel-Herstellung verwendet. Dagegen setzt Asien auf den Rohstoff Palmöl und die USA auf Soja-Öl. Die Vorteile von Biodiesel liegen in den hoch verfügbaren und nachwachsenden Rohstoffen sowie den extrem geringen Ausstoss von Schwefeloxiden. Nachteilig sind jedoch vermehrte Stickoxide und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK).

Antrieb der Gegenwart: Hybrid (48V-Hybrid)

Ein erster Schritt weg von fossilen Brennstoffen wie Benzin, Diesel oder Gas geht eine andere Technologie. Als Brückenschlag zwischen konventionellen Treibstoffen und elektrischen Antrieben stellen die Hybridantriebe eine echte Alternative dar. Eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor vereint zwei unterschiedliche Antriebsquellen in einem Fahrzeug. Der Elektromotor wird dabei vornehmlich für das Anfahren und die Fahrt mit geringen Geschwindigkeiten wie beispielsweise im Stadtverkehr eingesetzt. Er läuft emissionsfrei und nahezu lautlos und verfügt über enorme Kraftreserven. Der Nachteil hierbei liegt eindeutig in der sehr geringen Reichweite.

Der nach wie vor emissionsbelastete Verbrennungsmotor wird immer dann aktiviert, wenn mehr Geschwindigkeit und hohe Reichweiten gefragt sind. Gleichzeitig lädt der Verbrennungsmotor die Batterie für den Elektromotor nach. Ein besonderes Highlight der neuen 48V-Hybriden: Bergabfahrten und Bremsmanöver packen zusätzliche Rückgewinnungsenergie in den modernen Stromspeicher. Der 48V-Generator fungiert dabei als Starter und Dynamo und arbeitet sehr effizient. Die Reichweiten des Elektroantriebsstrangs liegen hier leider nur bei 50 bis 100 Kilometer.

Antriebe der Zukunft: Brennstoffzelle

Der Antrieb über Brennstoffzellen ist schon erstaunlich „alt“. Bereits 1839 beschrieb der Physiker William Grove ein Verfahren, das als galvanischen Gasbatterie bezeichnet wurde. Das Prinzip der Brennstoffzelle ist relativ einfach: Es wird eine chemische Reaktionsenergie in Wärme und Strom umgesetzt. Als Treibstoff wird zum einen Wasserstoff benötigt. Auf der anderen Seite wird Sauerstoff verwendet, um die Energiewandlung zu komplettieren. Demnach werden für den Betrieb einer Brennstoffzelle zwei Tanks benötigt. Als Endprodukt der Stromerzeugung für den eigentlichen Elektro-Antriebsstrang entsteht reines Wasser.

Einen der beiden Rohstoffe, den Wasserstoff, muss man jedoch im grossen Massstab erzeugen. Dies ist auf dem ersten Blick sehr energieaufwändig. Beachtet man aber die heutigen Möglichkeiten der erneuerbaren Energien durch Wasser-, Solar- oder Windkraft, so relativiert sich die Herstellung von Wasserstoff erheblich und bildet unter dem Strich eine ordentliche Ökobilanz. Ein weiterer grosser Vorteil ist die hohe Energieausbeute von bis zu 80%. Nachteilig sind die derzeit noch relativ hohen Kosten für die Brennstoffzelle und das derzeit extrem unterversorgte Zapfsäulennetz in ganz Europa. In der Schweiz sind derzeit genau 2 Tankstellen für die Öffentlichkeit verfügbar.

Antriebe der Zukunft: Reiner Elektroantrieb

Der momentan wohl populärste, ökologischste und effizienteste Antrieb ist der reine Elektroantrieb. Hier wird das Fahrzeug mit einer leistungsstarken Batterie ausgestattet und durch einen kräftigen Elektromotor angetrieben. Aus Anfangs kleinen Reichweiten von um die 100 Kilometer sind inzwischen – je nach Fahrzeug – bis zu 800 Kilometer ohne weiteres möglich. Die Leistung eines reinen Elektroantriebs ist extrem hoch. Moderne Elektromotoren entwickeln durch den Direktantrieb ohne Getriebe erstaunliche Drehmomente und können Verzögerungen und Bergabfahrten durch Rekuperation in neue Energie verwandeln.

Viele Hersteller haben bereits entsprechende Elektromodelle im Angebot. Ein sehr innovatives Elektrofahrzeug kommt vom Schweizer Anbieter Micro Mobility. Das Fahrzeug erinnert sehr stark an die legendäre „Isetta“ von BMW. Der Microlino ist ein elektrifizierter Zweisitzer mit Fronteinstieg, einem 8 Kilowattstunden Akku Pack und 150 Kilometer Reichweite für knappe 14.000,00 CHF.

Fazit zum Thema: Antriebe der Zukunft

Bei allem Für und Wieder ist doch eines deutlich zu erkennen: Die Folgen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe für die konventionellen Antriebssysteme wie Otto- und Dieselmotoren führt uns in eine sich zunehmend verstärkende Klimakatastrophe. Antriebe der Zukunft müssen sich damit auseinandersetzen. Alternativantriebe durch Gas- und Biokraftstoffe sind wohl effizient, haben aber noch eine negativ belastete Ökobilanz vorzuweisen. Die Brennstoffzelle ist derzeit noch zu teuer und damit nicht massentauglich. Der reine Elektroantrieb mit leistungsstarken Batterien und Motoren wird die nächsten Jahrzehnte „das“ Antriebssystem der Zukunft sein.

Autor: VG

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