Elektrofahrzeuge

In der Geschichte des Automobilbaus wurden immer wieder Elektrofahrzeuge vorgeschlagen und versuchsweise eingesetzt. Ihre besonderen Vorteile liegen darin, dass sie sehr leise sind und beim Fahrbetrieb keine Abgase anfallen. Der große Nachteil von Elektroautos ist ihr geringer Aktionsradius, denn die Batterien speichern bei vertretbarer Masse relativ wenig Energie.

Hybridantrieb

Bei einem Hybridantrieb ist zusätzlich zum Verbrennungs- ein Elektromotor vorhanden.

Im Stadtverkehr ist der Hybridantrieb eine interessante Variante: Zusätzlich zum normalen Motor verfügt so ein Fahrzeug auch über einen Elektromotor. Im Stadtverkehr läuft nur der Elektromotor, er entnimmt seine Energie aus Akkus. Außerhalb der Innenstadt fährt das Fahrzeug mit dem normalen Motor und dem Kraftstoff aus dem Tank. Dabei werden auch die Akkus geladen.

Wasserstoffmotor

Ein Wasserstoffmotor ist ein geringfügig veränderter Ottomotor.

Eine weitere interessante Möglichkeit ist ein Wasserstoffmotor. Ein Ottomotor wird so umgerüstet, dass er alternativ mit Benzin oder mit Wasserstoffgas betrieben werden kann. Zusätzlich zum Benzintank ist auch ein Wasserstofftank in das Auto eingebaut. Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft entsteht fast nur Wasserdampf.

Brennstoffzelle

Aufbau eines Stapels von Brennstoffzellen (im Detail rechts im Bild) für das Versuchsfahrzeug NECAR3 von DB

Es gibt noch eine andere Variante der Wasserstofftechnologie, die Brennstoffzelle. In ihr wird bei einer sogenannten stillen Verbrennung von Wasserstoffgas mit Sauerstoff Energie direkt in elektrischer Form bereit gestellt - ohne den Umweg über einen Generator.

Manche Automobilhersteller nutzen Brennstoffzellen nicht nur für die Bordelektrik, sondern auch für den Antrieb, dann mithilfe eines Elektromotors. Neben stehender Trickfilm informiert über den Aufbau und die Funktionsweise einer Brennstoffzelle: Sie besteht aus einem Stapel mit vielen Einzelzellen. Jede Zelle besteht aus abwechselnd einer Anode, einer Membran- Elektrolytschicht und einer Kathode.

Studio-Experiment mit vier Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff und Luft versorgt werden.

Die chemische Reaktion in einer Brennstoffzelle entspricht der Umkehrung der chemischen Aufspaltung von Wasser in einem Elektrolyseapparat. Dort muss Energie aufgewendet werden, um Wasser aufzuspalten. Bei der Brennstoffzelle wird Energie frei, wenn Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser reagiert. Zur Brennstoffzelle wird ein Experiment vorgeführt.

Flugzeugmotoren

Sternförmige Anordnung der Zylinder bei einem Flugzeugmotor

Die heutigen Energie- und Umweltprobleme erfordern auch große Anstrengungen beim Luftverkehr, gerade weil dieser in den letzten Jahren enorm angewachsen ist. Bei den ersten Flugzeugmotoren kam es vor allem darauf an, dass sie gleichzeitig leicht und leistungsstark waren.

Modell eines Strahltriebwerks

Später wurden sogenannte Düsenflugzeuge ohne Propellerantrieb erfunden. Diese nutzen als Antrieb das Rückstoßprinzip mittels einer Strahlturbine.

In einem V-p-Diagramm wird die besonders einfache Struktur des Kreisprozesses einer Strahlturbine ersichtlich. Die eingeschlossene Fläche ist ein Maß für die Arbeit, die das Triebwerk verrichten kann. Vergleichen Sie dazu das Video:

Dieses Nahverkehrsflugzeug wird von Turboprop-Triebwerken angetrieben.

Im Nahstreckenverkehr werden oftmals Propeller-Triebwerke verwendet, die besonders energiesparend sind. Diese Turboprop-Triebwerke sind sehr ähnlich aufgebaut wie Strahltriebwerke. Allerdings ist hier die Turbine im hinteren Teil sehr viel größer ausgelegt, weil damit nicht nur die einströmende Luft verdichtet, sondern zusätzlich der Propeller angetrieben wird.

Verkehrssysteme

Die besten Motoren nützen nichts, wenn Flugzeuge lange über dem Zielflughafen kreisen oder sich Autos stauen. Es gibt hierzu bereits einige Initiativen: Im Güterverkehr werden verschiedene Verkehrssysteme wie Flugzeug, Bahn oder Lkw kombiniert, um eine Optimierung in Bezug auf Transportgeschwindigkeit und Energiebedarf pro Gütertonne zu erreichen.

Leitsysteme steuern den Verkehrsfluss.

Innerhalb eines Verkehrssystems ist es sinnvoll, Leitsysteme zu installieren, um Staus zu vermeiden oder zu begrenzen. Im Transportwesen wird immer mehr das Just-in-Time-Prinzip angewendet. Dies vermeidet unnötige Lagerhaltung und Transporte.