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Der Wettlauf um den Antrieb der Zukunft | BR24

© BR/Sylvia Bentele

Wie wird es in Zukunft unter der Motorhaube aussehen? Vieles ist möglich ...

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    Der Wettlauf um den Antrieb der Zukunft

    Deutschland will seine Klimaziele erfüllen und muss dafür Einiges tun - auch im Straßenverkehr. Doch welcher Antrieb spart am meisten Treibhaus-Emissionen ein? Ist das E-Auto überhaupt die beste Lösung? Die Möglichkeiten bei Motoren und Kraftstoffen.

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    Bis 2030 müssen die CO₂-Emissionen im Verkehr um 40 Prozent sinken, wenn Deutschland die auf der Klimakonferenz in Paris 2015 vereinbarten Ziele erreichen will. Momentan scheint es so, als wäre das nur mit batteriebetriebenen Elektroautos zu schaffen. Doch sie sind längst nicht der einzige Weg zu weniger Treibhausgasen und gesünderer Luft.

    Autos der Zukunft: Was beim Motor möglich ist

    Elektroantrieb: Nicht unbedingt die beste Lösung

    Ein Elektroauto ist in der Anschaffung meist teurer als ein Benziner oder Diesel. Und je nachdem, wie groß und schwer ein Elektroauto ist und wo man es überwiegend nutzt, lohnen sich reine Batteriefahrzeuge aus ökologischer Sicht erst nach vielen Kilometern. Zu diesem Ergebnis kommt unter anderem eine Ökobilanz des ADAC aus dem Jahr 2018.

    Das schlechte Abschneiden liegt unter anderem an der aufwendigen Herstellung der Batterien, bei der viele Treibhausgase freigesetzt werden. Noch entscheidender ist aber der ungünstige Strommix in Deutschland. Ein weiterer Nachteil des E-Autos ist die fehlende Infrastruktur. Auch wenn allein für Bayern mehr als 3.000 öffentlich zugängliche Ladesäulen verzeichnet sind, gibt es immer noch relativ wenige Schnellladestationen. Wegen der geringen Reichweite - selbst die leistungsfähigsten E-Autos schaffen voll geladen maximal rund 500 Kilometer - können Langstreckenfahrten so zu einer logistischen Herausforderung werden.

    Der Hybrid: Ein Mischwesen mit Vorteilen

    Hybridautos nutzten eine Kombination von Elektroantrieb und Verbrennungsmotor. Die Batterie für den Elektroantrieb wird entweder während der Fahrt aufgeladen oder, beim sogenannten Plug-in-Hybrid, an einer Steckdose bzw. Ladestation. Plug-in-Hybride können einige Dutzend Kilometer elektrisch fahren, was im Stadtverkehr und für Berufspendler meist ausreicht. Auf längeren Strecken übernimmt der Verbrennungsmotor.

    Der Vorteil dieser Fahrzeuge: Die Batterie ist leichter als bei reinen Elektroautos, verschlingt also weniger Ressourcen. Außerdem hat der Autofahrer nicht das Problem fehlender Reichweite und Infrastruktur, weil er auf den Verbrenner ausweichen kann. Besonders wirkungsvoll ist es, wenn man die elektrische Unterstützung mit einem CO2-armen Antrieb kombiniert, wie zum Beispiel einem Erdgasmotor. Prototypen zeigen: Auf diese Weise ließe sich eine CO2-Einsparung von knapp 35 Prozent gegenüber einem konventionellen Benzinmotor erreichen.

    Fahren mit Wasserstoff: Auf der Suche nach einer Tankstelle

    Bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen wandelt eine Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser um. Dabei wird Strom erzeugt, mit dem das Auto fahren kann. Die Reichweite ist größer als bei vielen batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen. Und das Betanken mit Wasserstoff geht schneller als das Aufladen von Batterien. Allerdings scheitert diese Antriebsvariante bislang noch daran, dass es nur wenige Wasserstoff-Tankstellen gibt. Bis Anfang 2020 sollen es deutschlandweit 100 sein. Für eine flächendeckende Versorgung bräuchte man aber etwa zehnmal so viele. Außerdem sind Brennstoffzellen-Fahrzeuge erheblich teurer als Autos mit Verbrennungsmotoren.

    Der "Diesotto": Das Beste aus zwei Welten

    Der "Diesotto" funktioniert mit einer Mischung aus Diesel- und Ottomotor. Erste Fahrzeuge, die das sparsame Verbrennungsprinzip von Dieselmotoren bei Benzinfahrzeugen ermöglichen, kommen bei uns 2019 auf den Markt. Je nach Bedarf wechselt der Motor zwischen Diesel-Betriebsart (Kompressionszündung) und konventioneller (Zündung mit Zündkerze) hin und her. Bei Vollgas zum Beispiel arbeitet der Antrieb wie bei jedem anderen Benziner. Schon die ersten Serienmodelle sollen 20 Prozent Kraftstoff und CO2 einsparen. Laut Experten ist aber noch mehr drin: Bis zu 30 Prozent Einsparungspotential sieht etwa Michael Bargende, Professor am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart, bei Fahrzeugen mit diesem Antrieb.

    Alternative Kraftstoffe: Welche es gibt und was sie leisten

    Erdgas: Oft weniger Emissionen als E-Autos

    Bei Erdgas sind die Schadstoffemissionen grundsätzlich deutlich geringer als etwa bei Diesel. Der CO2-Ausstoß ist je Kraftstoffeinheit um 25 Prozent niedriger, sagt Reinhard Kolke, Leiter des Bereichs Test und Technik beim ADAC. Er stützt sich dabei auf Ergebnisse einer Analyse der gängigen Antriebsarten bei Pkw, die der ADAC im Frühjahr 2018 durchgeführt hat.

    Damit liegen Erdgasautos in vielen Fällen sogar vor Elektroautos, die mit dem deutschen Strommix fahren. Außerdem geht Tanken mit Erdgas ähnlich schnell wie mit Benzin oder Diesel. Immerhin rund 900 Erdgastankstellen gibt deutschlandweit.

    Biomethan: Energie aus Stroh

    Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan und das lässt sich auch aus Biogas gewinnen, das zum Beispiel aus nachwachsenden Energiepflanzen stammt oder aus Reststoffen wie Stroh. Für die CO2-Bilanz ist das ideal. Doch selbst wenn man Biomethan als Ersatz für alle mit Erdgas betriebenen Autos einsetzen würde, wäre der Klimaschutz-Effekt gering: Von den rund 47 Millionen Pkw in Deutschland fahren heute gerade einmal einige Zehntausend mit Erdgas. Dabei wäre das Potential groß. Das Deutsche Biomasseforschungszentrum in Leipzig schätzt, dass sich alleine mit Biomethan aus Reststroh vier Millionen Fahrzeuge betreiben ließen.

    Biokraftstoffe: Klimafreundlich mit Einschränkungen

    Biokraftstoffe, das sind vor allem Biodiesel, aber auch Bioethanol, das unter anderem dem E10-Benzin beigemischt wird. Biodiesel wird aus Pflanzenölen und tierischen Fetten hergestellt, Bioethanol durch Vergärung von Zuckern gewonnen, die in Pflanzen enthalten sind.

    2018 deckten Biokraftstoffe in Deutschland rund fünf Prozent des Energieverbrauchs im Verkehr ab. Ihr Vorteil: Sie sparen gegenüber fossilen Kraftstoffen über 80 Prozent Treibhausgase ein, sagt Claudia Kemfert vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung. In einer Studie hat sie mit anderen Forschern untersucht, welchen Beitrag Biokraftstoffe leisten können, um die Klimaziele für 2030 zu erreichen.

    Der Nachteil der Biokraftstoffe: Wenn die nötige Biomasse extra angepflanzt wird, fallen diese Flächen für die Natur und die Nahrungsmittelproduktion weg. Jedoch: Bei Verwendung von Abfallprodukten wie Gülle und anderen Reststoffen könnten Biokraftstoffe laut Claudia Kemfert erheblich zur Klimaschonung beitragen.

    Künstliches Erdgas: Ein vielversprechendes Forschungsobjekt

    Erdgas, das nicht aus fossilen Quellen stammt, sondern mit Hilfe von regenerativem Strom aus Wasser und CO2 hergestellt wird, könnte ebenfalls eine Alternative zu den herkömmlichen Treibstoffen sein. Damit ließe sich die CO2-Bilanz deutlich verbessern, wie Reiner Mangold errechnet hat. Er ist bei Audi für nachhaltige Produktentwicklung zuständig. Nach seiner Kalkulation verursacht ein Auto der unteren Mittelklasse, wie etwa ein VW Golf oder Ford Focus, in seinem gesamten Fahrzeugleben bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe 19 Tonnen CO2.

    Bei der Verwendung von künstlich hergestelltem Erdgas könnte der CO2-Ausstoß auf zwei bis drei Tonnen pro Fahrzeugleben reduziert werden, meint Mangold. In ganz Deutschland gibt es einige Dutzend Forschungs- und Pilotanlagen, die so Wasserstoff bzw. künstliches Erdgas erzeugen. Audi betreibt seit mehreren Jahren eine e-gas-Anlage im niedersächsischen Werlte.

    Flüssige synthetische Kraftstoffe: Klimaneutral mit großem Aufwand

    Künstlich hergestelltes Erdgas lässt sich auch zu flüssigem Kraftstoff, sogar zu synthetischem Diesel weiterverarbeiten. Nutzt man für den ganzen Herstellungsprozess Strom aus erneuerbaren Quellen und CO2 aus der Luft, dann sind solche sogenannten "e-Fuels" tatsächlich annähernd klimaneutral, erläutert Michael Bargende, Experte für Fahrzeugantriebe an der Universität Stuttgart. Würden also 20 Prozent der heutigen fossilen Kraftstoffe durch synthetische ersetzt, würde das auch zu einer Reduktion von 20 Prozent der CO2-Emissionen führen.

    Der Nachteil: Der Aufwand, flüssigen Kraftstoff künstlich herzustellen, ist noch höher als bei synthetischem Erdgas. Das macht den Kraftstoff teuer und die Sache ineffizient. Lohnen würde sich das laut Experten daher allenfalls, wenn man solche Kraftstoffe in sonnenreichen Ländern herstellt, wo sich Solarstrom günstiger in großen Mengen gewinnen lässt.

    Es gibt nicht die "eine" Lösung für den umweltfreundlichen Antrieb

    Für Michael Bargende, Experte für Fahrzeugantriebe an der Universität Stuttgart, gibt es noch keine eindeutige Präferenz, welchen Antrieb das Auto der Zukunft haben soll.

    "Wir haben so viele Dinge, die wir jetzt entwickeln müssen, die wir uns anschauen müssen, die wir zum großen Teil im Forschungsstadium haben. Und Forschungsstadium heißt ja noch nicht, dass wir das in Serie bringen können, auch wenn man das gerne so hätte." Michael Bargende, Universität Stuttgart

    Er hält es für wichtig, dass in allen Bereichen weiter intensiv geforscht wird und man sich nicht zu früh auf eine Lösung festlegt. "Das wäre fatal, absolut fatal."