Seite 2: Elektromobilität: Ein steiniger Weg

Die Elektromobilität kommt nicht so voran, wie es die Grünen geplant haben und die Industrie beklagt mangelndes Kaufinteresse für E-Autos. Das war vorher zu sehen, denn einerseits sind die in der EU produzierten E-Autos viel zu teuer im Vergleich zu Verbrennerfahrzeugen, andererseits haben sie immer noch vergleichsweise kurze Reichweiten und dann relativ lange Ladezeiten. Dazu kommt auch noch eine fehlende Ladeinfrastruktur.

Da helfen auch keine Kaufprämien, die Fahrzeuge sind gegenüber den Verbrennern unpraktisch und ihren Preis nicht wert. Außerdem handelt es sich meist um Modelle der Oberklasse oder der oberen Mittelklasse, bezahlbare E-Autos als Kleinwagen oder untere Mittelklasse sucht man vergeblich.

Betriebskosten: Die Tücken der E-Autos

Und im Betrieb sind E-Autos zur Zeit auch teurer als herkömmliche Fahrzeuge, da der Ladestrom an öffentlichen Ladesäulen meist extrem überteuert ist. Das funktioniert, weil der Ladenetzbetreiber meist ein örtliches Monopol hat und die Kunden deshalb abzocken kann.

Aber wir müssen vom Öl wegkommen und zur E-Mobilität wechseln. Wir haben nicht genug Ökostrom; beim Ökostrom ein großes Problem mit der unregelmäßigen Stromerzeugung.

Womit wir wieder bei der Elektroenergieversorgung sind. Wenn heute eine wichtige Versorgungsleitung oder ein Umspannwerk ausfällt, sind alle von der Anlage versorgten Abnehmer ohne Strom. Dabei ist es völlig egal, ob es sich um Sabotage (siehe Tesla-Strommast), einen technischen Unfall (Hauptkabel für Treptow und Köpenick in Berlin) oder witterungsbedingte Schäden an einer Leitung (Sauerland) handelt.

Natürlich kann man einzelne, besonders wichtige Anlagen mit einer Notstromversorgung ausrüsten, aber das ist aufwändig und teuer. Dazu kommt, dass die Notstromanlagen bei Überprüfungen natürlich alle hervorragend laufen, erfahrungsgemäß im Katastrophenfall dann aber häufig nicht. Und man kann auch nicht neben jeden Hochspannungsmast einen Polizisten stellen, um Sabotage auszuschließen.

Dual Use: Hybridfahrzeug als Stromquelle im Katastrophenfall

Aber da wir unser Energieversorgungssystem sowieso umbauen müssen, sollten wir es so umbauen, dass es bei Störungen und Ausfällen in voll funktionsfähige Subnetze zerfällt. Das beginnt schon beim Hausnetz. Auf jedes geeignete Dach gehört eine PV-Anlage und zu dieser immer ein Wechselrichter.

Moderne Hybridwechselrichter können einen angeschlossenen Akku laden und bei Bedarf den Strom aus dem Akku wieder ins Netz einspeisen. Wenn das öffentliche Netz des Energieversorgers ausfällt, kann ein derart ausgerüstetes Hausnetz in den Inselbetrieb gehen und so lange weiter laufen, wie Strom im Akku ist bzw. von der Solaranlage geliefert wird.

Und einige moderne Hybridwechselrichter haben einen Eingang für ein Notstromaggregat. Damit ist das Hausnetz auch bei längerem Ausfall des Versorgungsnetzes abgesichert, solange Treibstoff vorhanden ist. Und wenn man ein geeignetes Hybridfahrzeug hat, kann man das auch als Stromquelle verwenden und auf ein extra Notstromaggregat verzichten.

Comeback der Plug-In-Hybride

Anstatt reine E-Autos zu fordern, sollten wir deshalb lieber auf Plug-In-Hybride setzen. Diese erleben im Ausland gerade ein großes Comeback bei den Verkaufszahlen. Sie haben nämlich mehrere Vorteile gegenüber reinen E-Autos.

Erstens haben sie oft eine elektrische Reichweite von 50 bis 70 Kilometern, was für die meisten Fahrten völlig ausreicht, so dass man mit Ökostrom tanken und fahren kann. Zweitens braucht man keine Reichweitenangst zu haben, denn wenn der Akku leer ist, geht es mit Kraftstoff weiter. Bei längeren Touren muss man keine langen Ladepausen machen, ein kurzer Tankstopp genügt.

Unabhängigkeit von Ladeinfrastruktur: Ein weiterer Vorteil

Auch ist man nicht von einer mangelhaft ausgebauten Ladeinfrastruktur mit wenigen Ladesäulen und überhöhten Preisen abhängig. Das führt natürlich dazu, dass häufig auch mit Kraftstoff gefahren wird, wenn es vermeidbar wäre, weshalb Umweltverbände die Plug-In Hybriden häufig ablehnen. Aber das ist ganz einfach dumm. Und auch die übrigen Argumente gegen Plug-In-Hybride sollte man hinterfragen.

Es wird oft argumentiert, dass der Hybrid 2 Antriebssysteme hat, was eigentlich Verschwendung sei, da eins ausreicht, und zwar das Elektrische. Das ist Unsinn. Beim Plug-In Hybriden können bei Bedarf Verbrennungsmotor und E-Motor zusammen das Fahrzeug beschleunigen wobei sich die Antriebsleistung der beiden Motoren addiert. Deshalb kann man beide Komponenten halb so groß auslegen wie bei einem reinem Verbrenner- oder E-Auto.

Der Ausgangspunkt für die Entwicklung von Hybridautos war nicht die Elektromobilität, sondern das Bestreben, den Treibstoffverbrauch zu senken. Alle großen Autofirmen wetteiferten in den 1990er-Jahren des vorigen Jahrhunderts um sparsame und schadstoffemissionsarme Motoren. Aber dem sind technische Grenzen gesetzt und die Optimierung einer Eigenschaft geht leider meist zulasten anderer.

Jeder Ingenieur weiß, dass man für jeden Verbrennungsmotor ein Verbrauchskennfeld (Muscheldiagramm) aufnehmen kann, wenn man den Kraftstoffverbrauch gegen den effektiven Mitteldruck und die Motordrehzahl aufträgt. Linien gleichen Kraftstoffverbrauchs formen dabei ein muschelartiges Muster.

Optimierung des Verbrennermotors: Ein Balanceakt

Aus dem Kennfeld kann zum Beispiel für jede mögliche Kombination aus Drehzahl und effektivem Mitteldruck der daraus resultierende spezifische Kraftstoffverbrauch abgelesen werden. Hieraus wird ersichtlich, dass außer für die Höchstleistung für jede geforderte Motorleistung mehrere Betriebspunkte mit unterschiedlichem Kraftstoffverbrauch möglich sind.

Leider lässt sich ein normales Verbrennerauto nicht im optimalen Bereich fahren, da man die Geschwindigkeit über die Motorleistung durch Gasgeben und Bremsen sowie Schalten an die Verkehrslage anpassen muss. Dadurch betreibt man den Motor immer mit schlechtem Wirkungsgrad.

Da hatten Ingenieure von Toyota die Hybrididee. Sie ließen den Motor im optimalen Bereich laufen und realisierten die Lastanpassung über ein Planetenradgetriebe und zwei Elektromotoren. Wenn der Motor zu viel Leistung liefert, arbeiten die Motoren als Generator: Die überschüssige Leistung wird in Strom umgewandelt und in einer Batterie gespeichert.

Synergieeffekte: Verbrenner und E-Motor im Einklang

Und beim Beschleunigen wird nicht unbedingt die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht, sondern die Leistung der E-Motoren zugeschaltet. Die Steuerung ist natürlich nicht ganz trivial und die verbauten Batterien waren zunächst auch nur NiMH-Akkus mit vier kWh Kapazität, aber das Treibstoffsparpotential war enorm. Moderne Hybridfahrzeuge sind zwar Verbrenner, aber oft Drei-Liter-Autos und jedenfalls sehr viel sparsamer als vergleichbare normale Verbrenner.

Und wenn man sie mit einer größeren Batterie sowie einem Ladekabel samt zugehöriger Elektronik ausstattet, erhält man einen Plug-In Hybrid.

Hier wird dann immer schief diskutiert, dass durch das größere Gewicht des Fahrzeugs im Verbrennermodus ein Mehrverbrauch von Treibstoff auftritt. Das ist natürlich erst einmal richtig. Aber man sollte sich vielleicht mal überlegen, wie groß dieser Mehrverbrauch ist.

Moderne Lithiumionenbatterien, die heute in E-Autos verbaut werden, haben ein Leistungsgewicht von etwa 200 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg). Für 100 Kilometer elektrische Fahrstrecke werden rund 20 kWh Akkuspeicher benötigt. Das Zusatzgewicht beträgt also etwa 100 Kilo. Wie groß ist der Mehrverbrauch eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor bei 100 Kilo mehr Gewicht?

Wenn 100 Prozent mit Kraftstoff gefahren wird tritt sicher ein Mehrverbrauch auf. Aber schon bei 20 Prozent Elektrobetrieb müsste der Mehrverbrauch größer als 20%Treibstoff sein, damit insgesamt mehr Sprit verbraucht wird. Und bei 50 Prozent elektrischer Fahrweise ist de Plug-In-Hybrid klar überlegen, denn der Treibstoffverbrauch verdoppelt sich nicht durch 100 Kilo zusätzlich.

Zukunft der Batterien: Leichter und effizienter

Und es gibt bereits Prototypen von Festelektrolyt-Akkus, die ein Leistungsgewicht von 700 Wh/kg aufweisen. Wenn die in zwei bis drei Jahren verfügbar sind, beträgt das zusätzliche Gewicht nur noch rund 30 Kilogramm.

Aber offenbar gibt es starke Kräfte, die einen breiten Einsatz von Plug-In-Hybriden verhindern wollen, warum auch immer.

E-Autoquote: Ein ernüchternder Blick auf die Zahlen

Derzeit beträgt die E-Autoquote bei den Neuzulassungen in Deutschland gerade einmal 18 Prozent. Das ist viel zu wenig und es wäre besser, wenigstens einen Teil der 82 Prozent der Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor durch Plug-In-Hybriden abzulösen, auch wenn diese zur Zeit mehr als die Hälfte ihrer Laufleistung mit Kraftstoff zurücklegen.

Sie könnten nämlich auch mehr elektrisch fahren und wenn sich die Rahmenbedingungen, also Ladeinfrastruktur und Strompreis an der Ladesäule, verbessern, werden sie das sicher auch tun.

Dazu kommt als Pluspunkt für alle Hybridfahrzeuge: Im Katastrophenfall, wenn das Stromnetz zusammenbricht, kann man trotzdem fahren, solange man noch Treibstoff hat. Und im schlimmsten Fall kann man vom Plug-In-Hybrid Strom in ein Netz einspeisen und das Fahrzeug so als Notstromaggregat nutzen.

Bidirektionales Laden ist in den derzeitigen Planungen in Deutschland allerdings nicht vorgesehen und setzt auch geeignete Wechselrichter voraus. Diese stehen aber in Form der Hybridwechselrichter moderner PV-Anlagen in großer Zahl mit ausreichender Leistung zur Verfügung (man wird ja nur Notstrom einspeisen, wenn die PV-Anlage nicht liefert).

Plug-In-Hybride: Die rationale Entscheidung

Fakt ist: Wer sich privat ein Plug-In-Hybridfahrzeug zulegt, will Strom laden. Sonst würde er ein Auto mit Verbrennungsmotor kaufen oder einen reinen Hybrid (tankt Benzin, fährt elektrisch).

Die sind nämlich wesentlich preiswerter. Und ein normales Hybridfahrzeug unterscheidet sich vom PIHV nur dadurch, dass es seinen Strom ausschließlich an Bord aus Benzin oder Diesel produziert. Aber für ein Hybridfahrzeug, das Strom tanken kann, werden schnell mal 6.000 bis 10.000 Euro mehr verlangt, obwohl die Akkupreise deutlich gefallen sind und weiter fallen.

Derzeit dürften Autobatterien gut 100 Euro pro Kilowattstunde kosten. Das zeigt, dass die Autohersteller die Plug-In-Hybride extra verteuern. Möglicherweise, um den Absatz ihrer normalen Hybriden nicht zu gefährden.

Finanziell lohnt sich die E-Mobilität derzeit bei der Anschaffung sowieso nicht und auch beim "Tanken" nur, wenn man eigenen Solarstrom lädt. Dabei kann man, ein intelligentes Netzmanagement vorausgesetzt, Peakstrom laden. Dadurch lässt sich überschüssiger Ökostrom in Erzeugungspeaks sinnvoll nutzen und zugleich können die Fahrkosten minimiert werden.