Es wird ernst im Autoland. Beinahe täglich sind Autos und deren Hersteller in den Schlagzeilen, und es sind nicht etwa Lobeshymnen, die in den Nachrichten zu vernehmen sind. Dabei sind die Diskussionen über Schadstoffgrenzen, deren trickreiche Überschreitungen und damit einhergehende Reglementierungen nur die Fassade viel tiefergehender Veränderungen. Wagen wir einen Blick dahinter.

Text: Lutz Stein | Foto: iStock

In den kommenden Jahren erwarten uns revolutionäre technologische Veränderungen im Bereich der Mobilität. Und dies gleich auf zwei Ebenen.
Die erste betrifft die Antriebstechnik. Hier genossen Verbrennungsmotoren über Hundert Jahre lang eine Monopolstellung im Autobau. Es ist für die meisten von uns das Normalste der Welt, Fahrzeuge mit Produkten aus Erdöl zu betreiben. Dass die Energie- und Ökobilanzen dieser Treibstoffe alles andere als unbedenklich sind, haben wir mangels Alternativen stillschweigend in Kauf genommen. Tatsächlich ist der gesamte Prozess von der Förderung über den Transport, die Veredelung, Lagerung, Betankung und den Verbrauch ein ziemlich schmutziges Geschäft, das zudem jede Menge Energie verschlingt. Bereits auf dem Weg vom Bohrfeld bis zur Tankstelle wird im Durchschnitt bereits ein gutes Drittel der im transportierten Treibstoff enthaltenen Energie verbraucht. Bei der anschließenden Verbrennung gehen selbst in modernsten Diesel- und Benzinhybrid­motoren wiederum 60 Prozent der Energie (als Wärme) verloren, so dass man der Antriebstechnik mit fossilen Treibstoffen unter dem Strich einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von gerade einmal 25 Prozent unterstellen kann.
Außen vor bleiben bei dieser Rechnung nicht nur die Kosten zur Beseitigung entstehender Umweltschäden, sondern auch vor allem die militärischen Kosten zur Sicherung der Ölversorgung. Die Internationale Energieagentur schätzt, dass für den Zugang zu billigem Öl weltweit jährlich 500 Milliarden US-Dollar aufgewendet werden und damit gut dreimal so viel wie für Subventionen für alle erneuerbaren Energien zusammen.
Die einzige Alternative zur Verbrennungsmaschine bieten Elektromotoren, die mit traumhaften Wirkungsgraden von über 95 Prozent und noch dazu äußerst langlebig ihre Leistung verrichten. Zur Bereitstellung ihrer Energieversorgung existieren zwei völlig unterschiedliche Konzepte.
Brennstoffzellen können Wasserstoff (H2) bei einem Wirkungsgrad von etwa 60 Prozent in elektrische Energie umwandeln. Gewinnt man H2 aus der Raffination fossiler Energieträger, z. B. Erdgas, überwiegen die Verluste bei Herstellung und Transport gegenüber dem Vorteil des besseren Wirkungsgrades der Brennstoffzelle. Es wäre also effizienter, Erdgas nicht erst in H2 und Kohlenstoff aufzuspalten, sondern direkt zum Antrieb eines Verbrennungsmotors zu nutzen.
Alternativ lässt sich H2 aus Wasser mittels Elektrolyse bei einem Wirkungsgrad von etwa 70 Prozent erzeugen. Berücksichtigt man die Effektivität der Brennstoffzelle und den großen Energieaufwand für Speicherung und Transport flüssigen Wasserstoffs, liegen die erreichbaren Wirkungsgrade bei der Verwendung von Energie aus fossilen Kraftwerken bei unter zehn Prozent. Bei der Nutzung von regenerativ erzeugtem Strom liegen die Wirkungsgrade im Bereich der heutigen Verbrennungsmotortechnik, also bei etwa 25 Prozent.
Die Prozesse innerhalb einer Brennstoffzelle laufen recht langsam ab. Ihre Leistungsabgabe lässt sich daher nicht spontan über ein Gaspedal regeln, so dass eine Brennstoffzelle in Fahrzeugen nicht als Antriebsmotor, sondern nur zur Energieversorgung des Elektroauto-Akkus eingesetzt werden kann. Verzichtet man auf den Umweg über die Brennstoffzelle und greift zur Energieversorgung der Elektromotoren auf hinreichend große Akkus und das öffentliche Stromnetz als Tankstelle zurück, verbessert sich die Energiebilanz erheblich. Zu den geringen Verlusten der Elektromotoren selbst addieren sich Netzverluste (ca. fünf Prozent) und Verluste beim Laden und Entladen der Akkus (ca. 20 Prozent). Selbst bei der Verwendung von Strom aus fossilen Energien ist die Energiebilanz von Elektroautos schon besser als die von modernen Dieselfahrzeugen. Lädt man E-Autos mit rein regenerativ erzeugtem Strom, lassen sich schon heute Wirkungsgrade von über 70 Prozent erzielen.
Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren haben den prinzipbedingten Nachteil, dass die Abgase dort entstehen, wo die Fahrzeuge umherfahren – im ungünstigsten Fall eben in dichtbevölkerten Ballungsräumen. Dort werden sie zunehmend von Fahrverboten betroffen sein, denn beim Thema Schadstoffausstoß sind die Grenzen des technisch und wirtschaftlich Machbaren in Sichtweite. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sich Verbrennungsmotoren auch mit Wasserstoff betreiben ließen, was aufgrund unterirdischer Wirkungsgrade ethisch aber kaum zu vertreten wäre.
Elektrofahrzeuge nutzen ihre Energie am effektivsten und erzeugen ihre Emissionen schlimmstenfalls über das Kohlekraftwerk auf dem Lande. In den Städten selbst sind sie emissionsfrei und obendrein auch angenehm leise unterwegs.
Die Angaben zu Emission-Footprints unterscheiden sich je nach Quelle erheblich, was einerseits auf die Komplexität des Themas und anderseits auf unterschiedliche Interessenslagen der Autoren schließen lässt. Und so kommt es, dass auch anscheinend seriöse Quellen haltlose Aussagen treffen. So behauptet man z. B. in der sogenannten „Schwedenstudie“, dass ein Tesla-Lithium-Ionen-Akku für eine CO2-Belastung von 17 Tonnen stehe und das E-Auto diese Last erst nach acht Jahren Betrieb gegenüber einem Diesel wieder eingespart hätte. Berechnet wurde dieser Wert allerdings wohl mittels Hochrechnung der Werte von Handyakkus. In der Praxis schneiden Teslas Fahrzeugakkus aber beim Thema Haltbarkeit um den Faktor fünf und beim Thema Recycling um den Faktor acht besser ab, als die Stromspeicher von Mobiltelefonen. Die Studie wurde vom schwedischen Verkehrs­minis­terium zwar mittlerweile ad acta gelegt, im Netz geistert sie trotzdem weiter herum.
Auf der anderen Seite sind viele E-Car-Fanboys davon überzeugt, das eigene E-Auto CO2-neutral zu bewegen, weil man eine Solaranlage auf der heimischen Garage betreibt. Dem grünen Ego mag das schmeicheln, statistisch korrekt ist hingegen, dass der deutsche Strommix einen 40-prozentigen Anteil an erneuerbaren Energien enthält, zu dem die eigene Solaranlage vielleicht ein lobenswertes Millionstel beiträgt.
Die Frage, welche Antriebstechnik sich nun durchsetzen wird, ist letzten Endes aber vor allem eine Frage der Kosten – und die brechen der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technik endgültig das Genick. Auch nach jahrzehntelanger Forschung ist sie aufgrund der chemischen und physikalischen Tücken des hochflüchtigen und hochexplosiven Wasserstoffs immer noch die mit Abstand aufwändigste Antriebsvariante und damit als Großserientechnik zum zeitnahen Ersatz des Verbrennungsmotors aus dem Rennen.
Weitaus erfreulicher verlief der technische Fortschritt im Bereich der Akkumulatoren­technik. Der Grundstein für diese Entwicklung wurde 2003 im Silicon Valley gelegt: Mittels der „Zweckentfremdung“ bestehender Notebook-Akkus gelang Tesla dort ein Quantensprung bei der Entwicklung großer Speicherbatterien. Man entwickelte eine ausgeklügelte Kühltechnik für Lithium-Ionen-Zellen und fasste Tausende davon zu großen Batteriebänken zusammen. Hinsichtlich Produktion von Elektroautos gilt die Faustregel, dass sie kostengünstiger in der Herstellung als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren sind, sobald die Herstellungskosten der Akkus unter 150 Dollar pro Kilowattstunde Akkukapazität sinken. Das ist seit 2017 der Fall, und innerhalb der nächsten fünf Jahre wird mit dem Unterschreiten der 100-Dollar-Grenze gerechnet. In Massenpro­duk­tion ließe sich ein Stromer also schon heute billiger realisieren als ein Diesel. Da überrascht es nicht, dass der Brennstoffzellen-Pionier Mercedes im vergangenen Jahr bekanntgab, die Weiterentwicklung der Brennstoffzellen­technik einzustellen.
Die Würfel sind offenbar gefallen – die Zukunft des Automobils ist elektrisch. Der Politik stünde es, freundlich ausgedrückt, gut zu Gesicht, den Weg zur langfristigen Umstellung auf die neue Technik für Autohersteller klarer und für Autobesitzer berechenbarer und fairer zu gestalten, als dies derzeit der Fall ist.
Die zweite Ebene tiefgreifender Veränderung betrifft die Art und Weise, wie wir schon in naher Zukunft Automobile nutzen und bewegen werden. Dr. Mario Herger hat diesem Thema ein höchst informatives Buch gewidmet. Der Technologie-Trendforscher lebt seit 2001 im Silicon Valley. Mit ihm sprach ich über den Einzug künstlicher Intelligenz in unsere Autos. Ein faszinierendes Thema.