Grüne Zukunft? Der Stand der E-Mobilität

Elektroautos sind nach dem Dampfkraftwagen die älteste Art der Kraftfahrzeuge. Als jedoch vermehrt mit dem Verbrennungsmotor gearbeitet wurde, wurden Elektroautos fast vollständig aus dem Straßenverkehr verdrängt. Das Interesse an der Entwicklung neuer und effizienter Elektrofahrzeuge machte erst etwa 1990 ein Comeback. Hier spielte nicht nur der Golfkrieg mit der damit verbundenen Ölkrise eine Rolle, sondern auch das florierende Umweltbewusstsein. Obwohl schon 1896 vermutet wurde, dass ein erhöhter CO2-Wert in der Atmosphäre zur globalen Erwärmung beiträgt, wurde die Rolle des Menschen vorher unterschätzt. Jedoch ist erst im letzten Jahrzehnt das allgemeine Interesse an der E-Mobilität stetig gewachsen. Da auch 66 % der Deutschen angeben, dass der Umweltschutz zu den wichtigsten Zukunftsthemen gehört, ist das nicht weiter verwunderlich.

Elektroautos und der Stand der E-Mobilität

Das Ziel von einer Million Fahrzeugen mit Elektroantrieb auf deutschen Straßen bis 2020 wurde vor Kurzem von der Organisation Nationale Plattform Elektromobilität auf 2022 verschoben. Zu den Elektroautos gehören sowohl die klassischen E-Fahrzeuge (PEV), die ausschließlich über die eingebaute Batterie betrieben werden, als auch die Plug-in-Hybride (PHEV). Ende 2018 gab es erst ungefähr 200.000 Fahrzeuge mit entsprechendem Antrieb in Deutschland. Die Massentauglichkeit der Elektroautos rückt in greifbare Nähe, weshalb der Umweltbonus vom Staat, der am 30.06.2019 auslaufen sollte, beim sogenannten Autogipfel im November 2019 bis Ende 2025 verlängert wurde. Das liegt allerdings auch daran, weil die 600 Millionen Euro Fördergelder, die für die Elektromobilität vom Staat zur Verfügung gestellt wurden, erst etwa zur Hälfte verbraucht sind. Darüber hinaus wurde während des Autogipfels auch festgehalten, dass es in den kommenden Jahren zu einem massiven Ausbau der Ladeinfrastruktur kommen wird: Bis 2030 sollen etwa 1 Million Ladepunkte in ganz Deutschland geschaffen werden.

Elektromobilität entwickelt sich konstant weiter, was aufgrund von Zielen wie Schadstoffreduzierung und Klimaschutz auch begehrenswert ist. Laut Umfrage der GfK war besonders die Reichweite für etwa zwei Drittel der Deutschen ein wichtiges Kriterium beim Kauf eines Elektroautos. Andere anfängliche Probleme waren die fehlende Standardisierung der Ladestationen, die mangelhafte Infrastruktur, die Preise sowie die Akkuladedauer. Das alles hat sich in den letzten Jahren gebessert, aber diese frühen Komplikationen mit der Elektromobilität sind immer noch fest in den Köpfen vieler Autofahrer verankert.

Die Vorteile von Elektroautos

Aufgrund ihrer Machart nutzen Elektromotoren kein Erdöl in Form von Diesel oder Benzin, weshalb sie kein CO2 ausstoßen. Wenn es nur nach dem Verbrauch gehen würde, hätten die E-Autos eindeutig die Nase vorn.

Laut der UBA-Studie Erarbeitung einer fachlichen Strategie zur Energieversorgung des Verkehrs bis zum Jahr 2050 ist der Umstieg auf Elektromobilität gegenüber anderen treibhausgasneutralen Antrieben die beste Option, wenn die Kosten betrachtet werden. Dem gegenüber steht das Heidelberger Umwelt- und Prognose-Institut, das nach einer Analyse zu dem Schluss kam, dass bei der durchschnittlichen Nutzung von E-Autos pro Personenkilometer nur etwas weniger CO2 ausgestoßen wird als von Benzinern und Diesel. Das liegt aber vor allen Dingen daran, weil der deutsche Strom noch sehr abhängig von Kohle ist. Erschwerend kommt hinzu, dass bei der Herstellung eines E-Autos fast 50 % mehr CO2 ausgestoßen wird als bei der Produktion eines herkömmlichen Fahrzeugs. Primär ist dafür die Batterie verantwortlich.

Obwohl Elektroautos im Schnitt noch deutlich teurer als ein Verbrenner ist, sind sie sehr viel günstiger im Unterhalt. So können 100 km mit einem Elektromotor zur Hälfte des Preises eines gebräuchlichen Verbrenners gefahren werden. Wenn das E-Fahrzeug vor dem Jahr 2020 gekauft wird, ist es außerdem von der Kfz-Steuer befreit. Darüber hinaus sind auch die Wartungs- und Reparaturkosten im Schnitt günstiger. Das liegt vor allen Dingen an dem Elektromotor. Hier entsteht die Drehbewegung durch die anziehenden und abstoßenden Kräfte der verbauten Elektromagneten. Aus diesem Grund ist der Verschleiß deutlich geringer als bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor. Auch ist der Wirkungsgrad eines Elektromotors deutlich höher (etwa 90 %), da er nicht so viel Energie über Reibung und ähnliche Prozesse verliert.

Da bei Elektromotoren außerdem nichts verbrannt wird, ist er geräuscharm, was allerdings als Vor- und Nachteil gerechnet werden kann. Einerseits wäre eine Stadt mit weniger Straßenlärm sicher angenehmer, andererseits dienen Motorengeräusche auch als Warnung für Fußgänger und Fahrradfahrer. Die Anzahl der Unfälle könnte durch die geräuscharmen E-Autos ansteigen.

Die Nachteile von Elektroautos

Obwohl Elektroautos einige wichtige Vorteile gegenüber Verbrennern haben, sollten die negativen Aspekte nicht ignoriert werden. Diese werden zwar zurzeit Schritt für Schritt ausgeräumt, jedoch stehen die E-Fahrzeuge den herkömmlichen Verbrennungsmotoren in einigen Punkten nach.

Die Lithium-Ionen-Batterien im Elektroauto können eine große Menge an elektrischer Energie speichern, allerdings nicht genug, um mit den der Reichweite von Verbrennern Schritt halten zu können. Besonders kleinere Modelle sind davon betroffen: So müssen diese teilweise alle 150 km an eine Ladesäule geschlossen werden. Durchschnittlich sind es etwa 200 km. Allerdings gibt es auch hier schon Ausnahmen im höheren Preissegment. So ist das Tesla Model S in der Lage, 600 km zu fahren, bevor es aufgeladen werden muss. Selbstverständlich wird auch hier weiter an der Technologie gefeilt, sodass die Batterien effizienter Energie speichern können. Zurzeit werden Lithium-Luft-Akkumulatoren entwickelt, bei der die Umgebungsluft als Oxidator genutzt wird. Außerdem hat dieser eine etwa 20 mal höhere spezifische Energie als die heutigen Lithium-Ionen-Akkumulatoren. So nähert sich diese Technologie der Energiedichte der Kraftstoffe von Verbrennern. 

Allerdings soll dabei das Gewicht der Batterie nicht weiter zunehmen und die Preise im Rahmen gehalten werden, die zurzeit noch ein Hindernis für viele darstellen. Finanziell gesehen rechnen sich die meisten Elektrofahrzeuge erst über einen längeren Zeitraum. Es gibt bisher nur ausgewählte Modelle, die etwas günstiger sind, allerdings sollte selbst für kleinere Modelle mit etwa 20.000 bis 30.000 € gerechnet werden. Das ändert sich zurzeit jedoch ebenfalls: Renault hat im Oktober 2019 angekündigt, dass sie unter ihrem Dacia-Label innerhalb der kommenden fünf Jahre eine modifizierte Variante ihres Mini-SUV Renault K-ZE für unter 10.000 € anbieten wollen.

Das größte Defizit, mit dem Elektroautos belastet sind, ist ihre lange Ladedauer, gekoppelt mit einem ausbaufähigen Stationsnetz. Sollte man versuchen, sein Auto über die normale Steckdose aufzuladen, kann das durchaus Tage dauern. Allerdings sind selbst Schnellladefunktionen nicht so flott wie das Nachfüllen von Benzin oder Diesel. Der Tesla-Supercharger für die Modelle S und X bietet im Augenblick die schnellsten Ladezeiten mit etwa 120 Kilowatt Ladeleistung. Einige chinesische Modelle erreichen bereits 180 Kilowatt, allerdings gibt es zurzeit noch keine Batterien, die darauf ausgelegt sind. Zwar wurden in und um die deutschen Metropolen in den letzten Jahren viele Ladestationen aufgestellt, jedoch sind besonders die ländlichen Regionen im Osten noch etwas hinterher.

Vor- und Nachteile eines Elektroautos zusammengefasst

CO2-Grenzwerte innerhalb der EU

2020 wird ein wichtiges Jahr für die Elektromobilität, da dann der verbindliche CO2-Flottengrenzwert von 95 g CO2/km in Kraft tritt. Wenn dieser nicht ab 2021 eingehalten wird, müssen die Fabrikanten teils hohe Strafe zahlen. Ab 2030 wird dieser Grenzwert auf etwa 60 g reduziert, weshalb es höchste Zeit für die Autohersteller ist, sich auf alternative Antriebe zu konzentrieren. Da normale PKWs der Mittelklasse mit Verbrennungsmotoren schon Probleme haben, den Grenzwert von 95 g CO2/km einzuhalten, werden immer mehr Hybride und Plug-in-Hybride angeboten, die als Übergangslösung gedacht sind.

Stromanbieter für die E-Mobilität

Es gibt zwei verschiedene Arten von Anbietern für die Elektromobilität: Jene, die lediglich regional agieren und solche, die überregionalen Zugang zu den Ladesäulen verschaffen. Falls es sich um eine fremde Infrastruktur handelt, kann man über Roaming-Netzwerke oder spezielle Einigungen darauf zugreifen, jedoch ist dies meist mit erhöhten Kosten verbunden. Darüber wird deutschland- und teils europaweites Laden ermöglicht. Diejenigen Anbieter, die Roaming-Netzwerke anbieten, stellen vorwiegend nur die Rechnung für den verbrauchten Strom und betreiben die Säulen nicht selbst. 

Das bedeutet für Vielfahrer, die oft längere Strecken zurücklegen und somit nicht mehr im Umkreis ihres regionalen Anbieters unterwegs sind, dass das Angebot mit e-Roaming eine gute Idee ist. Man sollte sich jedoch immer im Voraus Gedanken über die möglichen Tarife und Zusatzgebühren machen, sodass man das beste Angebot für seinen Bedarf bekommt.

Probleme mit der Batterieentsorgung bei Elektroautos

In den letzten Jahren war bisher immer noch das Recycling der Akkus ein großes Problem. Aus diesem Grund haben sich einige Unternehmen dieser Herausforderung angenommen. Zurzeit ist die thermische Aufschmelzung das Verfahren, das am meisten genutzt: Dabei wird der Akku verbrannt und danach zermahlen, um verschiedene Metalle wiederzugewinnen, darunter Kobalt, Kupfer und Nickel. Hier sind allerdings Rohstoffe wie beispielsweise Lithium, Aluminium und Graphit nicht wiederverwertbar.

Das Chemieunternehmen Duesenfeld nutzt für das Recycling einen Schredder, der unter Stickstoff gesetzt ist, um die Batterie zu verschrotten. Aus diesem geschredderten Material werden fast alle Rohstoffe (etwa 96 %), darunter auch Lithium und Kobalt, wiedergewonnen. Außerdem wird der CO2-Ausstoß so im direkten Vergleich mit neu produzierten Batterien um bis zu 40 % reduziert.

Das Fraunhofer IWKS nutzt hingegen einen energiesparenden elektrohydraulischen Zerkleinerungsprozess: So bleiben am Ende auch Werkstoffe und nicht nur die einzelnen Metalle bzw. Ressourcen übrig. Nachdem Flotation oder Sieben für Aktivmaterialien, Elektrodenfolien usw. genutzt wurden, können diese Bestandteile sofort erneut verwendet werden.

Da Akkus altern und mit der Zeit ihre Wirkungskraft einbüßen und ausgetauscht werden müssen (nach etwa 9 Jahren), kann man diese noch als eine Art Powerbank verwenden. VW arbeitet hierbei beispielsweise an einer mobilen Schnellladesäule. So gibt man den genutzten Batterien ein zweites Leben.

Andere Entwicklungen im Bereich der treibhausgasneutralen Mobilität

Innovative Solar-Elektroautos

Neben den normalen Entwicklungen im Bereich der E-Mobilität soll im Jahr 2020 das Lightyear One Solarauto mit etwa 800 Kilometern Reichweite auf den Markt kommen. Dieses Fahrzeug soll ausschließlich Sonnenenergie und haushaltsübliche Steckdosen zur Fortbewegung nutzen. Die sogenannten Solar-Elektroautos sind so in der Lage, den Aufbau einer Infrastruktur komplett zu umgehen. Das wird beim Lightyear One ermöglicht, indem etwa 5 Quadratmeter Solarzellen auf Dach, Kofferraum und Haube platziert werden. Außerdem soll der verwendete Akku nur etwa zwei Drittel der Größe eines handelsüblichen Tesla-Akkus besitzen. Das Fahrzeug hat eine Spitzenleistung von bis zu 1.250 Watt. Darüber hinaus kann man das Lightyear One laut Hersteller an einer Steckdose über 12 Stunden so weit laden, dass es anschließend 400 km zurücklegen kann. 

Das Brennstoffzellenauto

Das Fahrzeug mit Wasserstoff zu betreiben, ist keine neue Idee, jedoch hat sich das Gerücht gehalten, dass es extrem gefährlich ist, da Wasserstoff leicht entzündlich ist. Die Gefahren, die von einem wasserstoffbetriebenen Auto ausgehen, wurden jedoch schon mehrfach widerlegt. Generell heißt es, dass Wasserstoff im Tank weniger gefährlich als herkömmliche Treibstoffe ist. Die Brennstoffzelle hat heute schon einen etwa doppelt so hohen Wirkungsgrad wie ein Verbrennungsmotor. Sie kann etwa 65 % erreichen, sodass die Energiebilanz deutlich besser als bei einem herkömmlichen Motor ausfällt. Da es sich bei der Brennstoffzelle um einen Energiewandler handelt, kann er nie so effizient sein wie ein Energiespeicher (eine Batterie). Jedoch kann dadurch die Abwärme der Brennstoffzelle für die Beheizung der Fahrzeuge genutzt werden.