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Elektroauto

Automobil mit elektrischem Antrieb, der die Energie aus einer aufladbaren Batterie bezieht
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Elektroauto bezeichnet ein durch einen oder mehrere Elektromotoren angetriebenes Automobil.

Camille Jenatzy in seinem Elektroauto La Jamais Contente, 1899
Tesla Roadster
Eines der drei Mondautos der NASA, ein Elektroauto; Eugene Cernan, Apollo 17-Mission am 11. Dezember 1972

Die Antriebsenergie wird in einem Energiespeicher, typischerweise einem Akkumulator mitgeführt. Andere Bauformen entnehmen sie einer Oberleitung. Solarfahrzeuge gewinnen sie direkt aus Sonnenlicht mittels Solarzellen auf ihren Oberflächen. Brennstoffzellenfahrzeuge erzeugen elektrische Energie mittels Brennstoffzelle aus mitgeführtem Wasserstoff oder Alkoholen. Beim Gyroantrieb die Antriebsenergie mechanisch in einem Schwungrad mitgeführt und mit einem Generator zu Strom für die Fahrmotoren umgewandelt.

Fahrzeuge, die einen Verbrennungsmotor nutzen um an Bord Energie für den Elektroantrieb bereitzustellen fallen nicht unter die Bezeichnung, wie beispielsweise der dieselelektrische Antrieb. Dazu zählen auch Hybridautos, auch wenn sie in der Lage sind kurze Strecken rein elektrisch zurückzulegen.

Der Elektroantrieb ist dem Antrieb über einen Verbrennungsmotor in vielen Eigenschaften überlegen. Dazu zählt beispielsweise der hohe Wirkungsgrad und der einfachere Aufbau des Antriebsstrangs oder die geringe Geräuschentwicklung. Das fehlen leistungsfähiger Energiespeicher und die damit begrenze Reichweite verhindert jedoch eine weite Verbreitung des Elektroautos.

Geschichte

 
Elektrische Droschke, Höchstgeschwindigkeit: 25 km/h
 
Hansa-Lloyd Elektro-Lastwagen CL5 oder DL5, Bj.1923

In der Frühzeit der Automobile waren die Elektroautos den Autos mit Verbrennungsmotor insgesamt überlegen. Prinzipiell überlegen war und ist der hohe Wirkungsgrad von Elektromotoren verglichen mit dem Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren. Thomas Davenport baute 1835 mit dem von ihm entwickelten Elektromotor ein Modell eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs. Nach verschiedenen Quellen wurde das erste Elektrofahrzeug im Jahr 1839 von Robert Anderson in Aberdeen, Schottland, gebaut. Damit wäre das Elektroauto 36 Jahre älter als das Automobil mit Verbrennungsmotor (1875).

Erst nach 1900 wurden die Autos mit Elektromotor von solchen mit Verbrennungsmotor immer mehr und bald völlig verdrängt, weil Elektrowagen, angewiesen auf die schweren Batterien mit langer Ladezeit, mit der Reichweite von Wagen mit Kraftstoffmotoren nicht mithalten konnten. Damals wie heute gibt es Elektrokarren, die wie kleine LKW dem Warentransport in Werksgeländen und auch auf der Straße dienen. Fortschritte bei der Batterietechnik und die Lage der Energiemärkte führten in den neunziger Jahren zu einem neuen Interesse an Elektroautos, die sich in einer Reihe von Prototypen und sogar neuen Modellreihen niederschlägt. Die Umweltfreundlichkeit von Elektroautos hängt dabei in erster Linie von der Umweltfreundlichkeit der Erzeugung des benötigten Stroms ab.

Die große Zeit der Elektroautos

 
Elektromote von Werner von Siemens, Berlin 1882, erster Oberleitungsbus der Welt
 
Elektroauto der Detroit Electric, Museum Autovision

Den ersten Geschwindigkeitsrekord für ein Landfahrzeug stellte der französische Autorennfahrer Gaston de Chasseloup-Laubat am 18. Dezember 1898 mit dem Elektroauto Jeantaud Duc von Charles Jeantaud in Achères, Departement Yvelines nahe Paris auf. Die erreichte Geschwindigkeit war 62,78 km/h. Dieser wurde am 17. Januar 1899 von dem Belgier Camille Jenatzy am gleichen Ort mit dem Elektroauto CGA Dogcart mit 66,66 km/Stunde gebrochen. Am gleichen Tag, am gleichen Ort, holte Gaston de Chasseloup-Laubat mit der Duc und 70,31 km/h den Rekord für sich und Jeantaud zurück. Zehn Tage später ging der Geschwindigkeitsrekord in Achères wieder an den CGA Dogcart, der nun von Camille Jenatzy, gefahren wurde, und zwar mit 80,35 km/h. Am 4. März des Jahres in holte Gaston de Chasseloup-Laubat mit dem Jeantaud Duc Profilée sich und Jeantaud zum dritten mal den Rekord mit 92,78 km/h. Dieser Rekord ging verloren an Camille Jenatzy, der mit seinem Elektroauto La Jamais Contente, als erster Mensch über 100 km/h, nämlich 105,88 fuhr.

Am 29. April 1882 führte Werner von Siemens in Halensee bei Berlin einen elektrisch angetriebenen Kutschenwagen, Elektromote genannt, auf einer 540 Meter langen Versuchsstrecke vor. Es war der erste Oberleitungsbus der Welt.

In den USA produzierten vor allem Baker Motor Vehicle, Columbia Automobile Company, Studebaker und Detroit Electric.

Großbritannien und Vereinigte Staaten

Eine Nische fanden Elektroautos als kleine Lieferwagen für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in Großbritannien und Teilen der Vereinigten Staaten, den milk floats, wörtlich „Milchflößen“. Vor allem in Großbritannien fuhren über Jahrzehnte einige zehntausende dieser Wagen im ganzen Land. Die führenden Hersteller von milk floats in Großbritannien im 20. Jahrhundert waren Smith's, Wales & Edwards, Osborne, Harbilt, Brush, Bedford and Leyland. Mit dem Rückgang der Hauslieferungen blieben nur Bluebird Automotive, Smith Electric Vehicles und Electricar Limited übrig.

In den Vereinigten Staaten überlebten Elektrofahrzeuge als so genannte Nachbarschaftsfahrzeuge. Hier handelt es sich um kleine Fahrzeuge, die wegen geringer Geschwindigkeit erleichtert zugelassen werden.[1]

Renaissance

Bestrebungen, Elektromotoren im Automobilbau einzusetzen, wurden verstärkt nach der durch den Golfkrieg ausgelösten Ölkrise der neunziger Jahre und dem danach wachsenden Umweltbewusstsein in Angriff genommen, unterstützt von neuen Batterien, die die Zink-Kohle-Batterien ablösen konnten.

Mit dem Golf CitySTROMer versuchte VW sich zwischen 1992 und 1996[2] an einer Elektroversion des Golfs. Er war für die großen Energieversorger gedacht und wurde nach nur 120 Stück eingestellt.[3] Die Daten wurden von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft geprüft und ein Wirkungsgrad von 49% festgestellt. Der Energieverbrauch lag bei rund 25 kWh/100 km[4]

 
Der EV1 von General Motors, 1996 bis 1999 gebaut (bis 130km/h, mit 140 PS und einer Reichweite von 180km).[5]

Von 1996 bis 1999 baute General Motors mit dem General Motors EV1 ein Serien-Elektromobil in einer Auflage von etwa 1.100 Stück. Nicht nur diese beiden, sondern auch andere Elektroautos wurden, so die Behauptung der jeweiligen Hersteller, aus „mangelnder Nachfrage“ eingestellt. Im Widerspruch dazu steht das Angebot von Naturschutzorganisationen und Aktivisten, große Auflagen abzunehmen; selbst bereits hergestellte EV1 hat General Motors wieder eingezogen und geschreddert. Die Anhänger warfen der Automobilindustrie vor, von den Ölfirmen bestochen worden zu sein. Dennoch will auch General Motors, wie auch deutsche Autohersteller, ab 2010 Hybridautos fertigen.

Von kleineren, unabhängigeren Firmen werden viele Elektroautos entwickelt (wie der oben gezeigte Sportwagen Tesla Roadster), und viele Hersteller werben mit zukünftigen Entwicklungen, derzeit sind aber nur wenige auf dem Markt. Beliebter ist dagegen das Hybridauto, das einen Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor kombiniert.

Konzepte und Einsatzgebiete

 
CityEL
 
Der Think City (Modell A266) auf der EXPO in Hannover

Die Entwicklung von Elektroautos für den Alltagsgebrauch lässt sich grob in folgende Richtungen unterteilen.

  • Die Entwicklung leichter Fahrzeuge, sogenannter Leichtelektromobile, die sehr sparsam mit Energie umgehen, damit befriedigende Reichweiten erzielt werden können. Beispiele: SAM, TWIKE, Think City und CityEL. Die letztgenannten sind die meistverkauften Elektromobile in Europa. Diese Fahrzeuge benötigen typischerweise im Alltag etwa 4-10 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km.
  • Umbau herkömmlicher Autos zu Elektrofahrzeugen mit dem Ziel, ähnliche Fahr- und Fahrzeugeigenschaften wie mit einem Verbrennungsmotor zu erreichen. Dieser Weg wird vor allem von französischen Herstellern (Renault und PSA (Citroën, Peugeot)) beschritten. Diese Fahrzeuge benötigen typischerweise im Alltag etwa 12-20 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km. Bereits produzierte Fahrzeuge mit hybridem Antrieb sind seit 2005 wegen ihrer Sparsamkeit im städtischen Verkehr bekannt geworden.
  • Solarfahrzeuge, etwa zu Wettbewerben, verfügen ebenfalls über einen Elektroantrieb. Berühmt geworden sind die Leistungswettbewerbe in der Schweiz und die Langsteckenrennen in der australischen Wüste und quer durch die USA.
  • Rennfahrzeuge, Rekordfahrzeuge und Dragster mit Elektroantrieb. Sportwagen, die mittels modernster Batterien, wie der Lithium-Polymer-Batterie, akzeptable Reichweiten und unter Ausnutzung des extrem hohen Wirkungsgrades von E-Motoren Höchstleistungen bei Geschwindigkeit und Beschleunigung erreichen, wie der Tesla Roadster, Keio University Eliica, AC Propulsion tzero, Venturi Fétish, Lightning GT und Wrightspeed X1.

Hybridantriebe

Vor allem Konzepte mit Hybridantrieb werden für eine größere Marktverbreitung favorisiert. Die Stärken von Elektromotor und anderen Energiewandlern sollen vereint werden:
Die Kombination von Elektroantrieb, Akkumulator und Verbrennungsmotor führt bei Hybridfahrzeugen zur Vermeidung des uneffektiven Teillastbetriebes des Verbrennungsmotors, die Schadstoffemission im städtischen Verkehr wird reduziert und es wird eine größere Reichweite durch die mitgeführte Auflademöglichkeit erreicht.

Brennstoffzellen als Energielieferant sollen zukünftig die Reichweite ermöglichen, durch die Elektrofahrzeuge für manche Einsatzzwecke erst praxistauglich werden. Nachteile der Brennstoffzelle sind die bisher geringe Lebensdauer und die hohen Kosten, weshalb sie noch nicht angeboten werden.

Bei Niedrigenergiefahrzeugen kann auch über Solarzellen die Reichweite vergrößert werden. Ein zusätzlicher Pedalantrieb bei Leichtfahrzeugen kann Kosten und Gewicht gegenüber einem reinen Elektroantrieb reduzieren.

Eigenschaften

 
Auswahl an Elektrofahrzeugen
  • Emissonen: Elektroautos selbst verursachen keine klimaschädlichen Emissionen und arbeiten zumeist sehr leise. Zu Betrachten sind jedoch die Emissionen bei der Stromerzeugung.
  • Technik: Elektromotoren stellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren über einen weiten Drehzahlbereich ein gleichmäßiges Drehmoment stufenlos zur Verfügung, so dass weder ein manuell betätigtes Schaltgetriebe noch ein Automatikgetriebe oder eine Kupplung erforderlich ist. Auch das Rückwärtsfahren ist ohne Schaltgetriebe möglich. Elektromotoren laufen selbstständig an. Ein gesonderter Anlassermotor ist daher genauso wenig erforderlich wie eine Lichtmaschine (Stromerzeuger). Elektromotoren benötigen meist keine Wasserkühlung - sie können luftgekühlt werden.
  • Wartung und Lebensdauer: Elektromotoren sind einfacher aufgebaut als Verbrennungsmotoren und haben eine sehr viel höhere Lebensdauer. Ölwechsel sind nicht notwendig. Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge arbeiten, was den Antriebsteil angeht, in der Regel sehr wartungsarm. Akkumulatoren haben abhängig von Typ und Beanspruchung eine sehr viel kürzere bis ähnliche Lebensdauer wie Verbrennungsmotoren.
  • Elektromotoren besitzen einen sehr hohen Wirkungsgrad und haben daher weniger Energieverluste als konventionelle Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Das wirkt sich insbesondere bei einer Teilbelastung aus, hier ist der Wirkungsgradunterschied im Vergleich zum Verbrennungsmotor besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer mit Teillast fahren, eignen sich besonders hierfür Elektroantriebe. Elektrofahrzeuge besitzen häufig die Fähigkeit, beim Bremsen durch Nutzbremsung einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen.
  • Vorteile und Probleme der Energiespeicherung: Eine Abgasanlage gibt es nicht, Bleiakkumulatoren benötigen jedoch eine Abführung ihrer Knallgasemissionen während des Ladens. Ein Elektrofahrzeug benötigt keinen Kraftstofftank und keine Kraftstoffpumpe, jedoch einen Akkumulator und einen Fahrregler (Leistungselektronik).
  • Die Reichweite ist geringer als bei herkömmlichen Antrieben. Ursache hierfür ist das Fehlen leistungsfähiger Akkumulatoren. Erhältliche Akkus haben im Vergleich zu Kraftstoffen noch immer eine relativ niedrige Energiedichte und somit eine hohe Masse. Die meisten Elektrofahrzeuge eignen sich daher hauptsächlich für den Einsatz in der Stadt. Der Leichtbau dieser Fahrzeuge (Verzicht auf Sonderausstattungen) und die im Vergeich zum Tankvorgang beim Verbrennungsmotor langen Ladezeiten der Akkus sind weitere Nachteile. Mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind jedoch bereits Reichweiten von 400 km bei normalen Fahrleistungen möglich. Dabei bietet die Technologie der Lithium-Ionen-Akkumulatoren noch erheblichen Spielraum. Es wurden schon Akkumulatoren mit der 10fachen Energiedichte der heute handelsüblichen Typen vorgestellt.
  • Nachteilig ist auch die Temperaturabhängigkeit und damit schwankende Leistungsfähigkeit der meisten Akkumulatorentypen. Ein ganz anderer Effekt ergibt sich durch den hohen Wirkungsgrad des Antriebs: die Abwärme des Elektromotors ist gegenüber derjenigen eines Verbrennungsmotors verschwindend gering. Für die Klimatisierung sind Zusatzgeräte notwendig, die einen nicht unerheblichen Energiebedarf (vor allem Heizung und Klimaanlage) haben. Diese Energie muss ebenfalls mitgeführt werden.
  • Eine weite Verbreitung von Elektrofahrzeugen kann erst erreicht werden, wenn effiziente Energiespeicherung erschwinglicher wird (z. B. durch Massenproduktion großer Lithium-Akkumulatoren). Bisher haben die meisten Elektroautos einen Akkumulator (Nickel-Cadmium-Akku, oft auch noch Blei-Akkumulatoren), der lediglich für einen Betrieb von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit reicht oder mit dem mit einer Ladung 40 bis 130 Kilometer zurück gelegt werden können. Das hohe Gewicht der Akkumulatoren sowie die begrenzte Kapazität verhindern größere Reichweiten mit diesen Akkumulatortypen. Weiterhin ist ein "Tankstellennetz" notwendig.

Energiegewinn und Wirkungsgrade

Auch die Energie der Elektrofahrzeuge wird aus anderen Primärenergieformen gewonnen. Bei akkubetriebenen Fahrzeugen wird sie über die Ladestation als elektrischer Strom dem Fahrzeug zugeführt.

Die Stromerzeugung im öffentlichen Stromnetz erfolgt in einem Energiemix den in Deutschland vor allem Kohle- und Atomkraftwerken (die derzeit vorherrschenden Kraftwerkstypen) dominieren. Ihr Wirkungsgrad beträgt etwa 25-40 %. Bei einer weiteren Verbreitung von Elektrofahrzeugen müsste die elektrische Energie allerdings durch neu zu bauende Kraftwerke bereit gestellt werden, und diese erreichen, beispielsweise in einem GuD-Kraftwerk, einen Wirkungsgrad von annähernd 60%. Alternative, nachhaltige Elektroenergiequellen (Windkraft, solarthermische Kraftwerke, Wasserkraft, Erdwärmekraftwerke, Fotovoltaik) machen z.B. in Deutschland schon 14% der Gesamterzeugung aus.

Die Menge der Antriebsenergie, die ein Automobil benötigt ist nicht abhängig von der Antriebsart, sondern vor allem von Parametern, wie Luft- und Rollwiderstand und der Fahrzeugmasse. Die Effizienz, mit der diese Antriebsenergie aus dem Primärenergieträger (Mineralöl, Wind, Kohle etc.) umgewandelt, transportiert und in die Fahrzeugbewegung umgesetzt wird, entscheidet über die Effizienz des Autmobils. Elektroautos nutzen einen hohen Wirkungsgrad, wie er in Kraftwerken erreichbar ist und nimmt dabei Verluste durch die Stromleitung und Speicherung, sowie den Antriebstrang im Fahrzeug in Kauf. Verbrennungsmotoren wandeln den Kraftstoff an Bord in Antriebsenergie um, wobei der Wirkungsgrad vor allem in Folge des Teillast- und Leerlaufbetriebs und fehlender Bremskraftrückgewinnung relativ gering ist.

Eine Aussage über den Wirkungsgradunterschied lässt sich nur treffen, wenn beide Fahrzeuge identische Paramter aufweisen und der gleiche Primärenergieträger zugrunde gelegt wird. Am ehesten lässt sich dieser Vergleich mit Fahrzeugen anstellen, die sowohl in Elektro- also Verbrennungsmotorversion hergestellt wurden.

Kosten

Den sehr niedrigen Betriebskosten von Elektrofahrzeugen (4-25 kWh pro 100 km, die Erzeugung einer Kilowattstunde im Kraftwerk kostet im Durchschnitt 5 ct, beim Endabnehmer etwa 20 ct) stehen derzeit infolge teurer Kleinserienfertigung hohe Anschaffungskosten gegenüber. Die Akkumulatoren, die einen großen Teil der Kosten verursachen, besitzen noch eine begrenzte Lebensdauer und müssen spätestens nach einigen Jahren ersetzt werden.

Bleiakkus sind kostengünstig, besitzen allerdings die genannte beschränkte Lebensdauer (zwischen 5.000 und 50.000 km); Nickel-Cadmium-Akkus hingegen sind teuer, haben dafür aber eine sehr hohe Lebensdauer, die erfahrungsgemäß zwischen 100.000 und 250.000 km liegt. Der City-EL beispielsweise ist ein elektrisches Leichtkraftfahrzeug mit Platz für eine Person. Mit Bleiakkumulatoren beträgt die übliche Reichweite zwischen 40 und 60 km, mit Nickel-Cadmium-Akkus steigt sie auf etwa 70-80 km. Ein Versuch mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren brachte eine Reichweite von etwa 300 km. Die Anschaffungskosten dafür betrugen allerdings schon etwa 5.000 €. Bei diesem Versuch war die maximale Beladung mit Akkumulatoren jedoch noch nicht erreicht; würde man diese vollständig ausnutzen, wären etwa 450 km pro Ladung möglich.

Es werden schon jetzt bei modernen Elektrofahrzeugen mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren die erheblichen Mehrkosten für den Akkumulator durch den höheren Gesamtwirkungsgrad und die dadurch erheblich niedrigeren Energiekosten weitgehend ausgeglichen.

Energiespeicher

Erst durch leistungsfähige Energiespeicher kann ein Elektroauto Fahrleistungen erreichen, die mit denen herkömmlich angetriebener Autos vergleichbar sind.

Reichweiten von 300 bis 500 km und mehr werden erst durch den Einsatz von Akkumulatoren auf Lithiumbasis (Lithium-Ionen-Akku bzw. Lithium-Polymer-Akku) möglich, die eine wesentlich höhere Energiedichte bei gleichzeitig reduziertem Gewicht haben. Theoretisch kann zwar bei jedem Fahrzeug, das bisher mit Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus fährt, die Batterie gegen Lithium-Akkumulatoren ausgetauscht und das entsprechende Ladegerät nachgerüstet werden, um ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite zu erzielen. Der Austausch ist jedoch noch sehr kostspielig: Ein Batteriesatz mit 10 kWh Kapazität kostet 2008 etwa 5.000 €, jedoch ist bei Massenfertigung der Batterien noch mit sehr erheblichen Preissenkungen zu rechnen.

Entwicklungen bei der Akkumulatorentechnologie

 
Japanisches Elektroauto

Neuere Entwicklungen der Akkumulatoren-Technologie verringern die bisherigen Nachteile von Batterie-betriebenen Elektrofahrzeugen nachhaltig. Neuere Lithium-Titanat-Akkumulatoren von Altairnano weisen nach Hersteller-Angaben folgende Eigenschaften auf:

  • Eine Kapazität, die bei einem normalen PKW für eine Reichweite bis zu 400 km pro Batterieladung ausreicht.
  • Resistenz gegen Kälte und Wärme: Betriebstemperatur von -50 °C bis +75 °C bei noch ca. 90 % Kapazität bei extremen Temperaturen. Auch wird keinerlei Kühlung o. ä. bei der Ladung benötigt.
  • Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien können die Batterien durch das geänderte Material weder Feuer fangen noch explodieren. Dadurch spart man ein Sicherheitssystem, wie es z. B. beim Elektrosportwagen Tesla Roadster zum Einsatz kommen muss.
  • Eine lange Lebensdauer der Batterien von mehr als 20 Jahren bzw. einer maximalen Zyklenzahl von 10.000 bis 15.000, das entspräche theoretisch 6.000.000 gefahrenen Kilometern bei einer Reichweite von 400 km pro Akkuladung. In der Praxis würde man die Batterien jedoch häufiger aufladen, womit die Batterien schneller an Kapazität verlieren.
  • Es soll damit möglich werden, die Akkus in einem Fahrzeug für eine Reichweite von 400 km in weniger als 10 Minuten aufzuladen. Für eine derart schnelle Wiederaufladung ist allerdings eine besondere Ladestation erforderlich.

Diese Akkumulatoren werden seit September 2005 in kleinen Stückzahlen an die Firma Phoenix Motorcars in Reno (Nevada, USA), die Fahrzeuge mit Platz für 5 Personen und einer Ladefläche herstellt, die von diesen Batterien angetrieben werden. Ab 2008 soll ein entsprechend angetriebenes Sportfahrzeug (Sport Utility Vehicle, kurz SUV) produziert werden.

Vergleich des Akku mit der Brennstoffzelle

Brennstoffzellen bieten die Möglichkeit sehr viel Energie in Form von Wasserstoff oder niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) im Fahrzeug mitzuführen und erreichen daher im Verbund Brennstoffzelle/Tank eine höhere Energiedichte als Akkumulatoren. Auch das Nachtanken gestaltet sich schneller als das Aufladen. Brennstoffzellen sind kommerziell bereits verfügbar, Brennstoffzellenfahrzeuge beschränken sich jedoch derzeit noch auf Prototypen.

Im Vergleich beider Formen der Energiespeicherung mit Elektroenergie als Grundlage ergibt sich für die wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle ein geringerer Wirkungsgrad als für den Akkumulator.

  • Der Wirkungsgrad der Elektrolyse (Wasserstoffherstellung) beträgt ca. 70 %, und die Brennstoffzellen (PEM) schaffen im Normalbetrieb nicht über 40 %, was ohne Wasserstoff-Verluste einen Gesamtwirkungsgrad von 28 % ergibt.
  • Ein Akkumulator erreicht bei einem Wirkungsgrad der Netzdurchleitung von 92 % und des Ladegerätes von 85 % bei einem NiMH-Akkumulator mit 60 % eine Effizienz von insgesamt 47 %, beim Lithium-Ionen-Akkumulator (bis über 90 %) erhält man ca. 74 %.

Betrachtet man zusätzlich noch die geringeren Kosten akkubetriebener Fahrzeuge gegenüber solchen mit Brennstoffzelle, erscheint somit Akkubetrieb - abgesehen von Reichweitenproblem - wesentlich günstiger als die Brennstoffzelle.

Die Gesamt-Effizienz der Mobilität muss jedoch die Primärenergieträger mit einschließen. Brennstoffzellen können auch mit Kraftstoffen betrieben werden, die preisgünstig sowohl aus fossilen Rohstoffen als auch aus Biomasse gewonnen werden. Elektrofahrzeuge haben den Vorteil, dass die nötige Energie mit einer Unzahl verschiedener Methoden produziert werden kann. Die elektrische Energie für Elektroautos kann aus erneuerbaren Energien gewonnen werden, wobei beispielsweise die anteiligen Kosten für eine Windkraftanlage, um dauerhaft den Energieverbrauch eines Elektroautos zu decken, einmalig nur 1.600 € betragen.

Kondensatoren als Energiespeicher

Ein Kondensator ist ein idealer Energiespeicher für elektrische Energie und dem Akkumulator in allen Kennwerten außer der Energiedichte weit überlegen. Dieser Umstand verhindert jedoch den mobilen Einsatz als Speicher für größere Energiemengen. Kondensatoren haben daher derzeit keine praktische Bedeutung im Elektromobilbau. Handelsübliche Superkondensatoren (Bauformen mit der derzeit höchsten Energiedichte) erreichen eine Energiedichte von rund 5 Wh/kg. Eine Steigerung auf 40-60 kWh/kg scheint realistisch und würde eine Energiedichte ähnlich der von NiCd-Akkus, jedoch deutlich unter der von Akkus auf Lithium-Basis ermöglichen.

Kondensatoren haben kaum Beschränkung beim Lade- und Entladestrom, da sie nicht wie Akkumulatoren auf chemischer Umwandlung basieren. Dies ist beim Nutzbremsen und dort vor allem beim Vollbremsen ein Vorteil. Das Aufladen kann bei entsprechend leistungsfähiger Ladestation im Sekunden- oder Minutenbereich erfolgen.

Der Wirkungsgrad eines Kondensators beträgt nahezu 100%. Da keine chemische Umwandlung stattfindet, geht bei einem Lade- Entladezyklus kaum Energie verloren. Der Kondensator kennt auch keinen Memory Effekt oder eine stark beschränkte Anzahl an Ladezyklen wie der Akkumulator und kann in jedem Ladezustand geladen oder entladen werden. Die Lebensdauer eines Kondensators ist nur von der mechanischen und chemischen Haltbarkeit der Bestandteile abhängig.

Wegen des anderen Spannungsverlaufes eines Kondensators (Entladung bis 0V) können Akkus nicht einfach gegen Kondensatoren getauscht werden. Andere Ladegeräte und Fahrtregler sind notwendig.

Die amerikanische Firma EEStor[6] behauptet, Superkondensatoren mit einer Energiedichte von 340 Wh/kg entwickelt zu haben, die kurz vor der Serienreife stehen. Jedoch wurde noch kein Prototyp vorgestellt und die Entwiklungen anderer Hersteller liegen deutlich unter diesem Wert. Ein erstes Auto mit dem EEstor Superkondensator wurde für Ende 2009 angekündigt[7]. "cityZENN" soll 125 km/h erreichen und 400 km mit einer Ladung fahren. Es soll rein elektrisch angetrieben werden.

Ladestationen und Infrastruktur

Prinzipiell können die meisten Elektroautos an jeder Steckdose aufgeladen werden. Das Netz von öffentlich zugänglichen Batterieladestellen für Elektrofahrzeuge ist jedoch sehr dünn, lange Ladezeiten der Akkus erfordern bei längeren Reisen eine sorgfältige Weg- und Zeitplanung. Im gedruckten oder auch im Internet zugänglichen LEM-Net[8] (LEM = Leicht-Elektro-Mobil) werden für Deutschland, die Schweiz, Österreich, Liechtenstein und Frankreich öffentlich zugängliche Stromtankstellen aufgelistet.

Seit einigen Jahren gibt es das ursprünglich in der Schweiz entstandene Park&Charge-System der öffentlichen Stromtankstellen für Solar- und E-Mobile. Die Tankstellen sind über einen europaweit einheitlichen Schlüssel zugänglich und liefern je nach Ausführung und Absicherung standardmäßig 3,5 kW oder 10 kW. Selbst an der 3,5 kW (230V/16A-Steckdose) können Leichtelektromobile wie das TWIKE dank ihres geringen Stromverbrauchs in rund 1 bis 2 Stunden voll geladen werden.

Wechselakkusysteme wurden nur in seltenen Fällen eingerichtet, meistens für lokal gebundene Flottenfahrzeuge.

Derzeit ist die in Form von Benzin umgesetzte Energie etwa so groß wie die Elektroenergie. Sobald stromtankende Elektromobile, jenseits des derzeitigen Nischendaseins, größere Anteile an der Mobilität übernehmen, ist anzunehmen, dass der größte Teil des Strombedarfs zu Akkuladezwecken verwendet würde, wodurch preisgünstige Schwachlastzeiten im Stromnetz verschwinden würden. Auch das zur Zeit noch visionäre Konzept Vehicle to Grid (Fahrzeug ans Netz) ist hier erwähnenswert. Dieses sieht vor, elektrischen Strom aus dem öffentlichen Stromnetz in Elektro- und Hybridautos zwischenzuspeichern.

In Europa verfügbare Elektroautos

Zurzeit werden hergestellt und in der EU angeboten, der Cityel, der Elektrabi, der Evergreen (ein Mini), der Kewet, der Ligier Optima E, der Mega Aixam, die mit der Cebi/MES-DEA-Zebra (NI/NaCl-Akku) angetriebenen Panda Elettrica, Smart Pure Elettrica und Twingo Quickshift Elettrica, der Open Start Lab, der Pasquali E-Setta, der REVA und das Twike.

In der EU als Gebrauchtwagen erhältlich sind die französischen Modelle mit dem Namenszusatz electrique, von Citroen der AX, der Saxo und der Berlingo, von Peugeot der 106e und der Partner und von Renault der Kangoo und der Kangoo electrique RE. Ebenso verfügbar sind Fiat Panda Elettra und Fiat Seicento Elettra und von anderen Herstellern die Modelle Colenta, Eltra (Skoda), Erad Elektra, Helix, Horlacher GL88, Hotzenblitz, Hypermini, Isetta, Karlsruher Delphin, Larel, Messerschmitt Kabinenroller, Microcar light, Multicar, Piaggio APE 50E, Puli, SAM, Saxi Horlacher, SECMA FUN-ELEC, Sinclair C5, Smart, Skoda Favorit Eltra, Solec Riva, Solectria Sunrise, Sparrow, Tavria, Think City, Trans E, Trykowski Trabbi, Trykowski Renner, Volta, Voltaire bzw. Evo-Car, VW Golf CitySTROMer, VW Polo E, Xebra und Zagatto Zele 1000.

Einzelnachweise

  1. ↑ http://www.evworld.com/evguide.cfm?evtype=nev
  2. ↑ CitySTROMer eingestellt, in: Solarmobil Aktuelle Meldungen
  3. ↑ Golf CitySTROMer
  4. ↑ FFE testet CitySTROMer
  5. ↑ EV1 Daten
  6. ↑ Tyler Hamilton: EEStor: Der nächste Versuch. In: Technology Review. 6. Januar 2008 ([1] [abgerufen am 13. Februar 2008]).
  7. ↑ http://www.zenncars.com/media/documents/CleantechMAR08.pdf
  8. ↑ LEMnet Verzeichnis der Stromtankstellen

Siehe auch

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