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Alternative Antriebstechnik

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Der Begriff Alternative Antriebstechnik (Synonym „Alternative Antriebe“) umfasst Konzepte zum Antrieb von Fahrzeugen, die sich hinsichtlich Energieart oder konstruktiver Lösung von den auf dem Markt verbreiteten Antriebstechniken unterscheiden.

Mit solchen Techniken verbindet sich die Hoffnung, dass sich abzeichnende Probleme herkömmlicher Antriebe wie Umweltbelastung oder Erschöpfung fossiler Treibstoff-Quellen (Erdöl) lösen lassen.

Beispiele

Elektrofahrzeug Twike [1] in Freiburg
Elektro-Transporter Micro-Vett in Rom
Der Tesla Roadster ist ein Elektroauto
Erdgas-Taxi in Bremen
Biodiesel (RME)-Taxi in Graz
Vier typische brasilianische full flex-fuel Modelle von verschiedenen Herstellern, umgangssprachlich als Flex-Auto bekannt. Diese Fahrzeuge laufen in beliebigem Gemisch mit Ethanol und Benzin.

Konzepte mit wesentlich abweichenden Antriebskonzepten:

Hybridantrieb

Hier werden bei Hybrid-Fahrzeugen Energieumwandlung und Energieabgabe durch Energiespeicher zeitlich getrennt und/oder es werden zwei Energieumwandlungsmaschinen parallel benutzt (Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine). Als Energiespeicher für den Elektroteil des Antriebs werden Akkumulatoren oder Doppelschichtkondensatoren benutzt.

Im Stadtverkehr, gekennzeichnet durch kleinere Fahrtstrecken, geringere Geschwindigkeiten sowie häufiges Beschleunigen und Abbremsen, hat der Hybridantrieb in der Regel Vorteile im Energieverbrauch. Beim Überlandverkehr, also eher längeren Fahrtstrecken bei höheren Geschwindigkeiten, wirkt sich ein Hybridantrieb eher als Nachteil für den Energieverbrauch aus, weil in diesem Modus ohnehin meist nur der Verbrennungsmotor läuft und der Hybridantrieb den Nachteil der höheren Masse mit sich bringt.

Elektroantrieb bzw. Solarfahrzeug

Elektrofahrzeuge beziehen die Energie zumeist aus mitgeführtern Energiespeichern, die zuvor ausreichend betankt bzw. aufgeladen werden. Solarfahrzeuge führen zumeist kleinere Energiespeicher mit und können zusätzlich durch mitgeführte Solarzellen Strom durch Sonnenenergie aufnehmen. Jedoch können nur sehr verbrauchsarme Fahrzeuge und Boote mit direkter Sonneneinstrahlung fahren, da bei derzeit üblichen Fahrzeugen die für den Fahrbetrieb benötigte Energie wesentlich höher als der maximale Solarertrag aus mitgeführten Solarzellen ist (siehe auch Elektroauto, Elektromobilität).

Weitere Konzepte

Hubkolbenmotoren

Alternative Kraftstoffe mit herkömmlicher Verbrennungskraftmaschine

Alternative Kraftstoffe können helfen, die Abhängigkeit von fossilen Kraftstoffen und die Netto-Emissionen von CO2 zu verringern. Die Effizienz ist besonders bei neuen Kraftstoffen noch verbesserbar, wodurch sich die Umweltbilanzen noch verschieben könnten.

Auch alternative Kraftstoffe erfordern eine Anpassung der Kraftfahrzeugtechnik. Dies mag die Kraftstoffversorgung, die Verbrennungskraftmaschine oder die Sicherheitseinrichtungen betreffen.

Wasserstoff eröffnet für den Ottomotor neue Potentiale durch seine sehr hohe Zündwilligkeit und Oktanzahl. Die Speicherung ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden. Eine Speicherung in flüssiger Form, die die Reichweite vergrößern würde, ist nicht mit längeren Stillständen vereinbar, da Wärmeübergang zum Verdampfen des Wasserstoffs führt.

Biodiesel ist bereits in Mengen am Markt, wird jedoch hauptsächlich als Beimischung verwendet. Dieselmotoren können prinzipiell mit reinem Biodiesel arbeiten, die meisten Fahrzeuge sind aber nur für max. 10 bis 20 % freigegeben, da technische Probleme bei Dichtungen auftraten. Die Verdünnung des Motoröls ist ein weiteres Problem, lässt sich jedoch überwachen. Partikelfilter sind ebenso wie beim Dieselbetrieb einsetzbar.

Ethanol wird heute überwiegend in Additiven eingesetzt (ETBE). Besonders Multi-point Einspritzsysteme vertragen bereits jetzt bis zu 20 % Ethanol im Kraftstoff (E20), darüber hinaus sind so genannte Flexible Fuel Fahrzeuge nötig, die für die Verwendung von E85 Kraftstoff (85 % Ethanol, 15 % Super Plus) ausgelegt sind, aber auch mit reinem Benzin betrieben werden können. Es gibt Motoren, deren Leistung bei Verwendung von E85 anstelle Benzin um 20 % steigt. Steuergeräte zur Nachrüstung von Ottomotoren auf E85 befinden sich in der Entwicklung.

Synthetische Kraftstoffe versprechen weniger technische Probleme als Biodiesel im Motor und erlauben Zwitter aus Diesel und Otto-Prinzip. BtL-Kraftstoff hat eine breitere Rohstoffgrundlage als Biodiesel und ist daher nachhaltiger. Solche Kraftstoffe sind noch nicht kostengünstig und nicht in großen Mengen verfügbar.

Erdgas verursacht bei der Umsetzung einen geringeren Aufwand als Wasserstoff und ist wegen der geringen Kosten derzeit sehr beliebt, nicht zuletzt bei Städten wegen der vergleichsweise geringen Emissionen. Die Anpassung der Motoren birgt noch Potentiale: direkt einblasende hoch aufgeladene Ottomotoren kommen hinsichtlich Effizienz in die Nähe von Dieselmotoren. Besonders bivalente Motoren (Gas oder Benzin) sind weniger effizient. Erdgas wird durch Bohrungen gewonnen und ist damit genau wie Benzin und Diesel ein endlicher, fossiler Rohstoff. Da es theoretisch bis zu 25 % weniger CO2 und deutlich weniger Schadstoffe bei der Verbrennung freisetzt, gilt es als Übergangslösung hin zu nachhaltigeren Alternativen (z. B. Wasserstoff, Biogas).

Als Flüssiggas werden Gase bezeichnet, die bei geringem Druck flüssig sind. Es handelt sich dabei um längerkettige Kohlenwasserstoffe wie Propan, Propen, Butan, Buten oder auch Ether-Verbindungen wie Dimethylether (DME). Flüssiggas kann in Fahrzeugen mit Ottomotor benutzt werden, der Aufwand für die Nachrüstung ist dabei gering. Aufgrund des geringen Speicherdrucks können die Tanks bei PKWs torusförmig sein und anstelle des Ersatzrades verbaut werden, wodurch die Gesamtreichweite des Fahrzeugs bei unverändertem Kofferraum deutlich steigt, da der originale Benzintank erhalten bleibt. Im Unterschied zu Methan oder daraus abgeleiteten Kraftstoffen wie DME beträgt die CO2-Einsparung bei Autogas 10-15 %, die Schadstoffemissionen sinken im Vergleich zum Benzinbetrieb drastisch. Methan kann auch direkt aus Biogas oder Holzgas gewonnen werden, während die Bestandteile von Autogas (Propan und Butan) Beiprodukte der Destillation von Erdöl, beispielsweise bei der Benzinherstellung sind. Sie sind damit endliche Energiequellen, dennoch muss zu ihrer Gewinnung kein zusätzliches Erdöl gefördert werden. Man kann gewissermaßen von Abfallprodukten der Benzin- und Dieselgewinnung sprechen.

Pflanzenöl kann im Dieselmotor anstelle von Dieselöl verwendet werden. Es besitzt jedoch die Neigung zu verharzen und ist bei Kälte nicht mehr fließfähig. Das Beheben dieser Probleme führte zur Entwicklung von Biodiesel.

Anmerkungen

Heute werden alternative Antriebe auch für weniger nachhaltige Fahrzeugkonzepte wie Sport-Geländewagen benutzt. Damit treten zwar relative Verbesserungen ein, es werden jedoch im Vergleich zu vernünftigen Fahrzeugkonzepten keine Umwelt- und Nachhaltigkeits-Effekte erzielt. Insbesondere eine immer stärkere Motorisierung macht durch Effizienzverbesserungen und alternative Antriebskonzepte erzielbare Nachhaltigkeit zunichte.

Je nach lokalem Energiemix beim Energieeinsatz gibt es bevorzugte Investitionspfade. Betrachtet man den Übergang zu nachhaltigen Energieträgern sektorübergreifend, so ist eine Verwendung von Wasserstoff im Verkehr wegen der hohen Energieverluste und Kosten der Produktion, der Aufbereitung und des Transportes nicht zu befürworten.[2] Jedoch ist es in Ländern mit besseren agrarischen Produktionsbedingungen bzw. höherem Solareintrag oder anderen natürlichen Energiequellen wie Geothermie und weniger alten hochemittierenden fossilen Kraftwerken durchaus sinnvoll, Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor durch Brennstoffzellenfahrzeuge zu ersetzen oder Agrarkraftstoffe einzusetzen.

Anforderungen für den Einsatz alternativer Antriebe

Um kostspielige Fehlinvestitionen zu vermeiden, müssen besonders bei gewerblich genutzten Flotten die Technologien auf den Anwendungsfall abgestimmt werden, da sie selten alle Vorteile des Verbrennungsmotors zugleich in sich vereinigen. Die wesentlichsten Kriterien sind:

  • Reichweite
  • maximale Leistung (Beschleunigung, Steigungen)
  • Stabilität bzw. Konstanz der gespeicherten bzw. an Bord vorgehaltenen Energie
  • akzeptable Tankprozedur in Bezug auf Sicherheit, Dauer und Wirkungsgrad der Gesamtenergiekette von der Quelle bis zum Rad
  • Abwesenheit von Gefahr für Insassen und Umgebung

Quellen

  1. ↑ [1]
  2. ↑ [2] Bewertung alternativer Treibstoffe und Antriebe

Siehe auch

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