Elektroautos Gegen den Strom

„Wenn Sie die Qualität Ihrer Autos beibehalten und ich die Qualität meiner Batterien, werden die Benzinkutschen in kürzester Zeit nicht mehr existieren.“ Das schrieb Elektropionier Thomas Edison etwa 1915 an Walter Baker, einen der bedeutendsten E-Mobil-Produzenten Amerikas. 1921 stellte Baker Electric die Automobilproduktion ein.

Edison hatte zwei Dinge übersehen: wie schnell sich der Verbrennungsmotor zu einem robusten und zuverlässigen Antrieb entwickeln würde - und wie limitiert Batterien in ihrer Energiespeicherung sind. Trotz milliardenteurer Forschung hat sich an den wesentlichen Daten wenig geändert. Die Energiedichte je Gewichtseinheit ist bei Benzin und Dieselkraftstoff etwa 100 mal höher als in einem Lithium-Ionen-Akku und sogar 300 mal höher als in einem herkömmlichen Bleiakku. Für mobile Anwendungen eine fatale Relation: Zwar wandelt der Elektroantrieb die Energie viel effizienter in Vortrieb am Rad um. Doch um die gleiche Reichweite zu haben wie ein von fossiler Energie befeuertes Fahrzeug, müssen Elektroautomobile ein Vielfaches an Gewicht (und Volumen) mitschleppen.

Pionier des Hybridantriebs

Elektroantrieb setzte sich daher nur dort durch, wo der Strom auch während der Fahrt aus der Dose kommt, weil die Fahrzeuge einem festen Weg folgen: bei der Eisenbahn - und gelegentlich bei ebenfalls an Oberleitungen angeschlossenen Omnibussen. Die Eisenbahn ist übrigens auch der Pionier des Hybridantriebs. Seit Jahrzehnten haben die allermeisten Diesellokomotiven den Verbrennungsmotor nur an Bord, um Strom für die elektrischen Antriebsmotoren zu produzieren.

Chemisch-physikalisch sind Batterien und Elektromotoren mit Benzin und Ottomotoren durchaus vergleichbar - beide sind Energiespeicher und -wandler. Im Ottomotor werden zwei Stoffe, nämlich Benzin und Sauerstoff, durch Oxidation (Verbrennung) in mechanische Energie umgewandelt. Auch eine galvanische Zelle als Basiseinheit der Batterie benötigt für die Energieumwandlung zwei Stoffe, nur sind es hier zwei elektrochemisch aktive Elektroden unterschiedlicher Zusammensetzung, die im Innern der Zelle über den sogenannten Elektrolyten miteinander leitfähig in Verbindung stehen.

Explosionsgefährdete Akkus

Der wesentliche Unterschied: Das Auto mit Verbrennungsmotor braucht nur ein Sechzehntel seiner Energie mitzuführen, den großen Rest holt es aus der Umgebung. Um ein Kilogramm Benzin zu verbrennen, benötigt der Motor 14,8 Kilogramm Luft. Anders die Batterie: Sie ist ein geschlossenes System. Die in ihr gespeicherte chemische Energie wird durch elektrochemische Redoxreaktionen (parallel, aber getrennt laufende Reduktions- und Oxidationsreaktionen) in elektrische Energie umgewandelt, sobald ein elektrischer Verbraucher Leistung abfordert. Beim Laden der Batterie läuft der Vorgang umgekehrt ab.

An dieser chemischen Gesetzmäßigkeit ändern auch modernste, nur mit enormem Aufwand beherrschbare Batteriesysteme lediglich marginal etwas. Viele Konzepte wie die Hochtemperaturbatterie Zebra (Na Ni Cl bei etwa 300 Grad Celsius) scheiterten trotz riesiger, auch öffentlich finanzierter Forschungssummen, an der mangelnden Alltagstauglichkeit. Und unvergessen ist der Millionenrückruf explosionsgefährdeter Lithium-Ionen-Akkus für Laptops und Handys. Kaum auszudenken, wenn die um ein Vielfaches leistungsstärkeren Batterien eines Autos aus ähnlichen Gründen zur Gefahr würden. Hybrid-Anführer Toyota hat die Einführung von Li-Ionen-Akkus jedenfalls erst mal um einige Jahre vertagt.

Immer ein Nischenprodukt

Alle Batterievarianten haben mit weiteren Nachteilen wie hohen Kosten, langen Ladezeiten, begrenzter Lebensdauer und fragwürdiger Betriebssicherheit zu kämpfen - die Elektrik und ganz besonders die Batterie ist laut ADAC-Pannenstatistik schon in herkömmlichen Automobilen mit ganz normalen Bleiakkus zu 36 Prozent die Ursache aller Pannen. Die Prognose fällt aus technischer Sicht daher leicht: Reine Elektroautomobile werden immer ein Nischenprodukt bleiben, begrenzt auf Kurzstrecken und Sonderanwendungen.

Daher setzt die globale Autoindustrie nach manchen teuren Wirrungen in der Vergangenheit heute ausschließlich auf Hybridsysteme, wenn es um die Elektro-Traktion geht. Hauptenergiespeicher an Bord ist Benzin oder Diesel, ein Verbrennungsmotor lädt die Batterie. Weil das elektrische System nur für kürzere Strecken, Zwischenspurts oder zur Energierückgewinnung beim Verzögern genutzt wird, kann die Batterie erheblich kleiner dimensioniert werden.

Zu lange Ladezeiten

Die Energieeffizienz der Hybridautos steigt nicht nur, weil die Bremsenergie rekuperiert wird, sondern weil die Verbrennungsmotoren anders dimensioniert und ausgelegt werden können: Beim Anfahren, Beschleunigen oder am Berg hilft der Elektroantrieb mit, der Verzicht auf Leistungsspitzen macht die Verbrennungsmotoren kleiner und sparsamer. Erst die nächste Generation von Hybridfahrzeugen wird diesen Vorteil durch speziell entwickelte Motorenkonzepte entscheidend ausspielen können.

Wo Hybridfahrzeuge dafür ausgelegt sind, ihre Batterien zusätzlich an der heimischen Steckdose zu laden, wie beim General-Motors-Konzept „E-Flex“, das als Chevrolet Volt und als Opel Flextreme auf der IAA präsentiert wurde, wird ein anderer Nachteil der Batterietechnik deutlich: die langen Ladezeiten. Für eine Reichweite von 50 Kilometern vergehen bei der üblichen Anschluss- und damit Ladeleistung von 2,5 kW etwa vier Stunden. Benzin für eine Reichweite von 500 Kilometern ist dagegen in zwei, drei Minuten nachgefüllt.

Tabuthema Gesamteffizienz

Übrigens ist auch das seit Jahren für „in zehn Jahren“ angekündigte Brennstoffzellenfahrzeug ein Hybrid. Denn die Energie ist hier im Wasserstoff gespeichert. In der Theorie enthält dieses Gas sogar 2,5 Mal mehr Energie als Benzin. Die notwendigen schweren Tanks allerdings verdrehen diesen Vorsprung in der Praxis ins Gegenteil: Dann steht mit Wasserstoff nur etwa dreimal so viel Energie je Gewichtseinheit zur Verfügung wie bei der besten Batterie.

Edisons Vorhersage ging also grandios daneben. Dabei musste er sich noch keine Gedanken machen, wo die Primärenergie für den vielen Strom eigentlich herkommen sollte. Aber das ist eine andere Hürde. Wie die zu nehmen sein soll, wird von den CO2-Senkern dieser Welt derzeit lieber nicht thematisiert. Denn dann müssten sie auch darüber reden, wie es um die Gesamteffizienz elektrischer Hybride von der Gewinnung der Energie bis zum Antrieb des Rades wirklich bestellt ist. Dazu hier nur: nicht gut.