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Alternative Antriebe

Das Auto ist tot, es lebe das Auto. Welche Probleme die rasante Entwicklung des Straßenverkehrs innerhalb eines guten Jahrhunderts mit sich gebracht hat, hätten sich weder Gottfried Daimler noch Karl Benz, die Erfinder des Automobils, träumen lassen. Mittlerweile gilt als sicher, dass in wenigen Jahrzehnten der Verbrennungsmotor als Antriebsquelle ausgedient haben wird. Die Zukunft gehört den Elektroantrieben.

Bewährte Technologie, Verfallsdatum vorprogrammiert

Benzin- und Dieselkraftstoff ist teuer. Dies hat nicht nur mit der Preispolitik der Mineralölkonzerne zu tun, sondern gehorcht im Wesentlichen dem klassischen Gesetz von Angebot und Nachfrage. Mittlerweile hat die Anzahl der Automobile auf dieser Welt die Milliardengrenze erreicht, und täglich kommen neue hinzu. Allein in China waren es 2012 rund 13 Millionen Pkw. Bis zum Jahr 2050 rechnen Verkehrsexperten mit einem Verkehrsaufkommen von rund 2,5 Milliarden Fahrzeugen weltweit. Vor diesem Hintergrund kann zwar niemand genau sagen, wie lang die Ölvorräte noch reichen werden. Sicher ist jedoch, dass fossile Treibstoffe endlich sind, sich ihre Förderung immer aufwändiger gestaltet und ihre Verbrennung in den Motoren herkömmlicher Autos die Umwelt durch klimaschädliche Abgase belastet.

Antriebe_neuWelche Probleme die rasante Entwicklung des Straßenverkehrs innerhalb eines guten Jahrhunderts mit sich gebracht hat, hätten sich die Autopioniere Gottfried Daimler und Karl Benz nicht träumen lassen, als sie im Jahr 1886 ihre Motorkutschen vorstellten. Mittlerweile gilt als sicher, dass in wenigen Jahrzehnten der Verbrennungsmotor als Antriebsquelle Geschichte sein wird.

Die Vision von Politikern, Verkehrsexperten und Zukunftsforschern ist das Null-Emissionen-Fahrzeug, das zumindest beim Betrieb keinerlei klimaschädliche Abgase erzeugt, wie auch immer der Strom für diese Vehikel erzeugt wird. Dies gelingt nur durch eine komplette Elektrifizierung der Antriebsquelle. Auf dem Weg dahin gelten so genannte Hybridfahrzeuge, die den klassischen Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Antrieb kombinieren, als Brückentechnologie.

Otto und Diesel – noch lange nicht tot

Mit seinen gut 120 Jahren Geschichte permanenter Weiterentwicklung ist der klassische Verbrennungsmotor – sei es nach dem Otto- oder Dieselprinzip – zwar so gut wie keine andere Maschine erforscht und in vielen Disziplinen schon extrem gut entwickelt. Dennoch sehen führende Automobilhersteller ihn noch lange nicht am Ende seines Potenzials angekommen. Wurde beim Dieselmotor der Kraftstoff prinzipbedingt schon immer eingespritzt, hat sich mittlerweile die Hochdruckinjektion auch beim Konzept à la Otto durchgesetzt. Turbolader, elektronische Zündung, Kennfeldsteuerung, verstellbare Nockenwellen, Start-Stopp-Automatik und noch so manches mehr gehören zu den Tricks der Motorenentwickler, um den Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine, wie sie im Fachjargon heißt, in die Höhe zu treiben.

Foto3_Antriebe_neuDoch alle technischen Finessen können nicht über ein prinzipielles Problem von Verbrennungskraftmaschinen hinwegtäuschen: Von der als Treibstoff zugeführten Energie werden noch nicht einmal 40 Prozent in mechanische Leistung, sprich Antriebsleistung, umgewandelt. Ganz abgesehen von den Verlusten in den weiteren Stufen des Antriebstranges wie Getriebe, Gelenkwellen oder Reifen und in vielen Nebenaggregaten wie etwa der Wasserpumpe oder der Lichtmaschine.

Aber nicht nur ein geringer Spritverbrauch ist Ziel der Bemühungen. Seit die Vorschriften für die Flottenemission eines Autoherstellers vom Gesetzgeber Schritt für Schritt verschärft werden, steht neben der Zusammensetzung der unweigerlich erzeugten Abgase vor allem die ausgestoßene CO2-Menge im Mittelpunkt des Interesses. Ein Quantensprung war Mitte der 1980er Jahre die Einführung des Drei-Wege-Katalysators mit Lambda-Regelung, um die Bestimmungen der Richtlinie EURO 1 ab 1993 zu erfüllen. Mit der am 1. September 2014 in Kraft getretenen EURO 6 werden die sukzessive heruntergesetzten Grenzwerte für die Schadstoffemissionen nochmals verschärft. Doch auch die saubersten Autos fahren noch lange nicht abgasfrei.

Auf dem Weg zum E-Mobil

Benzin- und Dieselmotoren sowie prinzipiell baugleiche Aggregate, in denen Erd- oder Flüssiggas, Ethanol oder andere Biokraftstoffe verbrannt werden, werden als Antrieb noch viele Jahre dominieren. Doch ist es nur eine Frage der Zeit, bis sich der Elektroantrieb durchsetzen wird. Die Evolution der Mobilität ist bereits voll im Gang.

Derzeit ist das reine Elektroauto als Fortbewegungsmittel für die Masse noch Zukunftsmusik. Die Gründe dafür sind vielschichtig. Und – abhängig vom realisierten Konzept – sehr unterschiedlich. So schleppen Fahrzeuge, die mit Batterien als Energiespeicher angetrieben werden, viel Masse mit sich und haben eine Reichweite, die derzeit noch weit hinter den gewohnten Strecken zurückbleibt. Relativ lange Ladezeiten und fehlende Stromanschlüsse tragen auch nicht gerade zur Attraktivität bei.

Alternative DrivesAutos mit Brennstoffzellen als Energiewandler können diese Nachteile vermeiden. Getankt wird Wasserstoff, die Reichweite beträgt mehrere hundert Kilometer und die Energiedichte des auf 700 bar komprimierten Gases Wasserstoff ist so hoch, dass auch bei den Fahrleistungen keine Abstriche gegenüber gewohnter Technik zu erwarten sind, im Gegenteil. Allerdings sind Brennstoffzellen zurzeit noch sehr teuer, was sich mit einer Produktion in Großserie aber stark relativieren wird. Das tatsächliche K. O.-Kriterium ist die momentan praktisch nicht vorhandene Infrastruktur. Gerade mal ein gutes Dutzend Wasserstofftankstellen gibt es derzeit in ganz Deutschland. Das signalisiert ganz klar: Das Projekt Wasserstoff-Auto ist noch im Versuchsstadium.

Bis sich in diesem Evolutionsprozess herauskristallisiert hat, welches System und welche Technologie sich durchsetzen wird, lebt die Autoindustrie mit Hybridfahrzeugen. Das sind Autos, die sowohl über einen Verbrennungs- als auch über einen Elektromotor verfügen. Was dabei als Hauptantrieb dient und welcher Motor nur unterstützend oder zeitweise eingreift, hängt vom jeweiligen Konzept ab.

E wie Elektro – der Antrieb der Zukunft

Elektro-Mobile haben mit dem Auto, wie wir es kennen, nicht mehr viel zu tun. Natürlich geht es nach wie vor darum, Menschen oder Dinge von A nach B zu transportieren, ohne an einen Fahrplan oder festgelegte Strecken gebunden zu sein. Eine Fahrgastzelle mit Sitzen, ein Lenkrad und ein Bremspedal wird es bei den Autos von morgen nach wie vor geben. Das war es dann aber auch schon. DFoto5_Antreibe_neuer Antrieb erfolgt rein elektrisch und nahezu lautlos. Das heißt unter anderem: Ein Motorraum, der vollgestopft ist mit Mechanik, wird nicht benötigt. Die Elektromotoren, idealerweise direkt in oder an den Rädern positioniert, brauchen auch kein Getriebe, mit dem sich das verwertbare Drehzahlspektrum an die Fahrsituationen anpassen ließe. Und sie wandeln die Bewegungsenergie beim Bremsen direkt in Strom um, der in Batterien oder Superkondensatoren gespeichert wird.

Statt der klassischen Antriebstechnik samt Peripherie werden Frequenzumrichter und ein Hochvolt-Stromnetz, leistungsfähige Batterien, Brennstoffzellen und Wasserstofftanks an Bord sein. Das alles ist schon heute nicht größer als herkömmliche Technik und gibt den Konstrukteuren und Designern ganz neue Freiheiten in der Gestaltung. Neben Leichtbaumaterialien für Karosserieteile und Hochleistungskautschuken für energieeffiziente Reifen hat der Spezialchemie-Konzern LANXESS viele weitere Produkte für die unterschiedlichsten Anwendungen „Grüner Mobilität“ im Angebot. Passende Polymere etwa für die Isolierung stromführender Kabel, brandschutzsichere Hightech-Kunststoffe für Stecker und Steckverbindungen sowie Elektronikboxen und Spezialpigmente für die Batteriepole sind nur eine kleine Auswahl aus dem Portfolio.

Bis wir eine leistungsfähige Infrastruktur, die weit mehr umfasst als ein flächendeckendes Tankstellennetz, nutzen können, werden sicher noch zwei bis drei Jahrzehnte ins Land gehen. Und in ökologischer Hinsicht richtig sauber ist der Energieträger Wasserstoff auch nur dann, wenn er durch grüne Technologien wie Windkraft und Solaranwendungen erzeugt wird. Darüber hinaus setzt die naturgemäß schwankende Verfügbarkeit grüner Energieerzeugung eine leistungsfähige Speichertechnologie voraus – die Umwandlung in Wasserstoff ist dafür prädestiniert.

Der Weg zu einer emissionsfreien und von fossilen Energieträgern komplett abgekoppelten Mobilität ist noch weit. Jede Menge Entwicklungen und Innovationen sind nötig, um diese Vision irgendwann einmal wahr werden zu lassen. Aber auch Rom wurde nicht an einem Tag erbaut. Und LANXESS hilft mit, diesen Wandlungsprozess Schritt für Schritt voranzutreiben.