Seit Beginn des Jahres 2020 hat Covid19, das derzeit berühmteste Virus der Welt und die Suche nach dem Impfstoff die Pole Position in den Nachrichten eingenommen. Gleichzeitig rücken Themen, die Wissenschaft und Politik schon jahrelang umtreiben, in den Medien und in den sozialen Netzwerken wieder verstärkt in den Fokus. So stellt das Thema Mobilität die Wissenschaft und unseren Alltag seit Jahren vor eine ebenfalls große Herausforderung, denn Mobilität ist unweigerlich mit Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein und nicht zuletzt auch mit unserer Gesundheit und unserem Leben verbunden. Werden die Klimaschutzziele nicht erreicht wird das für unsere Umwelt und für unser Wohlergehen nachhaltig negative Auswirkungen haben. Viele Maßnahmen gilt es in diesem Zusammenhang zu einer Gesamtstrategie zu vereinen. Eine der Stellschrauben, dabei sind alternative Antriebe, die wir von magility im aktuellen Artikel genauer unter die Lupe nehmen.

Alternative Antriebe

Es gilt, alternative Antriebe für Fahrzeuge zu finden, die den fossilen Treibstoffen aus Erdöl wie Benzin, Diesel oder Kerosin in nichts nachstehen und die dabei im besten Fall auch noch klimaneutral sind. Denn heute schon bewegen sich weltweit rund 1,3 Milliarden Kraftfahrzeuge auf dem Globus.

Wasserstoff und E-Fuels liegen vorne

Folgt man den Prognosen des ADAC, machen Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe – sogenannte E-Fuels – langfristig das Rennen, denn sie scheinen über ausreichend Kapazität zur Speicherung von Energie zu verfügen. Außerdem erzeugen sie Synergieeffekte im Rahmen der Sektorkopplung, also der Vernetzung von Strom, Wärme und Verkehr. Und sie können mit einer hohen Klopffestigkeit ausgelegt werden. Dadurch lassen sich Motoren höher verdichten und deren Effizienz steigern. Das scheinbare Dream-Team bilden regenerativ erzeugter Strom und CO2 aus der Luft. Ihre Verbindung würde einen nahezu CO2-neutralen Kraftstoff entstehen lassen, der einen Großteil unserer Sorgen um eine lebenswerte Umwelt in Wasser beziehungsweise Luft auflösen würde. Allerdings würde dies mit einer langen Produktionskette und sehr hohem Energieverlust erkauft werden.

Zu wenig Nachhaltigkeit bei Elektro-Autos

E-Fuels stehen auch ganz oben auf der Prioritätenliste des Sportwagenherstellers Porsche. Denn für Entwicklungsvorstand Michael Steiner wird auch künftig der Verbrennungsmotor den Ton auf den Straßen weltweit angeben. Obwohl Porsche mit dem Modell Taycan bereits ein voll elektrisch betriebenes Fahrzeug auf den Markt gebracht hat und zusätzlich auch eine Hybrid-Version anbietet, räumt Steiner dieser Technik langfristig kaum Chancen ein. Elektromobilität verfolge das Ziel der Nachhaltigkeit zu langsam. Immerhin will Porsche dennoch bis 2025 die Hälfte seiner verkauften Fahrzeuge elektrisch betrieben auf die Straßen schicken, wo sie dann auch eine ganze Weile bleiben werden, da sie von ihren Besitzern sehr lange gefahren werden. Gleichzeitig aber will die VW-Tochter auch die Spezifikation von dem Alternativen Antrieb E-Fuels vorantreiben, um im Hochleistungssektor der Fahrzeugmotoren mitreden zu können. Und vor allem sollen technische Probleme wie einst bei der Einführung von E10 nicht wieder vorkommen.

Wasserstoff (H2) als nie versiegende Quelle

Synthetische Kraftstoffe, welcher auch zu alternativen Antriebsstoffen zählen, werden mittlerweile wasserstoffbasiert hergestellt, denn Wasserstoff ist in der Natur fast unendlich vorhanden und kann klimaneutral produziert werden. Anders als bei den Versuchen mit nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Raps, Mais oder auch Weizen und Palmöl. Was sich wie eine Zutatenliste für die vegane Küche liest, hatte in Bezug auf die Beimischung zu Kraftstoffen eklatante Nachteile: Es entstanden Monokulturen, und in Südamerika mussten Urwälder den Palmölplantagen weichen. Bei der Generation 2 von Biogas/CNG kommt die “Teller-Tank-Diskussion” zwar nicht mehr zum Tragen, da Pflanzenreste wie beispielsweise Stroh zum Einsatz kommen. Die Wasserstoffvariante hat nichtsdestoweniger großes Potential.

Der im Power-to-X (PtX)-Verfahren produzierte Wasserstoff wird mit Hilfe von CO2 erst einmal zu Methan umgewandelt, was diesem Schritt den Begriff Power-to-Gas (PtG) einbrachte. Schließlich kann das Ganze noch in einem dritten Verfahrensschritt verflüssigt werden. Meist über die Fischer-Tropsch-Synthese wird dabei das Methan in einen längerkettigen Kohlenwasserstoff umgewandelt und führt zum Begriff: Power-to-Liquid (PtL).

Kosten bleiben gleich

Für Hersteller wie Verbraucher gibt es einen noch störenden Pferdefuß: Der Strom für PtX zählt trotz seiner Klimatauglichkeit derzeit noch zum herkömmlichen Stromverbrauch. Das bedeutet, dass er mit 16 Cent oder anders ausgedrückt, mit 55% des Strompreises bezahlt werden muss.

Wasserstofftankstellen sind noch Mangelware

Bei Porsche hält man überdies den Ausbau eines Tankstellennetzes für Elektroautos für aufwändig und zeitraubend. Sehr weit kommt man allerdings mit Brennstoffzellen-Autos derzeit auch noch nicht, denn Wasserstofftankstellen sind noch Mangelware. Laut ADAC gibt es europaweit gerade mal 134 davon. Immerhin findet sich der Löwenanteil mit 84 Stationen in Deutschland. Bis Ende 2021 sollen weitere 46 dazu kommen. Überschreitet man die Landesgrenzen Richtung Frankreich oder Österreich, sollte man vorsichtshalber ein Fahrrad oder gute Wanderschuhe mitnehmen, denn beide Länder bieten zur Zeit jeweils lediglich fünf Wasserstofftankstellen an. Noch schwieriger wird es in Belgien mit ganzen zwei Tankstellen. Die Schweiz verfügt über drei und die Niederlande verfügen auch nur über vier Zapfstationen, an denen Wasserstoff erhältlich ist.

Diese Alternativen Antriebe gibt es zur Zeit

Brennstoffzellen-Autos

Eine Brennstoffzelle, die gespeist wird aus einem Wasserstofftank, erzeugt den Strom für den Antrieb während der Fahrt durch die Umkehrung der Elektrolyse. Eine kleine Batterie dient als Zwischenspeicher und deckt den Bedarf bei Lastspitzen wie zum Beispiel beim Beschleunigen ab.

Hyundai hat sein Modell Nexo serienmäßig auf dem Markt, Toyota stellt das Modell Mirai serienmäßig her. Mercedes bietet den GLC F-Cell an.

Die Sicherheit wird durch die Verordnung (EG) Nr. 79/2008 gewährleistet. Der ungiftige, unsichtbare und flüchtige Wasserstoff unterliegt außerdem den europäischen Sicherheitsnormen für Crashtests.

Elektroantrieb

Der Strom kommt aus der Steckdose und beschert mit Hilfe einer großen Batterie im Fahrzeug derzeit eine Reichweite von rund 300 Kilometern. Die Fahrzeuge gelten als sehr sicher, außer wenn sich zum Beispiel durch einen Unfall die technischen Schutzmaßnahmen verformen und im schlimmsten Fall zu brennen beginnen. Elektroantriebe finden ihren Einsatz derzeit hauptsächlich in Industriefahrzeugen, Stadtfahrzeugen, Sportwagen.

E-Fuels

Synthetische Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, werden mit Hilfe regenerativer Energie aus CO2 und Wasserstoff hergestellt. Sie sind noch im Stadium intensiver Erforschung. Die große Hoffnung bei diesen alternativen Antrieben liegt auf der Klimaneutralität und der Chance die Verbrennermotoren weiter zu nutzen. Jedoch ist die Produktionskette von Wind/Sonne zu Strom, von Strom zu Wasserstoff und von Wasserstoff mittels CO2 zu E- Fuels sehr lang und verlustbehaftet.

Hybrid

Ein Hybrid verbindet verschiedene Antriebsprinzipien oder Energiequellen, zum Beispiel ein Elektroantrieb mit Benzin oder Diesel. Dabei nutzt er jeweils die Vorteile von Diesel, Benzin oder Brennstoffzelle und Elektrizität. Der Vorteil dieser Technik ist ein potenziell geringerer Verbrauch und damit verbunden ein geringerer Emissionsausstoß. Nachteilig ist der hohe Recyclingaufwand für die Akkupacks, eine aufwendige Regelungstechnik, das hohe Gewicht sowie der doppelt benötigte Energiespeicher.

Autogas

Ein unter Druck verflüssigtes Gemisch aus Propan und Butan sorgt unter dem Begriff Liquified Petroleum Gas (LPG) für den Antrieb und für Freude beim Verbraucher: Er bezahlt nur rund die Hälfte der Kosten für herkömmliche Kraftstoffe. Um den Schutz vor Lecks im Tank zu gewährleisten, werden dem an sich geruchlosen Gas Duftstoffe beigemischt, so dass eventuell austretendes Gas bemerkt werden kann. Gasbetriebene Fahrzeuge gelten als sicher.

Erdgas

Erdgas zählt zu den brennbaren organischen Stoffen. Es setzt sich aus 85% Methan und bis zu 10% Stickstoff und Kohlendioxid zusammen. Für PKW findet man überwiegend das komprimierte Erdgas mit der Abkürzung CNG für Compressed Natural Gas. Der Kraftstoff und die Fahrzeuge gelten als sicher.

Alternative Antriebe – magility Ausblick

Welche alternativen Antriebe bzw. alternativen Kraftstoffe sich langfristig auf dem Markt etablieren, bleibt abzuwarten. Nach Einschätzung unserer magility-Experten wird es in Zukunft nicht “die eine” richtige Antriebstechnik geben. Die Bedarfe, das Nutzungsverhalten und der Ausbau der Infrastruktur werden maßgeblich mitbestimmen, welche Antriebstechniken sich zu welchem Zweck und an welchem Ort durchsetzen. Für die Mobilität der Zukunft scheint uns ein Mix unterschiedlicher Antriebe und Kraftstoffe am wahrscheinlichsten. Denkbar wäre z.B ein Elektromotor mit verschiedenen Energieträgern bzw. -speichern wie Wasserstoff/Brennstoffzelle und Batterie. Auch die alternativen Antriebe gehören gründlich geprüft.  So stehen z.B. bei dem unabhängigem Entwicklungsdienstleister und Prüffeldbetreiber KST Motorenversuch GmbH für die Automobilhersteller dynamische E-Antriebsprüfstände bereit.

Kontaktieren Sie uns gerne, wenn Sie weitere Fragen zu Antriebstechniken, neuen Kraftstoffen oder der Mobilität der Zukunft generell haben. Gerne nehmen wir Sie auch in unser Wasserstoff-Netzwerk auf. Schreiben Sie hierzu eine E-Mail an unsere CMO nada.welker@magility.com.