Alternative Antriebe: Zukunft des Automobils?

Elektroautos, Hybridfahrzeuge und vielleicht auch bald Autos mit Brennstoffzellenantrieb füllen die Straßen. Wie Verbraucher zum Umstieg auf die umweltfreundlichen, alternativen Antriebe bewegt werden können, macht Norwegen vor. Eine konsequente staatliche Förderung von E-Autos sowie zahlreiche Privilegien für Besitzer von Elektrofahrzeugen haben dort seit 2015 zu einem wahren Boom geführt. In diesem Beitrag erhalten Sie einen Überblick über Alternativen zum Benzin- oder Dieselmotor.

Verbreitung von alternativen Antrieben

In Deutschland haben Verbraucher verschiedene Möglichkeiten, wenn sie sich für einen PKW oder ein anderes Fahrzeug mit einem alternativen Antrieb entscheiden wollen: Neben Elektroautos sind PKW mit Hybridantrieb, aber auch Wasserstoffautos oder gasbetriebene Fahrzeuge erhältlich. Allerdings hält sich die Verbreitung von PKW mit alternativen Antrieben in Deutschland noch in Grenzen. So wurden im Jahr 2015 hierzulande nur knapp 12.300 Elektroautos neu zugelassen.

Deutlich beliebter sind Hybridfahrzeuge, die einen Elektroantrieb mit einem herkömmlichen Motor kombinieren. Diese Autos sind in Deutschland mit mehr als 130.000 Stück sehr viel weiter verbreitet. Mit knapp einer halben Million Zulassungen liegen mit Gas angetriebene PKW an der Spitze der alternativen Antriebe.

Maßnahmen der Bundesregierung zur Förderung

Ursprünglich wurde von der Bundesregierung das Ziel vorgegeben, bis zum Jahr 2020 mehr als eine Million Elektrofahrzeuge auf die Straßen zu bringen. Allerdings läuft der Verkauf von Elektroautos noch schleppend. Die Gründe für die ausbleibende Nachfrage sind vielfältig: So befindet sich der Benzinpreis seit längerer Zeit auf einem besonders niedrigen Niveau, wodurch der Umstieg auf Strom weniger attraktiv wird. Außerdem sind Stromtankstellen noch nicht ausreichend vorhanden. Darüber hinaus wird der höhere Anschaffungspreis für E-Fahrzeuge als verkaufshemmend angeführt.

Um die Verbreitung von E-Mobilen zu fördern, hat das Umweltministerium Anfang 2016 den Vorschlag gemacht, eine Abgabe für Fahrzeuge mit besonders hohem Spritverbrauch oder hohem CO₂-Ausstoß einzuführen. Mit diesen Einnahmen soll der Ausbau der Elektromobilität vorangetrieben werden.

Seit Mai 2016 gibt es außerdem eine Kaufprämie für Elektrofahrzeuge. Allerdings ist die praktische Umsetzung noch offen (Stand: Juni 2016), weil die EU der Einführung der Prämie erst noch zustimmen muss.

Mit Strom fahren: Elektroantrieb als Alternative

Elektroautos funktionieren im Prinzip ganz einfach. Unter den Rücksitzen oder unter dem Kofferraum sind Batterien installiert, die über das Stromnetz aufgeladen werden. Die Energie der Batterien wird über einen Regler an das Getriebe weitergegeben, welches dafür sorgt, dass das Auto fährt. Elektroautos benötigen keine Abgasanlage wie herkömmliche PKW, weil während der Fahrt keine Abgase entstehen. Zudem fehlt ein Tank.

Batterietypen für Elektroautos

• Lithium-Ionen-Batterien
  Diese Batterieart wird auch in Smartphones oder Tablets verwendet. Der Vorteil bei Lithium-Ionen-Batterien besteht in ihrer hohen Leistungsfähigkeit, die sich bei Elektroautos in einer höheren Reichweite bemerkbar macht. Im Vergleich zu anderen Batteriearten sind sie deutlich leichter und kleiner. Darüber hinaus bieten Lithium-Ionen-Akkus aktuell noch die besten Eigenschaften bei Entladung und Ladung. Dabei wird auch von einer hohen Zyklenfestigkeit gesprochen.
• Nickel-Metallhydrid-Batterien
  Diese Batterien zeichnen sich durch eine hohe Leistung aus. Deshalb sind sie auch teurer als Bleisäure-Batterien.
• Bleisäure-Batterien
  Diese Batterieart wird ebenfalls in Elektroautos verbaut. Sie zeichnet sich durch eine ausgewogene Kombination aus Leistung und Platzbedarf aus. Darüber hinaus kann diese Batterie zu über 90 Prozent recycelt werden. Üblicherweise dient dieser Batterietyp als Starterbatterie.

Die Automobilhersteller forschen konsequent an immer kleineren und leistungsfähigeren Batterien. Hierfür werden weitere Verbindungen wie Natrium-Schwefel oder Eisen-Nickel getestet. Bis dato sind die Neuentwicklungen noch zu groß und zu schwer, um in alltagstauglichen Elektroautos eingebaut zu werden.

Reichweite: 100 bis 500 Kilometer

Die Reichweite von Elektroautos ist im Vergleich zu herkömmlichen Antrieben eines der größten Mankos für Verbraucher. Allerdings werden die Motoren sowie die Batterieleistungen stetig optimiert. So gibt Renault die Durchschnittsreichweite bei seinem Modell ZOE mit mehr als 200 Kilometern an. Neuere Modelle des US-Herstellers Tesla sollen bis zu 500 Kilometer mit einer Batterieladung schaffen.

Allerdings bleibt trotz höherer Reichweite noch ein weiteres Problem bestehen: Die Ladezeit. Sie liegt bei den meisten E-Autos bei knapp sechs Stunden. So lange dauert es, bis die Batterien wieder vollständig aufgeladen sind.

Eine pauschale Aussage zu den durchschnittlichen Reichweiten bei Elektroautos lässt sich jedoch nicht ganz leicht treffen. Grundsätzlich sollte eine Batterieladung für eine Fahrstrecke von mindestens 100 Kilometern ausreichen. Allerdings hängt die Reichweite sehr stark davon ab, welche elektronischen Verbraucher im Auto eingeschaltet sind. So können Klimaanlage, Radio oder Lüftung den Strombedarf enorm erhöhen und damit die Reichweite deutlich einschränken. Ebenso können niedrige Außentemperaturen sowie höhere Geschwindigkeiten zu einer rascheren Entleerung der Batterien führen.

Wie sicher sind Elektroautos?

Elektroautos sind genauso sicher wie PKW mit herkömmlichem Antrieb. Bei Crashtests schneiden Elektro-Autos meist gut ab, teilweise sogar besser als andere Fahrzeugtypen. Laut aktuellem Kenntnisstand haben Elektroautos kein höheres Brandrisiko, jedoch gilt als größte Gefahrenquelle vor allem die Batterie, welche für Hochspannung sorgt und im Falle eines Unfalls das Fahrzeug unter Strom setzen kann. Um die Sicherheit zu gewährleisten, arbeiten die Hersteller jedoch mit einer automatischen Sperrung der Stromzufuhr, wenn es einen Zusammenstoß gibt.

Vorteile von Elektroautos	Nachteile von Elektroautos
Kein lokaler CO2-Ausstoß Niedrige Betriebskosten Leiser Betrieb Keine Kfz-Steuer für die ersten zehn Jahre Geringere Wartungskosten Hoher Wirkungsgrad des Motors	Hoher Anschaffungspreis Nur für kurze Strecken geeignet Lange Aufladezeit Kein flächendeckendes Netz mit Ladestationen Keine langfristige Erfahrung mit der Haltbarkeit von Batterieeinheiten

Umweltfreundlichkeit ist von Stromproduktion abhängig

Im Betrieb sind Elektrofahrzeuge emissionslos. Deshalb werden sie als nahezu alternativlos in Bezug auf alternative und umweltfreundliche Antriebe angepriesen. Allerdings ist die Umweltfreundlichkeit der E-Mobile abhängig davon, wie der Strom für deren Betrieb produziert wird. Handelt es sich um eine regenerative Stromgewinnung durch Sonnen-, Wind- und Wasserkraft, ist ein nahezu CO₂-neutraler Betrieb möglich. Da der Energiemix heute jedoch noch aus Kohleenergie besteht, müssen die optimistischen Zahlen hinsichtlich der CO₂-Bilanz von Elektroautos korrigiert werden.

Wird die Art der Stromgewinnung berücksichtigt, liegt der CO₂-Ausstoß von Elektrofahrzeugen heute nur knapp über dem von mit fossilen Brennstoffen angetriebenen PKW. Damit Elektrofahrzeuge inklusive der Stromproduktion für insgesamt deutlich geringere CO₂-Emissionen sorgen, muss die Energiewende noch weiter fortschreiten. Eine mögliche Alternative sind zukünftig auch lokale Ladestationen vor dem Eigenheim, die über Photovoltaikanlagen Strom beziehen.

Aktuelle Subventionsmöglichkeiten von Elektroautos

Um den Absatz von Elektroautos zu fördern, hat die Bundesregierung im Mai 2016 eine Kaufprämie für diese Fahrzeuge eingeführt. Verbraucher sollen beim Kauf eines Elektroautos bis zu 4.000 Euro erhalten. Zudem entfällt die Kfz-Steuer für einen Zeitraum von zehn Jahren. Theoretisch gibt es die Prämie schon, jedoch ist die Umsetzung abhängig von der EU. Kritiker sehen in der Kaufprämie eine Art Wettbewerbsverzerrung. Ob die EU der deutschen Kaufprämie 2016 zustimmt und sie tatsächlich in die Praxis umgesetzt werden kann, ist noch offen.

Genauso gelten Elektroautos auch für Versicherer als Neuland: Spezielle Tarife gibt es für die Kfz-Versicherung von Elektroautos (noch) nicht.

Hybridantrieb: Zwei Antriebe für mehr Effizienz

Der Hybridantrieb gehört in Deutschland zu den am weitesten verbreiteten alternativen Antrieben. Hierzulande sind knapp 500.000 solcher Fahrzeuge auf den Straßen unterwegs.

Das Prinzip des Hybridantriebs besteht daraus, dass sich zwei Antriebskonzepte ergänzen. Der Verbrennungsmotor wird dabei nur eingesetzt, wenn er einen hohen Wirkungsgrad erzielt. Ansonsten wird ein Elektromotor genutzt. Ist der Verbrennungsmotor in Betrieb, lädt er dabei zugleich die Batterie für den E-Motor auf. Bei Hybridantrieben sind unterschiedliche Kombinationen möglich, so zum Beispiel auch Gas-/Bezin-Antriebe. Am häufigsten sind heute jedoch Hybridantriebe mit Benzin/Diesel- und Elektroantrieb.

Die zwei Motoren des Hybridantriebs können entweder seriell oder parallel arbeiten. Beim seriellen Hybridantrieb ist nur ein Antrieb aktiv und bewegt den Motor. Der andere Antrieb ist in Bereitschaft. Bei einem parallelen Hybrid arbeiten beide Antriebe und sorgen für die Fortbewegung.

Varianten der Hybridantriebe

• Mild-Hybrid
  Der Mild-Hybrid speichert den Strom, der beim Bremsen oder Rollen über einen Generator produziert wird, in einer Batterie. Diese gibt ihre Energie zum Beispiel beim Beschleunigen wieder an den Antrieb ab. Bei einer normalen Fahrt schaltet sich der Elektromotor ganz aus und wird aufgeladen. Mild-Hybrid-Antriebe sorgen vor allem beim Beschleunigen oder Überholen für eine höhere Antriebsleistung.
• Voll-Hybrid
  Ein Voll-Hybrid funktioniert ähnlich wie ein Mild-Hybrid. Mit diesem Antrieb kann ein Auto jedoch auch nur mit dem Elektromotor fahren. So unterstützt der E-Motor das Auto beim Anfahren und bei einer Normalfahrt werden beide Antriebe parallel genutzt, um die Motorleistungen und den Verbrauch zu optimieren. Auf Wunsch kann der Voll-Hybrid zum Beispiel im Stadtverkehr vollelektrisch fahren.
• Plugin-Hybrid
  Bei einem Plugin-Hybrid kann die Batterie auch separat über das Stromnetz aufgeladen werden. Zusätzlich nutzen viele Plugin-Hybrid-PKW sogenannte „Range Extender“. Ist die Batterie leer, wird sie während der Fahrt über den Benzin- oder Dieselantrieb wieder aufgeladen.

Vorteile von Hybridantrieben	Nachteile von Hybridantrieben
Leiser als herkömmliche Antriebe Weniger Abgasemissionen Bessere Antriebsleistung Geringerer Kraftstoffverbrauch Geringere Betriebskosten	Höhere Anschaffungskosten Erhöhter Energieaufwand auf der Autobahn Hohe Kosten für Hybridbatterien Weniger Stauraum

Anbieter und Modelle mit Hybridantrieb

Hier folgt eine kurze Übersicht mit Herstellern und Modellen mit Hybridantrieb. Die Liste soll nur einen Anhaltspunkt geben und ist nicht erschöpfend.

1. Eines der beliebtesten Hybridautos in Deutschland ist der Toyota Prius. Der japanische Autobauer bietet außerdem für seine Modelle Yaris, Highlander und Auris Hybridantriebe an.
2. Volkswagen hat mit der GTE-Reihe für den Passat und Golf eine eigene Hybridvariante im Sortiment.
3. Bei Volvo ist der V60 als Hybridmodell erhältlich.
4. Porsche hat seinen Viertürer Panamera als Hybridmodell in sein Angebot aufgenommen.
5. Mercedes Benz bietet sowohl Fahrzeuge der S- als auch der C-Klasse mit Hybridantrieben an.
6. Bei Honda sind der Klassiker Civic sowie die Modelle Jazz und Insight als Hybridfahrzeuge erhältlich.
7. Ebenfalls vertreten sind die bayerischen Hersteller Audi und BMW. Bei Audi heißt die Reihe e-tron, bei BMW ActiveHybrid.

Der Hybridantrieb in der Zukunft

Hybridantriebe werden heute vor allem als Übergangslösung betrachtet, bis Elektrofahrzeuge flächendeckend genutzt werden können. Bis die Infrastruktur und entsprechende PKW entwickelt und umgesetzt wurden, können noch mehrere Jahrzehnte vergehen. In dieser Zeit werden Hybridantriebe für einen sinkenden Kraftstoffverbrauch und einen Rückgang an Schadstoffemissionen im Straßenverkehr sorgen können.

Wie Motoren mit Hilfe von Hybridtechnik noch effiziente und umweltfreundlicher gemacht werden können, zeigen bereits einige Sportwagen. So sind der BMWi8 oder Porsche 918Spyder Belege für die besonderen Leistungen, die mit Hybridantrieben erzielt werden.

Zukunftsmusik: Wasserstoff & Brennstoffzellen

Dem Brennstoffzellenantrieb oder dem Wasserstoffauto wird allgemein eine große Zukunft vorausgesagt. Beide Antriebe basieren auf den Eigenschaften von Wasserstoff.

Wasserstoff kann durch Elektrolyse gewonnen werden. Mit Hilfe von elektrischer Energie wird dabei Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. An der Anode, der positiv geladenen Elektrode, bindet sich der Sauerstoff, an der Kathode der Wasserstoff.

Das heute noch zu über 90 Prozent genutzte Verfahren der Wasserstoffgewinnung wird in der Industrie eingesetzt. Dabei handelt es sich um die sogenannte „Dampfreformierung“. Dabei wird Erdgas unter Druck mit Wasserdampf vermischt. Auf diese Weise kann Wasserstoff sehr effizient gewonnen werden.

Die Vorteile von Wasserstoff als Kraftstoff

Wird Wasserstoff mit Hilfe von erneuerbaren Energien hergestellt, ist er ein sehr umweltfreundlicher Kraftstoff. Bei seiner Verbrennung entsteht lediglich Wasserdampf. Zugleich ermöglicht sein Aggregatzustand eine sehr schnelle Betankung.

Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor basiert auf dem gleichen Funktionsprinzip wie normale Serienmotoren. Nur wird der Wasserstoff in die Saugrohre eingeblasen, während der Kraftstoff eingespritzt wird.

Wasserstoff im Brennstoffzellen-Antrieb

Wird die Brennstoffzelle in Autos eingesetzt, nutzt sie das Prinzip der umgekehrten Elektrolyse. In der Zelle reagieren Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser. Dabei werden Sauerstoff und Wasserstoff durch eine Membran getrennt, die nur Wasserstoffionen durchlässt. Die Wasserstoffelektronen werden für die Reaktion mit dem Sauerstoff umgeleitet. Bei diesem Vorgang wird Energie freigesetzt, die Strom für einen Elektromotor liefert.

Hier lässt sich demnach von einer Art „Kleinkraftwerk“ sprechen, das in einem Auto arbeitet. Auf diese Weise benötigt ein Brennstoffzellen-Auto lediglich Wasserstoff, um eigenen Strom zu erzeugen, der für die komplette Bordelektronik sowie für den Antrieb ausreicht. Zugleich werden keine Emissionen abgegeben, weshalb Brennstoffzellen-Fahrzeuge auch als „Zero Emission Vehicle“ (ZEV) bezeichnet werden.

Wasserstofftankstellen-Netz geplant

Heute sind Wasserstoffantriebe hierzulande nicht verbreitet. Zum einen fehlt es an einer flächendeckenden Versorgung mit Wasserstofftankstellen, zum anderen gibt es nur wenig praxistaugliche Fahrzeuge. Somit gibt es heute noch keine Nachfrage nach entsprechenden Fahrzeugen.

Die Bundesregierung plant jedoch, das Tankstellennetz für Wasserstoff auf 400 Tankstellen bis zum Jahr 2023 auszubauen. Wie weit bis dahin die Brennstoffzellenantriebe oder Wasserstoffmotoren fortgeschritten sind, ist noch offen.

Weitere alternative Antriebe

Autogas / Flüssiggas (LPG)

Herkömmliche PKW lassen sich einfach umrüsten, damit sie mit Autogas oder Flüssiggas betrieben werden können. Autogas ist ein Flüssiggas, ein variables Gemisch, das in der Regel aus Butan und Propan besteht. In den meisten Fällen entsteht dadurch ein Hybrid-PKW mit Gas- und Diesel-/Benzin-Antrieb.

• Vorteile: Schadstoffarmer Kraftstoff, geringere Kraftstoffkosten

• Nachteile: Mehrverbrauch, bei falscher Umrüstung Gefahr von Motorschaden, europaweit unterschiedliche Zapfsäulen

Bioethanol

Bio-Ethanol ist ein Kraftstoff, der aus nachwachsenden Rohstoffen mit Hilfe der Destillation gewonnen wird. Für die Produktion werden Getreide oder Rüben verwendet. Bioethanol wird hierzulande anderen Kraftstoffen beigemischt. Im Super-oder Super Plus-Kraftstoff beträgt sein Anteil maximal 5 Prozent, daher stammt auch die Bezeichnung E5.

• Vorteile: Preisgünstiger Kraftstoff

• Nachteile: Herstellung aus Nahrungsmitteln, nur für spezielle Autos geeignet

Pflanzenöl

Der Betrieb von Dieselmotoren mit Pflanzenöl ist nach einer Anpassung des Motors möglich. In den meisten Fällen wird Rapsöl genutzt, doch Sie können auch Sonnenblumenöl (herkömmliches Salatöl) tanken.

• Vorteile: Günstigere Kraftstoffkosten, da Pflanzenöl niedriger besteuert wird

• Nachteile: Für Produktion des Öls können auf den Ackerflächen keine Nahrungsmittel mehr angepflanzt werden; wird Palmöl verwendet, ist der Umweltschaden besonders groß

Alternative Antriebe: Vor- & Nachteile, Empfehlung

Antriebsart	Vorteile	Nachteile	Empfehlung
Elektroauto	Im Betrieb emissionsfrei, leise	Eingeschränkte Reichweite	Aufgrund der noch fehlenden Auflademöglichkeiten und der geringen Reichweite empfiehlt sich das Elektroauto für kurze Fahrten in Städten.
Voll-Hybrid-Fahrzeug	Niedriger Spritverbrauch, emissionsfreier Betrieb bei Kurzstrecken, leiser Motor	Eingeschränktes Ladevolumen und hohes Eigengewicht des Fahrzeugs	Wer tägliche viele Kilometer im Stadtverkehr zurücklegt, kann von einem Voll-Hybrid profitieren.
Mild-Hybrid-Fahrzeug	Niedriger Verbrauch im Stadtverkehr, leiser Betrieb	Reiner Elektroantrieb nicht möglich	Für Stadtfahrten sind Mild-Hybrid-Autos geeignet.
Plug-In-Hybrid-Fahrzeug	Fahrt mit Elektroantrieb auch bei längeren Strecken möglich, niedriger Spritverbrauch, emissionsfreier Betrieb bei Kurzstrecken, leiser Motor	Umweltbilanz von der Art der Stromproduktion abhängig, eingeschränktes Ladevolumen und hohes Eigengewicht des Fahrzeugs	Sowohl für Stadt- als auch Überlandfahrten geeignet. Für einen umweltfreundlichen Betrieb sollte der Strom aus regenerativen Energiequellen stammen.
Wasserstoffauto / Brennstoffzellenauto	Hohe Reichweite, im Betrieb nur Emission von Wasserdampf	Aktuell noch hoher Energieaufwand für Wasserstoffproduktion, sehr geringe Tankstellendichte	Noch nicht empfehlenswert, da es weder ein großes Angebot an Fahrzeugen noch ein flächendeckendes Tankstellennetz gibt.
Pflanzenöl	Günstige Treibstoffkosten	Keine umweltschonende Kraftstoffgewinnung, höhere Emissionen an Stickstoffoxid	Nicht unbedingt empfehlenswert, weil Ackerflächen nicht für Nahrung genutzt werden.
Bio-Ethanol	Günstige Treibstoffkosten	Energieaufwändige Produktion, konkurriert mit Nahrungsmittelproduktion, höherer Verbrauch im Vergleich zum Betrieb mit herkömmlichem Benzin	Nicht unbedingt empfehlenswert, weil Ackerflächen nicht für Nahrung genutzt werden.
Autogas (LPG) / Flüssiggas	Günstige Treibstoffkosten, geringe Schadstoffemission, Steuerermäßigung bis 2018 auf Kraftstoff	Höherer Verbrauch im Vergleich zu Benzinbetrieb, CO2-Ausstoß höher als bei Erdgasfahrzeugen	Für Vielfahrer empfehlenswert.

 

Fazit

Ob sich alternative Antriebe lohnen, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Wichtigstes Kriterium ist das eigene Fahrverhalten. So kann sich ein Voll-Hybrid-Auto lohnen, wenn Sie täglich viele Kilometer im Stadtverkehr zurücklegen. Nicht umsonst werden Voll-Hybrid-Fahrzeuge als Taxis genutzt. Wenn Sie täglich nur wenige Kurzstrecken zurücklegen und Sie einen Stromanschluss in erreichbarer Nähe haben, kann sich auch ein Elektroauto lohnen.

Grundsätzlich bleibt die weitere Entwicklung abzuwarten. Sobald die Reichweite von Elektroautos sowie das Netz an Aufladestationen deutlich verbessert werden, wird der Umstieg auf diesen alternativen Antrieb attraktiver. Langfristig gesehen könnte das Brennstoffzellenauto eine sinnvolle Ergänzung zu Elektrofahrzeugen werden.