Atlas
Der Weg ist vorgezeichnet: Bei den Straßenfahrzeugen werden Elektro und alternative Kraftstoffe bald Diesel und Benzin ersetzen. Das Potenzial für den Klimaschutz ist hoch, aber einige Probleme sind auf dem Weg dorthin.
Zu Beginn des Autozeitalters in den 1880er-Jahren konkurrierten verschiedene Antriebstechniken miteinander. Die Hersteller bauten Elektro- wie auch Verbrennungsmotoren in ihre Fahrzeuge ein. Um 1913 revolutionierte Henry Ford den Autobau durch die Fließbandproduktion. Er und die meisten in der Branche verwendeten Benziner. Öl war massenhaft vorhanden und billig – ein entscheidender Vorteil für den Verbrennungsmotor.
Heute ist seine Effizienz mit einem maximalen Wirkungsgrad von 35 Prozent bei Ottomotoren und rund 40 Prozent bei Standard-Dieselmotoren nahezu ausgereizt; der Gesamtwirkungsgrad beschreibt den Anteil der eingesetzten Energie, die in die Bewegung des Fahrzeugs umgesetzt wird. Die Belastungen für Gesundheit und Umwelt durch die Abgase von Diesel-Pkw und Benzinern sind hoch, mancherorts höher als erlaubt. Verschärfte Vorgaben für den Klimaschutz und globale Konkurrenz führen dazu, dass Hersteller verstärkt in die Elektromobilität investieren.
Im Straßenverkehr gehören dazu die batterieelektrischen Fahrzeuge mit Elektromotor und Akku sowie die sogenannten Plug-in-Hybride. Das sind Autos mit zwei Antrieben (daher hybrid: „vermischt“), die sowohl einen herkömmlichen Verbrennungsmotor mit Tank als auch einen Elektroantrieb mit Akku haben, der aus dem Stromnetz geladen werden kann (daher plug-in: „einstöpseln“); andere Hybride laden ihre Akkus durch die Bremsenergie. Plug-in-Hybride gelten als Übergangslösung zwischen Verbrenner und reinem Elektroauto. Ein weiteres Antriebsmedium ist die Brennstoffzelle, in der der Strom für das Auto aus einer Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entsteht.
Umstritten ist der Einsatz synthetischer Kraftstoffe, sogenannter E-Fuels. Bei diesen Produkten wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt; durch die Zugabe von CO2 entsteht aus dem Wasserstoff Methan. Durch weitere Prozesse werden die gewünschten Kraftstoffe gewonnen. Sie sind chemisch mit dem bekannten Benzin, Diesel oder Kerosin identisch, können also in einem Verbrennungsmotor genutzt werden.
Wo liegen die Vor- und Nachteile der verschiedenen Systeme? Die direkte Nutzung von Strom ist im Elektromotor am effizientesten. Der Gesamtwirkungsgrad eines Elektroautos liegt bei circa 69 Prozent, bei einem Brennstoffzellenauto sind es rund 26 Prozent. Ein Verbrennungsmotor mit synthetischen Kraftstoffen kommt lediglich auf 13 Prozent. Die Werte sind bei Brennstoffzellen und synthetischen Kraftstoffen so niedrig, weil bei den Umwandlungsprozessen viel Energie verloren geht: Ein Verbrennungsmotor mit synthetischen Kraftstoffen benötigt für die gleiche Strecke fünf Mal so viel Strom wie ein Elektroauto.
Mobilitätsatlas 2019
In der modernen Welt ist Mobilität ein Ausdruck von Freiheit und Selbstbestimmung. Diese gilt es so zu gestalten, dass sie unserer Lebensqualität und unserem öffentlichen Zusammenleben dient, ohne dem Klima zu schaden. Der Mobilitätsatlas 2019 präsentiert in 19 Kapiteln Vorschläge und Lösungen für eine klimafreundliche und ressourcenschonende Mobilität.
E-Fuels werden derzeit erst im Labormaßstab produziert. Zu tanken sind sie in absehbarer Zeit noch nicht. Wegen der nötigen großen Mengen an Strom werden synthetische Kraftstoffe – wie auch der Wasserstoff für die Brennstoffzellen – künftig eher in sonnenreichen Regionen hergestellt werden. Überall wächst der Bedarf an Ökostrom. Strombasierte Kraftstoffe sollten deshalb nur dort getankt werden, wo es keine klimaneutrale Alternative gibt, wie im interkontinentalen Flugverkehr, weil Batterien an Bord viel zu schwer wären. Fachleute gehen davon aus, dass synthetische Kraftstoffe immer teurer sein werden als direkt genutzter Strom und konventionelle Kraftstoffe. So oder so gilt: Synthetische Kraftstoffe sollten nur unter strengen, effektiven und kontrollierten Nachhaltigkeitskriterien produziert werden dürfen. In Deutschland fehlt bisher eine Importstrategie für E-Fuels.
Die Pariser Klimaziele erfordern, dass der Verkehrssektor bis 2050 klimaneutral wird. Die Elektrifizierung des Personen- und Güterverkehrs zu Lande, zu Wasser und in der Luft könnte den Strombedarf von heutzutage 600 Terawattstunden (TWh) bis 2050 um zusätzliche 540 bis 900 TWh erhöhen. Die Produktion von Ökostrom – jetzt 216 TWh – muss zügig steigen und das Stromnetz an eine viel höhere Nachfrage angepasst werden.
Die Reichweite von Elektroautos beträgt mehrere Hundert Kilometer. Die meisten Menschen legen am Tag weniger als 60 Kilometer mit dem Auto zurück. Für das alltägliche Pendeln genügen die aktuellen Reichweiten. Am Arbeitsplatz und zu Hause kann der Pkw geladen werden. An einer modernen Wandladestation dauert das zwei bis sechs Stunden, an einer Haushaltssteckdose acht bis 14 Stunden.
Die Bundesnetzagentur hat in Deutschland über 9.600 öffentlich zugängliche Ladesäulen registriert, die meisten mit zwei Ladepunkten ausgestattet. Die Anlagen befinden sich überwiegend in Ballungsgebieten. In dünn besiedelten Regionen hingegen gibt es noch viele weiße Flecken. Je nach Batteriekapazität und Leistung dauert das Tanken an normalen öffentlichen Säulen zwei bis vier Stunden, an Schnellladestellen 20 bis 30 Minuten.
An Autobahnen in Europa befindet sich durchschnittlich alle 60 Kilometer eine Schnellladestation. Die Abdeckung variiert von Land zu Land, ist aber in mittel- und südosteuropäischen Ländern noch zu dürftig, um dort lange Strecken zu fahren. Zahlreiche Websites und Apps zeigen an, wo in Europa Strom getankt werden kann.
Brennstoffzellenautos schließlich haben nicht nur einen geringen Gesamtwirkungsgrad, sondern es mangelt auch an einer Wasserstoff-Infrastruktur in ganz Europa. Der Tankvorgang für 500 bis 800 Kilometer dauert zwar nur rund drei Minuten. Aber in Deutschland gibt es erst 70 Wasserstoff- Tankstellen, und ihre Zahl steigt nur langsam.