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TOP-THEMA April: Neues Auto? Jetzt natürlich!

Die Antriebe der Zukunft

Elektro und Hybrid

Reine Elektrofahrzeug sind fast unhörbar leise. Die Krux ist die Reichweite: Mehr als 200 Kilometer sind selten drin, Zweisitzer schaffen bis zu 400 Kilometer. Wer hauptsächlich in der Stadt unterwegs ist und kurze Wochenendausflüge plant ist damit gut bedient.

Während die Elektrofahrzeuge auf reine Batteriepower setzen, gehen Elektrofahrzeuge mit Reichweitenverlängerer (Extended-Range Electric Vehicles oder kurz E-REVs) einen anderen Weg: Hier wird noch ein Verbrennungsmotor mitgeführt. Die E-REVs stellen eine Übergangsform zu den Hybridfahrzeugen dar.

Beim Parallelhybrid kann sowohl der Benzin- als auch der Elektromotor die Räder antreiben. Die Batterie kann hier nur über den als Generator geschalteten Elektromotor aufgeladen werden. Dieser Antrieb ist besonders flexibel, da hier je nach Fahrsituation die Motoren einzeln oder beide zusammen zum Einsatz kommen können. 

Beim leistungsverzweigten Hybrid werden das serielle und parallele Prinzip kombiniert. Wie beim Parallelhybrid können hier die Räder vom Verbrennungs- oder Elektromotor oder von beiden angetrieben werden. Wie beim seriellen Hybrid ist es jedoch zusätzlich möglich, die Batterie über das Verbrennungsaggregat zu laden.


Bioethanol
 

Bioethanol ist eigentlich nichts Ungewöhnliches. Es handelt sich um den aus vielen Getränken bekannten Alkohol. Auch dass man einen Benzinmotor auch mit Ethanol betreiben kann, ist nichts Neues. Schon der Motorenerfinder Nikolaus Otto verwendete es um 1860 als Kraftstoff in einem Prototyp seines Verbrennungsmotors.

Beliebte Mischung
Als Treibstoff wird vor allem eine Mischung aus 85 Volumenprozent Ethanol und 15 Prozent Benzin verwendet, genannt E85. So genannte Flexible Fuel Vehicles (FFV) können sowohl mit E85 als auch mit normalem Benzin fahren. Das Motormanagement erkennt bei diesen Modellen automatisch das Ethanol-Benzin-Mischungsverhältnis und stellt sich darauf ein.

Umgebaute Benziner
Die Modelle basieren auf Benzinermodellen, bei denen jedoch verschiedene Modifikationen durchgeführt werden. So bestehen Ventile und Ventilsitze aus härterem Stahl und alle Teile, die mit Kraftstoff in Kontakt kommen, sind aus korrosionsbeständigen Materialien. Denn Alkohol ist reaktionsfreudiger als Sprit und nimmt leicht Wasser auf. Folge: Alle Metallteile, die im Auto mit E85 in Kontakt kommen, können leichter korrodieren – insbesondere der Motor.

CO2-Bilanz
Um beurteilen zu können, wie umweltfreundlich Bioethanol ist, ist eine ganzheitliche Betrachtung nötig. Wird der Bioethanol aus Getreide gewonnen, muss auch die Verwendung von Stickstoffdünger berücksichtigt werden, der mit viel Energie erzeugt wird. Außerdem wird Diesel für die Erntemaschinen und Traktoren eingesetzt. Dazu kommt noch der Energiebedarf bei der eigentlichen Ethanolproduktion, zum Beispiel bei der Destillation. 

 
Biodiesel

Nicht verwechseln sollte man Biodiesel mit Pflanzenöl, das ebenfalls als Treibstoff für Dieselmotoren eingesetzt wird. Zur Produktion von Biodiesel werden vor allem die Fettsäuren der Rapspflanze verwendet, aber auch die der Sojapflanze, der Sonnenblume oder Palmöle. Sie werden chemisch mit Methanol in Fettsäuremethylester (Fat Acid Methyl Esters, FAME) umgewandelt. Beim Einsatz von Rapsöl heißt das Ergebnis Rapssäure-Methylester (RME).

Korrosionsgefahr
Ein Vorteil ist die höhere Zündwilligkeit von Biodiesel, die durch den im Molekül enthaltenen Sauerstoff bedingt ist. Die hohe Brennfreude vermindert die Partikelemissionen: Autos ohne Partikelfilter stoßen mit Biodiesel rund 50 Prozent weniger Ruß aus. Da RME praktisch schwefelfrei ist, entstehen außerdem so gut wie keine schädlichen Schwefeldioxid- und Sulfat-Emissionen. Zu den Nachteilen von Biodiesel gehört, dass sich Wasser darin besser als in normalem Diesel löst. Folge: Korrosion wird begünstigt. Außerdem zersetzt Biodiesel ähnlich wie Bioethanol Gummischläuche und -dichtungen.

CO2-Bilanz
Beim Rapsanbau, bei der Ölgewinnung und der Umwandlung in RME wird Energie verbraucht. Der CO2-Einspareffekt hängt auch davon ab, wie die Nebenprodukte Rapsschrot und Glyzerin genutzt werden. Ein weiterer Kritikpunkt bezieht sich auf den Rapsanbau. Dabei entstehen nämlich in geringen Mengen Treibhausgase wie Lachgas, wodurch sich der Klimaschutzeffekt verringert. Die Pflanzen setzen außerdem Ozon erzeugende Kohlenwasserstoffe frei.


Autogas



Wie Erdgas, Benzin und Diesel stellt Autogas eine Mischung von Kohlenwasserstoffen dar. In Deutschland sind bereits mehr als 300.000 Fahrzeuge mit Autogas unterwegs. Damit belegt Autogas noch vor Erdgas und Biodiesel den 1. Platz im Ranking der alternativen Kraftstoffe.

Problemlose Umrüstung
Meist wird der Autogas-Tank in die Reserveradmulde eingebaut. Da der Benzintank erhalten bleibt, vergrößert sich nebenbei auch noch die Reichweite. Außerdem müssen eine Umschalteinrichtung, ein Zuleitungssystem zum Motor sowie ein Verdampfer eingebaut werden. Getankt wird über einen zusätzlichen Stutzen mit Schraubgewinde. Der Umbau ist in der Regel günstiger als bei Erdgas; dafür sind die spezifischen Treibstoffkosten etwas höher.

Niedrigerer Schadstoffausstoß
Die ökologischen Vorteile von Autogas gegenüber Benzin liegen unter anderem im niedrigeren Schadstoffausstoß: Es entstehen nur 20 Prozent der Stickoxide, und auch die Kohlendioxidemissionen verringern sich. Wie sauber Autogas-Abgase sind, zeigt auch die Tatsache, dass flüssiggasbetriebene Gabelstapler in geschlossenen Räumen betrieben werden dürfen – als einzige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Auch in punkto Explosionsgefahr stellen Autogas-Fahrzeuge kein höheres Risiko als benzinbetriebene Autos dar.

GTL, BTL und Wasserstoff



Während bei den Biokraftstoffen der ersten Generation die Eigenschaften des Sprits noch mehr oder weniger von der Natur festgelegt werden, ist dies bei den so genannten Designerkraftstoffen anders. Deren Eigenschaften können von Chemikern und Ingenieuren recht frei gewählt werden. So lassen sich diese Kraftstoffe in Dieselfahrzeugen ohne Modifikationen einsetzen – anders als bei den Biokraftstoffen der ersten Generation. Man unterscheidet GTL- und BTL-Kraftstoffe. Die Kürzel stehen für Gas to Liquid und Biomass to Liquid.

Gas To Liquid
Die Herstellung von Flüssigtreibstoffen aus Erdgas ist bereits Stand der Technik. Dabei wird Methan mit Sauerstoff zu Synthesegas umgesetzt – das ist ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Daraus werden flüssige Kohlenwasserstoffe gewonnen.

Durch Fraktionierung – das heißt Aufteilung der verschiedenen Stoffe nach ihrem Siedepunkt – wird dabei unter anderem Synfuel, ein moderner Kraftstoff für Dieselmotoren gewonnen.

Die CO2-Emissionen werden allerdings nur dann verringert, wenn es sich um sonst nicht genutztes Erdgas handelt. Ganz anders verhält es sich, wenn statt fossilem Erdgas Biogas eingesetzt wird. Um dieses zu reinigen, ist allerdings ein hoher technischer Aufwand erforderlich.

Biomass To Liquid
Anders als GTL-Sprit bewirken BTL-Kraftstoffe einen signifikanten CO2-Einspareffekt. Denn Letztere werden aus fester Biomasse wie Holz, Stroh und Ähnlichem hergestellt, also nachwachsenden Rohstoffen. Bei festen Ausgangsprodukten wird die Biomasse nach dem Trocknen erst in Synthesegas umgewandelt, das dann wie bei GTL zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt wird. Als Produkt wird derzeit – wie bei GTL – vor allem Diesel erzeugt.

Wasserstoff
Wasserstoff ist ein idealer Antriebsstoff: Bei der Reaktion mit Sauerstoff entsteht neben (Antriebs-) Energie nur unbedenkliches Wasser. Wasserstoff kann auf zwei Arten zum Antrieb verwendet werden.

Die einfachere Lösung ist der Wasserstoff-Verbrennungsmotor. Er ist dem Ottomotor eng verwandt und bereits Stand der Technik. Der Verbrennungsmotor hat außerdem den Vorteil, dass er bivalent betrieben werden kann, also sowohl mit Benzin als auch mit Wasserstoff. So können Lücken im Wasserstoff-Tankstellennetz überbrückt werden.

Null Emissionen
Die zweite, elegantere Möglichkeit zur Wasserstoffnutzung ist die Brennstoffzelle. Da hier nichts verbrannt wird, können auch keine Stickoxide als Nebenprodukt entstehen. In der Brennstoffzelle werden meistens Wasserstoff und Luftsauerstoff auf elektrochemischem Weg in Wasser umgewandelt. Bei dieser viel kontrollierteren Art der Reaktion entsteht als Abgas ausschließlich Wasser. So ist das Brennstoffzellen-Auto tatsächlich ein Null-Emissions-Fahrzeug.