Neue Klimaziele zwingen deutsche Autobauer zum Umstieg auf Elektro-Autos

Der Automobil-Analyst Ferdinand Dudenhöffer sieht das Bekenntnis der G20-Staaten zum Zwei-Grad-Ziel für die Emissionsreduktion positiv. Die deutschen Autobauer VW, Daimler und BMW hätten ohnehin vor, ab 2022 schrittweise komplett auf Elektroautos umzusteigen. Denn die Konkurrenz schläft nicht. Start-ups und Technologiekonzernen mit innovativen Ideen drohen, ihnen Marktanteile abzuringen.

Nach einem erarbeiteten Abkommens-Entwurf wurde in Paris eine Vereinbarung zur Begrenzung der Erderwärmung auf weniger als zwei Grad im Vergleich zur vorindustriellen Zeit erzielt. Dafür sollen weniger Treibhausgase ausgestoßen werden. Darauf haben sich zumindest die G20-Staaten geeinigt.

Der Automobil-Analyst Ferdinand Dudenhöffer sagte den Deutschen Mittelstands Nachrichten zu den Auswirkungen des Zwei-Grad-Ziel auf die Autobauer VW, Daimler und BMW: „Die Abgasreinigung bei Dieselmotoren wird mit dem VW-Dieselskandal teurer werden, denn die Umweltanforderungen werden durch den Skandal strenger. Dies gilt insbesondere für die so genannten Real Driving Emissions, die zukünftig stärker im Fokus stehen werden. Damit wird man nach dem Jahr 2022 auch durch die Zwei-Grad-Ziele stärker in die Elektromobilität gehen müssen. Der Autobauer Tesla hat gezeigt, dass man reine Elektroautos alltagstauglich gestalten kann. Ich bin davor überzeugt, dass dies eine Chance für die deutsche Autoindustrie ist.“

Natürlich könne es passieren, dass die Autobauer aufgrund des Zwei-Grad-Ziels zunächst meckern, so Dudenhöffer. Doch sie werden die Profiteure sein, weil sie zwangsläufig auf Innovationen setzen müssen. Denn Google, Tesla und Apple sind für die Autoindustrie in Europa bereits jetzt ein Dorn im Auge. Alle drei Unternehmen mischen seit etwa 24 Monaten die Branche kräftig auf. Doch es sind nicht die einzigen Unternehmen, die der alteingesessenen Autoindustrie in Sachen Innovation zeigen, was alles möglich ist, wenn man nur will. Viele kleinere Unternehmen, Start-ups und Studenten machen immer häufiger von sich reden.

Eine Gruppe von niederländischen Studenten der Eindhoven University of Technology beispielsweise haben ein energie-positives Solar-Fahrzeug vorgestellt. Mithilfe von Solarzellen produziert das Stella Lux das ganze Jahr über mehr Strom, als es bei der Fahrt verbraucht, selbst im niederländischen Winter-Wetter. Das berichten zumindest die Entwickler von der Eindhoven University of Technology, die das Fahrzeug nun über eine Crowdfunding-Kampagne finanzieren wollen. Die Studenten sind im Autobau nicht unerfahren, sondern haben bereits ein straßentaugliches Gefährt vorgelegt. Ihr Stellar Lux-Modell ist eine Weiterentwicklung des Solar-Challenge-Siegers von 2013. Das neuere Modell ist nicht mehr als reines Rennauto sondern als Familienauto für vier Personen mehr für die Straße konzipiert. Es sieht einem normalen Fahrzeug daher viel ähnlicher als vergleichbare Solar-Prototypen und ist hocheffizient: Den Herstellern zufolge schafft das Fahrzeug dank Sonne und der Bordbatterie eine Reichweite von 621 Meilen oder 1000 Kilometer sowie eine Höchstgeschwindigkeit von 78 Meilen oder 125 Kilometer pro Stunde. Damit stellt es etwa den bisherigen Reichweitenrekord des australischen Solarautos Sunswift in den Schatten. Möglich mache dies vor allem das außergewöhnliche Design des Wagens: Die Solarzellen befinden sich nicht nur auf dem Dach, sondern auch an den Seiten des Autos. Die Aerodynamik wird durch eine Art Tunnel in der Mitte des Fahrzeugs verbessert, zudem verwenden die Studenten bei der Herstellung Leichtmateriel wie Karbonfaser und Aluminium. Seine Zukunftstauglichkeit beweist das Auto auch durch die smarte Technologie im Innern: Ein Energie-Management-System namens Solar Navigator berechnet automatisch je nach Ziel und Wetter die optimale Route und bei einem Anschluss an eine Haushaltsbatterie berechnet es automatisch, wie viel überschüssige Energie zurück ins Netz gespeist werden kann. So braucht sich der Nutzer keine Gedanken mehr um die Energieversorgung zu machen.

In Großbritannien geht man andere Wege. Hier hat Großbritanniens erster mit Fäkalien betriebener Bus einen Geschwindigkeitsrekord aufgestellt. Der Linienbus schaffte auf der Teststrecke ein Tempo von 123,57 Kilometern pro Stunde und ist damit nun offiziell der schnellste Verkehrs-Bus der Welt. Die Diesel-betriebenen Pendants schaffen in der Regel maximal 90 Kilometer pro Stunde. „Es war beeindruckend, als er vorbeifegte. Er klang wie ein Vulcan-Bomber – die Aerodynamik wurde offensichtlich nicht für 130 km/h entwickelt“, berichtet Chefingenieur John Bickerton gegenüber der BBC über die Rekordfahrt. Das Fahrzeug wird in Anlehnung  an ein bekanntes Überschall-Auto auch „Bus Hound“ genannt und mit Biomethan aus Kuh-Dung angetrieben. Dieser wird in einem Bioreaktor von Bakterien anaerob verdaut. Das dabei entstehenden Methan wird komprimiert und verflüssigt und in mehreren Tanks auf dem Busdach gespeichert. Der Methan-Antrieb erfreut sich gerade in Großbritannien zunehmender Beliebtheit, nachdem Ende 2014 der erste Biomethan-Bus vorgestellt wurde, der mit menschlichen Exkrementen betrieben wird. Der so genannte Biobus wird von den Briten liebevoll „Poo-Bus“ genannt. Dieser Bus hat 40 Sitze und wird mit Abwasser und Biomüll betrieben. Er kann 300 km mit einer Tankladung fahren und produziert dabei weniger Emissionen als ein herkömmlicher Dieselmotor, berichtet der Guardian. Der Bio-Bus wird von der Bath Bus Company zwischen Bath und Bristol als Airport-Shuttle auf der Autobahn eingesetzt. Das Methan-Gas wird direkt in den Bristoler Kläranlagen erzeugt, die zudem die Stromversorgung für fast 8.500 Häuser mit dem Biogas sicherstellt. Einer Tankfüllung stellt dabei den jährlichen Bio-Abfall von rund fünf Personen dar. Dem Unternehmen zufolge reiche der jährliche Abfall von einem Bus voller Passagiere, um genug Strom für eine Fahrt von Nord- bis zum Südzipfel Großbritanniens zu liefern. Zudem spielte die Biogas-Fahrzeuge eine zunehmend wichtige Rolle bei der Verbesserung der Luftqualität in Städten – und sie werden von lokal produzierter Energie angetrieben.

Neben neuen Ideen für Auto, gibt es auch mittlerweile auch zahlreiche Entwicklung bei der Stromerzeugung überhaupt. Die Forschung zur Erschließung neuer Energiequellen explodiert geradezu: Man kann aus den unwahrscheinlichsten Dingen und Prozessen Energie gewinnen. In Portland kommt zurzeit das hydraulische Gerät eines Start-Ups zum Einsatz, das Energie aus der Strömung in städtischen Wasserleitungen gewinnt. Das System funktioniert über eine Turbine und kann an alle Rohren angebracht werden, so die Hersteller. Das System heißt LucidPipe Power System und basiert auf einer Reihe kleiner hydroelektrischer Turbinen, die im Innern der Rohre angebracht sind. Vier davon wurden bisher im amerikanischen Portland installiert, die pro Jahr etwa 1100 Megawattstunden an Energie produzieren. Das entspricht dem Strom-Verbrauch von etwa 150 Familien, so ein Bericht von NextCity.org. Laut Gregg Semler, dem Leiter der Gesellschaft stellt das LucidPipe-System eine völlig neue Methode dar, erneuerbare Energie kostengünstig zu gewinnen. Im Gegensatz zu Solar- oder Windenergie, würde zudem vollkommen wetterunabhängig 24 Stunden am Tag Energie gewonnen. Außerdem entstünden keinerlei negative Auswirkungen auf die Umwelt, etwa durch den Bau oder die Installation von großen Windrädern oder Solarfarmen. „Es werden weder Fische noch Vögel gestört, in diesem Sinne ist es ein Gerät, das auch Umweltschützern gefällt“, so Semler. LucidPipe kann in einem weiten Bereich von Strömungsverhältnissen, Volumina und Geschwindigkeiten betrieben werden. Die vertikale Achse im Kugelturbinendesign erzeugt Strom durch Abschöpfung überschüssigen Drucks in Schwerkraft-getriebenen Wasserleitungen und Abwasserströmen. Zur Stromerzeugung können mehrere LucidPipe Systeme hintereinander installiert werden, ohne das der Wasserfluss gestört wird. Die erzeugte Strommenge hängt dabei von der Strömungsgeschwindigkeit und dem Druck innerhalb des Übertragungsrohrs ab. In einem Standard-60-Zoll-Rohr mit der Strömungsgeschwindigkeit von sieben Metern pro Sekunde kann eine einzige LucidPipe Einheit bis zu 100 Kilowatt Leistung erzeugen.

Entscheidend sind vor allem die Fortschritte im Batteriebereich. Hier gab es in den vergangenen zwei Jahren viele Entwicklungen. Ein Start-up hat eine fingergroße Taschenlampe entwickelt, die ganz ohne Batterien auskommt. Stattdessen wird das Licht mit Körperwärme betrieben. Ein thermoelektrischer Generator wandelt die Wärme eines Fingerdrucks in genügend elektrische Energie um, um eine LED-Lampe zum Leuchten zu bringen. Der Generator wiegt in der Aluminium-Version gerade einmal 35 Gramm, als Titanium-Version ist er mit einem Gewicht von 45 Gramm zu haben. Die Lampe ist kaum größer als ein Finger und soll für  bis zu 45 Dollar zu haben sein. Bei einer Temperatur von 28ºC produziert die Lumen genannte Taschenlampe etwa 15 mA bei 3 Volt. Diese Energie reicht aus, um die integrierte LED mit einer Lichtstärke von 3.000 mCd zu betreiben. Die Titanhülle wirkt zudem als Wärmeleitblech, um die Effizienz zu optimieren. Das Licht reicht aus, um ein Buch zu lesen und dabei passt das fingergroße Gerät an einen Schlüsselbund.

Ein Team der George Washington University hat eine neue Hochleistungs-Batterie entwickelt. Diese könnte eine interessante Alternative für die üblichen Batterien in den Fahrzeugen darstellen. Allerdings benötigen sie bislang sehr hohe Temperaturen, um zu funktionieren. Das Team um Forschungsleiter Stuart Licht bezeichnet seine Innovation als „molten air battery“. Diese neuen aufladbaren Batterien basieren aufgeschmolzenen Elektrolyten, Luft-Sauerstoff und speziellen „Multi-Elektron-Elektroden“, welche aktuell die höchste Energiedichte ermöglichen. Das Ergebnis: „Dank ihrer Energiedichte, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeitkönnten sie konventionelle Elektroautobatterien ersetzen“, zitiert das Fachportal phys.org den Studienleiter. Die Forscher experimentierten mit Eisen, Kohlenstoff oder Vanadiumborid und untersuchten sie auf ihre Fähigkeit, mehrere Elektronen zu übertragen. Ihre Batterien waren schließlich in der Lage, drei, vier und elf Elektronen pro Molekül zu speichern. Sie besaßen also die 20 bis 50-fache Speicherkapazitäteines herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. Sie kann nur ein Elektron pro Lithium-Molekül speichern. Nach Einschätzung von Licht sei damit eine völlig „neue Klasse“ von Batterien entstanden.

Licht und sein Team haben bereits andere Batterien dieser Art gearbeitet. Auch sie hatten hohe Speicherkapazitäten, daneben aber einen gravierenden Nachteil: Sie waren nicht wiederaufladbar. Produkte, die es waren, verfügten jedoch nur über geringe Speicherkapazitäten. Die jüngste Batterien-Generation vereint nun das Beste aus beiden Welten: Eine Kombination aus hoher Speicherkapazität und Reversibilität. Das Funktions-Prinzip der neuen Batterie ergibt sich übrigens bereits aus dem Namen: Luft dient als eine der Batterieelektroden, einfaches Nickel oder Eisen als die andere. „Geschmolzen“ bezieht sich auf die Elektrolyte, die mit Reagenzien von Eisen-, Kohlenstoff- oder Vanadium-Borid gemischt und erhitzt werden, bis sie flüssig sind. Der flüssige Elektrolyt bedeckt die Metallelektrode und ist auch der Luftelektrode ausgesetzt. Die Batterien sind durch elektro-chemische Wiedereinsetzung in der Lage, eine hohe Anzahl von Elektronen aufzuladen. Die wiederaufladbaren Batterien nutzen den Sauerstoff direkt aus der Luft. Das sorgt für eine hohe Batterie-Kapazität. Die geschmolzenen Elektrolyte machen die Aufladung möglich, so Licht. Der bisherige Haken: Die Elektrolyte werden bei extrem hohen Temperaturengeschmolzen. Sie benötigen zwischen 700 und 800 Grad Celsius. Dieser Umstand könnte zu einer Herausforderung in Bezug auf einen Einsatz in der Fahrzeugindustrie werden. Doch genau an diesem Punkt setzt nun die weitere Forschung an. Bislang ist es schon gelungen, eine Schmelze bei 600 Grad und weniger herbeizuführen. Auch in Israel gibt es Bemühungen auf diesem Gebiet. Eine neue Aluminium-Luft-Batterie von Phinergy und Alcoa soll dafür sorgen, dass Elektroautos eine Reichweite von bis zu 1.600 Kilometern erreichen können. Mit prognostizierten 20 bis 30 Jahren Laufzeit schlägt diese Neuerung somit alle bisherigen Batterien um Längen. Der Nachteil: Fahrzeuginhaber können die Batterie nicht selber aufladen.

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