Elektro-, Hybrid- und Wasserstoffautos

Bei den ersten Elektroautos gab es Einschränkungen hinsichtlich der Reichweite und der Ladeinfrastruktur. Die damalige Batterietechnologie war für eine längere Nutzung nicht geeignet.

Das Interesse an Elektrofahrzeugen (EVs) in den letzten Jahrzehnten ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter technologische Fortschritte (Fortschritte in der Batterietechnologie, Kostensenkungen bei anderen Komponenten, höhere Effizienz), Umweltbedenken, staatliche Maßnahmen (Subventionen, kostenlose Lademöglichkeiten) und veränderte Verbraucherpräferenzen.

Wie funktionieren Elektrofahrzeuge?

Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) werden auch als vollelektrische Fahrzeuge bezeichnet. Ihre Motoren werden ausschließlich durch in wiederaufladbaren Batterien gespeicherten Strom angetrieben, der an Haushaltssteckdosen (Level 1), speziellen Ladestationen (Level 2) oder Schnellladestationen (DC-Schnellladung) aufgeladen wird. Der Elektromotor nutzt elektrische Energie zum Antrieb. BEVs verfügen häufig über regenerative Bremssysteme, die beim Bremsen kinetische Energie erfassen und in elektrische Energie umwandeln, um die Batterie wieder aufzuladen.

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BEVs verfügen über verschiedene Bordsysteme und Zubehör, die vom elektrischen System des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden, was sich auf den Gesamtenergieverbrauch und die Reichweite auswirken kann.

Da sich die Batterietechnologie kontinuierlich weiterentwickelt und die Ladeinfrastruktur ausgebaut wird, ist davon auszugehen, dass BEVs bei der Umstellung auf einen nachhaltigen Transport eine immer wichtigere Rolle spielen werden.

Wie funktionieren Hybrid-Elektrofahrzeuge?

Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) nutzen eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor (ICE) und einem oder mehreren Elektromotoren zum Antrieb des Fahrzeugs. Es gibt verschiedene Konfigurationen von HEVs:

  • Parallele Hybrid-Elektrofahrzeuge: Beide Motoren werden direkt zum Antrieb der Räder verwendet. Sie sind bei hohen Geschwindigkeiten effizienter.
  • Serielle Hybrid-Elektrofahrzeuge: Der Verbrennungsmotor erzeugt zusätzlichen Strom für den Elektromotor, um die Räder anzutreiben. Sie zeichnen sich durch Stop-and-Go-Fahrten in der Stadt aus.
  • Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs): Kombinieren Elemente sowohl von parallelen als auch von seriellen Hybriden mit der zusätzlichen Möglichkeit, den Akkupack von einer externen Stromquelle aufzuladen, genau wie bei einem Elektrofahrzeug. Sie bieten die Flexibilität des rein elektrischen Fahrens mit der zusätzlichen Reichweite und dem Komfort eines Verbrennungsmotors

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Welche Vorteile haben Elektrofahrzeuge?

  • Umweltvorteile: Reduzierung von Treibhausgasemissionen, Luftverschmutzung und Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen.
  • Wirtschaftliche Vorteile: geringere Betriebskosten, reduzierte Wartungskosten und potenzielle langfristige Einsparungen.
  • Leistung und Fahrerlebnis: sofortiges Drehmoment, sanfte Beschleunigung und leiser Betrieb.
  • Energieeffizienz: Vergleich der Effizienz von Elektroantrieben mit Verbrennungsmotoren.
  • Technologische Innovationen: Integration intelligenter Funktionen, regeneratives Bremsen und Vehicle-to-Grid-Funktionen.

Fallstudien und Erfolgsgeschichten

  • Mehrere europäische Länder haben ehrgeizige Maßnahmen zur Förderung der Nutzung von Elektrofahrzeugen umgesetzt, die die Automobilindustrie dazu anregen, emissionsarme Fahrzeuge, darunter auch Elektroautos, zu produzieren.
  • Europäische Länder bieten Kaufsubventionen, Steuererleichterungen und kostenloses Laden an, um die Einführung von Elektrofahrzeugen zu fördern.
  • Tesla mit Hauptsitz in Kalifornien hat mit seiner erfolgreichen Elektroauto-Reihe eine wichtige Rolle bei der weltweiten Popularisierung von Elektrofahrzeugen gespielt.

Wie funktionieren Wasserstofffahrzeuge?

Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) sind ein Typ von Elektrofahrzeugen, die Wasserstoff als Kraftstoff und eine Brennstoffzelle zur Stromerzeugung für den Antrieb eines Elektromotors verwenden.

Wasserstoffkraftstoff wird üblicherweise aus Erdgas in einem Verfahren namens Dampfreformierung von Methan oder durch Elektrolyse aus Wasser hergestellt. Er kann auch mithilfe erneuerbarer Energiequellen wie Sonnen- oder Windenergie erzeugt werden, was ihn zu einer potenziell nachhaltigen Kraftstoffoption macht.

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Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie von Wasserstoff und Sauerstoff in Elektrizität um, wobei Wasser und Wärme als Nebenprodukte entstehen. Wasserstoff wird an Bord von FCEVs normalerweise in Hochdrucktanks oder in Form von flüssigem Wasserstoff gespeichert. Diese Speichermethoden erfordern spezielle Tanks und Isolierung, um den Wasserstoff auf der erforderlichen Temperatur und dem erforderlichen Druck zu halten. Die Infrastruktur zum Betanken mit Wasserstoff ist derzeit begrenzt, wird jedoch in Regionen, in denen die Einführung von FCEVs im Mittelpunkt steht, schrittweise ausgebaut.

Was sind die Vorteile von FCEVs?

  • Keine Emissionen: FCEVs erzeugen als Emissionen nur Wasserdampf und Wärme.
  • Schnelles Auftanken: Das Auffüllen des Wasserstofftanks dauert normalerweise nur wenige Minuten.
  • Höhere Reichweite: FCEVs bieten im Vergleich zu batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEVs) größere Reichweiten.

Was sind Herausforderungen und Überlegungen?

  • Wasserstoffproduktion: Die Produktion von Wasserstoff erfordert eine verstärkte Nutzung erneuerbarer Energiequellen.
  • Infrastrukturentwicklung: Die Infrastruktur für die Produktion, Verteilung und Betankung von Wasserstoff ist derzeit im Vergleich zu anderen Kraftstoffoptionen begrenzt.
  • Kosten: FCEVs sind aufgrund der hohen Kosten für die Wasserstoffproduktion und -speicherung tendenziell teurer als alle anderen Fahrzeuge. Es wird erwartet, dass die Kosten mit der Zeit sinken.

Was sind die größten Herausforderungen bei wasserstoffbetriebenen Autos?

Es handelt sich um eine sehr ineffiziente Nutzung von Wasserstoff, dessen Herstellung teuer ist und der derzeit selten ist. Viele andere Anwendungsbereiche benötigen Wasserstoff zur Dekarbonisierung, wie in der folgenden Grafik sichtbar ist. Grün bedeutet „unvermeidbare Verwendung von Wasserstoff“ und Rot bedeutet „nicht wettbewerbsfähige Verwendung von Wasserstoff“.

Was sind die Herausforderungen und Überlegungen bei allen umweltfreundlichen Autos?

Umweltfreundliche Autos sind nicht ohne Probleme:

  • Sie sind teuer in der Anschaffung
  • Sie brauchen eine beträchtliche Zeit zum Aufladen
  • Sie erzeugen zwar keine Abgase, aber die Stromquellen der Batterien,
  • Das Recycling ihrer Komponenten und die Herstellung der Fahrzeuge und Batterien tragen zu Kohlenstoffemissionen bei
  • Der Abbau vieler Rohstoffe wirft sowohl ethische als auch ökologische Fragen auf
  • Elektroautos sind immer noch individualisierte motorisierte Mobilität, was Staus und Verkehrstote mit sich bringt

Aber das Fehlen einer Wasserstofftankstellen-Infrastruktur, die Herausforderungen beim Transport des Kraftstoffs und die Tatsache, dass man für die Fortbewegung eines Wasserstofffahrzeugs viel mehr Energie benötigt als für ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug, bedeuten vorerst, dass die Zukunft dem Batteriebetrieb gehört. Darüber hinaus sind Elektrobusse in vielen Städten weit verbreitet und die Zukunft wird Elektro-LKW bringen.