Strategien für die Zukunft

Die Zukunft des Autos
Gibt es eine, und wenn ja, wie viele?

Das Auto ist des Deutschen liebstes Kind - und gleichzeitig der größte Ölverbraucher und ein wesentlicher Verursacher des Klimawandels. Daher arbeiten Bastler, Zulieferer, Universitäten und Autokonzerne mit Hochdruck am Auto der Zukunft. Dieses wird, soviel ist sicher, Energie sehr viel effizienter nutzen als die Autos von heute.

Foto: Ladestecker in einem Elektroauto

Ladestecker an einem Elektroauto. Elektroautos sind sehr energieeffizient, brauchen aber Batterien, die noch sehr schwer und teuer sind. Auch wenn viele Fachleute glauben, dass der Elektromobilität die Zukunft gehört, ist es bis dahin noch ein langer Weg. Foto: Craig Morey, aus wikipedia, >> Quelle (abgerufen 1.5.2010). Lizenz: >> cc 2.0.

Warum das Auto eine Zukunft hat

Der erste Teil der Frage ist am leichtesten beantwortet: Ja, das Auto hat eine Zukunft. Dies ist schon dadurch garantiert, dass das Auto von vielen Hundert Millionen Menschen geliebt wird; und wo Liebe im Spiel ist, zählen rationelle Argumente wenig. Was das Auto richtig gemacht ist: Es stärkt unsere Selbstwirksamkeit - wir drücken ein wenig aufs Gaspedal und schon setzen sich Hunderte von Kilo in Bewegung; und dieses Gefühl der Macht lieben wir. Dagegen zählt alles andere wenig: Viele Studien sind über Verkehrssysteme gemacht, viele Bücher darüber geschrieben worden, dass es sowohl für den Verkehr zwischen den Städten als auch in den Städten bessere Lösungen gibt, dass das Auto rational gesehen einzig auf dem Land eine Rolle beim Personentransport spielen sollte (>> mehr); was uns das Stehen in den Dauerstaus kostet; was uns das Auto kostet - an Menschenleben und an Geld; und alles ändert nichts daran, dass die Menschen Auto fahren wollen, sobald sie das Geld dafür haben. In Amerika und Europa sind die Märkte mehr oder weniger gesättigt, aber der größte Automarkt der Welt ist inzwischen sowieso China, und die Chinesen wollen Autos: Gab es im Jahr 2005 etwa 20 Millionen Autos, wurden alleine 2009 12 Millionen Autos neu zugelassen, und im Jahr 2020 soll es nach verschiedenen Schätzungen schon 120 bis 140 Millionen Autos geben. Auf der Welt gibt es heute etwa 900 Millionen Autos; in den nächsten zwanzig Jahren, so wird geschätzt, wird sich die Zahl noch einmal verdoppeln.

Die Zukunft des Autos wird anders aussehen

Bereits heute fließt etwa die Hälfte des Erdöls in den Straßenverkehr - fast zwei Milliarden Tonnen im Jahr. Dass die Erdölförderung in 20 Jahren auch nur das heutige Niveau erreicht, glauben die wenigsten Experten, ein deutlicher Rückgang ist viel wahrscheinlicher (>> mehr). Auf den Verkehr gehen außerdem 13,1 Prozent der Emissionen des Treibhausgases Kohlendioxid zurück (>> mehr), wenn man den Anteil der Energieerzeugung dazurechnet, der indirekt für den Verkehr gebraucht wird (Transport von Erdöl, Raffinerien, Autoherstellung, ...), liegt der Anteil bei etwa einem Viertel. Und hier kommen wir zum zweiten Teil der Frage: Wie sieht die Zukunft des Autos aus, oder auch: wie sieht das Auto der Zukunft aus? Wenn es eine Zukunft haben will, muss es ganz anders aussehen als heute. Das scheint auch die Autoindustrie so langsam zu begreifen, die in der Vergangenheit nicht immer mit Weitsicht geglänzt hat: Die Selbstverpflichtung zur Verringerung der Kohlendioxid-Emissionen, die die europäischen Automobilhersteller im Jahr 1998 gegenüber der EU-Kommission eingegangen ist (den durchschnittlichen Flottenausstoß an Kohlendioxid bis zum Jahr 2008 auf 140 g/km zu reduzieren) haben sie nicht eingehalten. Und als die EU-Kommission als Reaktion auf die gebrochene Selbstverpflichtung die durchschnittlichen Emissionen von Neuwagen bis 2012 auf 120 g Kohlendioxid pro gefahrenem Kilometer beschränken wollte (das entspricht gut 5 Liter (Norm-) Benzinverbrauch auf 100 km bzw. 4,6 Liter Diesel), protestierten die Chefs von fünf deutschen Automobilherstellern (BMW, DaimlerChrysler, Ford, Opel, VW-Konzern) in einem Brief an die EU-Kommission: Dies sei “technisch nicht erfüllbar” und führe zur “Abwanderung zahlreicher Arbeitsplätze” - ganz in der Tradition, mit der die Autoindustrie auch die Verbannung von Blei aus dem Benzin, die Einführung des Katalysators und jüngst den Rußfilter bekämpft hat. Die >> Ölkrisen 1973 und >> 1979 hat die Automobilindustrie noch überstanden “wie ein Fettsüchtiger, der nach zwei überlebten Herzinfarkten unbekümmert weiterschlemmt.” (DER SPIEGEL [610]; heute allerdings ist allerorten von Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenautos die Rede und sinken endlich auch die Flottenverbräuche - die Botschaft scheint (endlich) angekommen.

Ganz neu sind Versprechungen aus der Autoindustrie allerdings auch nicht. Immer wieder mal hat die Autoindustrie Elektroautos vorgezeigt. Zurück zu den Wurzeln, hat man sich wohl gedacht, war doch anfänglich gar nicht ausgemacht, dass das Auto mit Benzin fahren würde: 1889 hatte Thomas Alva Edison ein elektrisches Auto konstruiert, und zur Jahrhundertwende hatten elektrische Autos mit 40 Prozent den gleichen Marktanteil wie Autos mit Dampfantrieb - der Benzinmotor lag mit nur 20 Prozent hintenan. 1908 kaufte selbst Henry Ford seiner Frau ein Elektroauto. Aber den Sieg trug letztlich der Benzinmotor davon, vor allem wegen seiner überlegenen Reichweite. Auch die Elektroautos der zweiten Welle verschwanden still und heimlich wieder; dafür wurde Anfang des Jahrtausends ein neues Konzept präsentiert: die Brennstoffzelle, in der Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft Strom erzeugen sollte, als Abgas würde nur Wasser entstehen. Als sich diese Technologie als auf absehbare Zeit viel zu teuer erwies, setzten die Autohersteller auf Biotreibstoff. Der große Vorteil aus Sicht der Industrie: Man brauchte an den Autos kaum etwas zu ändern. Bald stellte sich aber heraus, dass der Biotreibstoff moralisch anfechtbar war, und seine Treibhausbilanz auch nicht besser als die von Benzin (>> hier). Die deutschen Hersteller glaubten, den Anforderungen der Zukunft mit effizienten Dieselmotoren gewappnet zu sein; und lachten über den drolligen Versuch einer Alternative aus Japan: 1997 hatte Toyota ein Modell namens Prius auf den Markt gebracht, der einen Benzin- mit einem Elektromotor verband (“Hybridantrieb”). Damit konnte der Benzinverbrauch vor allem in der Stadt deutlich gesenkt werden, der Elektromotor konnte beim Abbremsen als Generator wirken und Strom erzeugen, der in der Batterie gespeichert wurde. Mit dem Strom unterstützte der Elektromotor den Benzinmotor, der damit kleiner und sparsamer ausfallen konnte.

Übergangstechnologie Hybridauto

Der Prius erwies sich für Toyota als Glücksfall. Inzwischen hat das Unternehmen über zwei Millionen Hybridautos verkauft und einen enormen Technologievorsprung erreicht. Im Frühjahr 2007 veröffentlichte “Auto, Motor und Sport” einen 100.000-Kilometer-Dauertest mit dem Nachfolgemodell Toyota Prius II: “Angenehmer Reisewagen”, die Hybrid-Batterie bereitete “übrigens während der gesamten Distanz keine Probleme”. Überhaupt ließ der Prius in punkto Zuverlässigkeit bis auf ein Konkurrenzmodell “alle anderen Konkurrenten in der Kompaktklasse mit konventioneller und damit vermeintlich ausgereifter Technik hinter sich.” Schlussfolgerung: “Glückwunsch Toyota - nicht nur zum zehnjährigen Hybrid-Jubiläum, sondern auch zum gelungenen Prius-Dauertest”. Der Normverbrauch des Testfahrzeugs betrug übrigens 4,5 Liter/100 km, der des aktuellen Modells Prius III von 2009 3,9 Liter und seine Kohlendioxid-Emissionen 89 g/km - gut 25 Prozent unter dem vorgeschlagenen EU-Limit für 2012. Toyota konnte mit dem Prius sein Image erfolgreich verbessern, auf einmal galt die Marke als innovativ.

Die Hybridtechnologie ist außerdem zukunftsweisend: Die (fernere) Zukunft gehört dem Elektroauto, da dieses viermal so effizient wie das klassische Antriebssystem ist (>> mehr). Zwar sind Elektroautos noch Zukunftsmusik; als kritisch gilt vor allem die Batterietechnologie (>> Kasten), aber sowohl Hersteller als auch Nutzer sammeln mit Hybridautos bei verringertem Treibstoffverbrauch Erfahrungen mit elektrischen Antrieben. Darum hat Toyota (und haben andere japanische Hersteller wie Honda, die bereits Hybridmodelle anbieten) auf das richtige Pferd gesetzt, und die deutsche Automobilindustrie diesen Trend verschlafen. In Kalifornien, wo der Prius bald Kultstatus erlangte, motivierte er eine ganz besondere Art des “Tuning”: Technikfans, Softwareexperten und Umweltschützer begannen, auf eigene Faust das Auto so umzubauen und umzuprogrammieren, dass seine Batterien an der Steckdose aufgeladen werden konnten. So gab es bald “Plug-in”-Modelle zu kaufen (zu den bekanntesten Kunden gehörte Ex-CIA-Chef James Woosley, der sein Auto mit dem Aufkleber “Osama bin Laden hasst dieses Auto” versah). (Toyota war über diese Umbauten übrigens nicht glücklich, hatten sie doch immer betont, dass der Prius genau wie ein “normales” Auto zu fahren und zu betanken sei. Inzwischen betreibt Toyota selbst eine kleine Testserie mit Prius-Modellen, die an der Steckdose aufgeladen werden können.)

Das Problem der “Plug-In”-Modelle ist das gleiche wie das der Elektroautos: Sie brauchen eine größere Batterie als normale Hybridfahrzeuge; damit hängt auch ihre Zukunft von den Fortschritten bei den Batterien ab. Heute ist ein Plug-In-Prius noch 5.000 Euro teurer als ein Prius ohne Stromanschluss. Die Plug-In-Technologie eröffnet Hybridautos aber eine weitere Perspektive: Hybrid-(und später Elektro-)autos, die mit dem Netz verbunden sind, können mit ihren Batterien als Stromspeicher Schwankungen im Angebot erneuerbarer Energien ausgleichen (>> hier); und werden damit zum Teil eines “intelligenten Stromnetzes” der Zukunft (>> mehr). Parkende Autos könnten Geld verdienen, indem sie mit billigem Strom geladen werden, und bei Spitzenpreisen entladen. Auch die Antriebstechnologie selbst bietet noch Perspektiven: Bei Hybridautos der zweiten Generation, wie den angekündigten Modellen Chevrolet Volt / Opel Ampera, wird der Antrieb ganz vom Elektromotor übernommen; der Verbrennungsmotor dient nur dazu, Strom für die Batterie zu erzeugen. Der Vorteil: Der Motor kann immer im optimalen Drehzahlbereich und damit sparsamer arbeiten; und der Großteil der Fahrten ist ohnehin so kurz, dass der Elektroantrieb ausreicht (auch diese Modelle können am Stromnetz aufgeladen werden, sind also Plug-In-Hybriden). Die meisten europäischen Hersteller setzen dagegen auf ein System, bei der der Elektromotor in einen konzentionellen Antrieb integriert ist - das System ist teurer, soll aber noch effizienter sein.

Batterien und Akkus

Batterien und Akkumulatoren können die in ihnen gespeicherte chemische Energie bei der Entladung als elektrische Energie freisetzten. Grundlage hierfür sind galvanische Elemente, in denen Redoxreaktionen ablaufen – in einer Halbzelle eine Reduktion, in der anderen eine Oxidation. Solche Reaktionen entstehen immer dann, wenn zwei Stoffe (Elektroden) mit unterschiedlicher Reduktionsfähigkeit in einen Stoff gebracht werden, der Strom leiten kann („Elektrolyten“). Bei der Oxidation gibt einer der Stoffe (negative Elektrode = Anode) Elektronen ab, die über einen Leiter in die andere Halbzelle fließen – es fließt ein elektrischer Strom – und dort von dem Reaktionspartner (positive Elektrode = Kathode) aufgenommen werden (das ist die Reduktion). Bei einem galvanischen Element sind die beiden Halbzellen durch eine Membran („Separator“) getrennt, zum Ladungsausgleich wandern die bei der Oxidation und Reduktion entstandenen geladenen Teilchen in die andere Halbzelle - diese „Ionenbrücke“ schließt den Stromkreis.

Bei der weit verbreiteten Alkali-Mangan-Batterie wird metallisches Zink oxidiert, in der anderen Halbzelle Mangandioxid reduziert, als Elektrolyt wird alkalischen Kaliumhydroxid verwendet. Bei der Redoxreaktion werden Anode und Kathode im Laufe der Zeit abgebaut, daher verlieren Batterien nach einiger Zeit der Benutzung ihre elektrische Spannung.

Anders bei Akkus: Diese sind wiederaufladbar. Beim Aufladen wird elektrische Energie wieder in Form chemischer Energie gespeichert. Ein Beispiel sind die „Starterbatterien“ in Autos, die keine Batterien, sondern Bleiakkus sind: Die Anode besteht aus Blei, die Kathode aus Bleioxid, als Elektrolyt wird (37 %ige) Schwefelsäure verwendet. Bei der Entladung gibt Blei aus der Anode Elektronen ab, an der Kathode wird Bleioxid zu Bleisulfat reduziert. Bei der Ladung des Akkus werden diese Vorgänge umgekehrt.

Weitere gebräuchliche Akkus sind Nickel-Metallhybrid-Akkus (Nickel-MH-Akkus), wie sie etwa Toyota in seinem Prius verwendet. hier besteht die Anode aus einer Metalllegierung, die Wasserstoff einlagern kann (Metallhybrid); die Kathode aus Nickelhydroxid, Kalilauge dient als Elektrolyt. Wegen ihrer höheren Energiedichte setzt die Industrie große Energie in die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Akkus, wie sie in Handys und Laptops verwendet werden: Deren Anode besteht aus Graphit, die Kathode aus Lithium-Metalloxiden, und verschiedenen wasserfreien Elektrolyten. Bei der Ladung werden Lithium-Ionen aus der Kathode in das Graphit der Anode eingelagert, beim Entladen werden sie unter Elektronenabgabe wieder frei und wandern zurück zur Kathode, wo wieder das Lithium-Metalloxid entsteht. Eine Weiterentwicklung sind Lithium-Polymer-Akkus, bei denen der flüssige Elektrolyt durch einen Polymer-Elektrolyten ersetzt wird; dieser erreicht noch höhere Energiedichten. Lithium ist hoch reaktiv, bei Beschädigung des Separators kann es daher zu Bränden kommen – einer der Gründe, warum Lithium-Akkus bisher in Autos noch nicht eingesetzt wurden. Keramikmembranen sollen zukünftig Schutz vor solchen Bränden liefern. Ein anderes Problem ist der Preis, der bei 1.000 Euro pro Kilowattstunde Speicherkraft liegt. Ein Akku für 16 Kilowattstunden – dem Energieinhalt von 2 Litern Benzin, dank der Effizienz von Elektromotoren bei moderater Fahrweise aber ausreichend für etwa 100 Kilometer Autofahrt – kostet etwa 16.000 Euro. Die Autoindustrie strebt einen Preis von 300 Euro an, aber auch damit kostet alleine der Akku fast 5.000 Euro (dazu kommt die teure Leistungselektronik und die Elektromotoren; der Mehrpreis dürfte etwa 10.000 Euro gegenüber einem vergleichbaren Modell nur mit Verbrennungsmotor betragen).

Bieten diese Autos tatsächlich Vorteile für die Umwelt oder liegt ihr Vorteil einzig im sparsameren Umgang mit Öl? Strom aus dem heutigen Kraftwerkspark ist nicht sehr viel klimafreundlicher ist als das Verbrennen von Benzin (>> hier), und Hybridautos brauchen zusätzlich Batterien, die am Ende ihrer Lebensdauer entsorgt werden müssen. Bezieht man dieses mit ein (also den gesamten Lebenzyklus der Autos), sind heutige Hybridautos nicht besser, aber auch nicht schlechter als sparsame Dieselfahrzeuge. Ein Vorteil werden sie mit mit steigendem Anteil erneuerbarer Energiequellen haben: dann wird das Autofahren mit Hybridautos klimaverträglicher sein.

Die Zukunft: Effiziente Motoren, Leichtbau - und Elektroantrieb

Aller Zukunftstechnologie zum Trotz: der Prius ist in Deutschland kein Verkaufsrenner (im Jahr 2006 wurden 3027 Stück in Deutschland zugelassen, bei 3,45 Millionen Neuwagen). Unter Fachleuten gilt das Design als zu sehr auf den amerikanischen Markt ausgerichtet. Das wäre doch eine Chance für die deutschen Hersteller, die sich rühmen, Trends setzen zu können. Noch ein Zitat aus dem Dauertest des Prius: “Unter ambitionierten Prius-Fahrern kommt es dabei durchaus zum Wettstreit, wer am wenigsten verbraucht...”. Vielleicht könnte ein solcher Wettstreit ja auch einmal unter den Auto-Ingenieuren entbrennen. Wäre das nicht eine Vision für die deutsche Automobilindustrie - sagen wir, für das Jahr 2030: ein komfortabler, sicherer und bezahlbarer Viersitzer, der 1,5 Liter verbraucht? Und “sexy” genug ist, auch Käufer zu finden? Das muss nicht unbedingt eine Hybridauto sein; die bei heutiger Technologie sehr schwere Batterie widerspricht nämlich einem anderen Zukunftstrend: dem Leichtbau.

Insofern ist die gegenwärtige Elektroeuphorie absehbar verfrüht. Es wird sehr wahrscheinlich noch viele Jahre dauern, bis Elektroautos wirklich konkurrenzfähig sind. Dabei sollte nicht vergessen werden, dass auch der klassische Verbrennungsmotor längst noch nicht ausgereizt ist, was das Einsparpotential angeht - zur Zeit werden die Motoren wieder kleiner, bleiben aber dank Turboaufladung leistungsstark (“downsizing”). Durch diese und andere Technologien können in naher Zukunft alleine motorseitig 20 bis 30 Prozent eingespart werden. Für die Zeit danach werden ganz neue Ansätze werden, etwa der Scuderi-Motor, der nach dem Split-Cycle-Prinzip läuft (die vier Arbeitstakte sind auf zwei Zylinderpaare verteilt) und Wirkungsgrade von fast 50 Prozent erreichen soll - bei gleicher Leistung also sparsamer ist. Dieser Motor, der zurzeit Testläufe absolviert, soll auch als “integrierter Hybridantrieb” angeboten werden: mit der Bremsenergie wird Luft verdichtet, die den Zylinder bei der Verdichtung “arbeitslos” macht.

Leichtbau - angesichts der Gewichtsabhängigkeit des Verbrauchs ein wichtiges Element künftiger Autos - mit neuen Materialien wurden in der Automobilindustrie nach Ansicht von Fachleuten lange Zeit “viel zu zögerlich angepackt” (620). Immerhin scheint sich dies jetzt zu ändern; dem Vernehmen nach wird etwa BMW sein für 2013 geplantes “Megacity Vehicle” mit einer Kohlefaserverbund-Karosserie bauen. In anderen Ländern wurde an solchen Autos schon längst gearbeitet - wenn auch nicht immer innerhalb der Automobilindustrie. Das “grüne Google” - die Entdeckung eines Produktes, das einer grünen Zukunft dient und mit dem man Milliarden verdienen kann, fasziniert längst das Silicon Valley in den USA: dort entstehen Konzepte wie der zweisitzige, dreirädrige Aptera mit leichter Kohlefaserkarosserie und einem Verbrauch von 0,8 Liter pro 100 km (www.aptera.com). Zwar ist für das Silicon Valley der Bau von Autos eine neue Erfahrung, wie die Anlaufschwierigkeiten des mit Laptop-Akkus betriebenen Sportwagens der amerikanischen Firma Tesla gezeigt haben (>> Tesla Motors). Dennoch: das Unternehmen wurde unter anderem von PayPal-Gründer Elon Musk und den Google-Eigentümern Sergei Brin und Larry Page finanziert; auch Daimler-Benz schien die Idee interessant genug, um sich mit 10 Prozent an Tesla zu beteiligen - die Smart-Elektroflotte fährt mit dem Tesla-Batteriesystem.

Die Speicherung von Strom ist das größte Hindernis auf dem Weg zu einem wirklich konkurrenzfähigen Elektroauto. Die derzeit modernste verfügbare Technologie sind Lithium-Ionen-Akkus (siehe >> oben); die begrenzte Reichweite und die Mehrkosten lassen es aber fraglich erscheinen, welchen Markterfolg Elektroautos heute hätten. Zudem gibt es Probleme, die etwa aus Mobiltelefonen und Laptops, wie diese Akkus auch verwendet werden, bekannt sind: Brandgefahr und begrenzte Lebensdauer. Die Brandgefahr soll etwa durch neue Keramik-Membranen gebändigt werden (>> mehr); und Hybrid-Pionier Toyota ist mit der Lebensdauer so unzufrieden, dass er diesen Akkutyp bisher noch nicht nutzt und weiter auf die bewährten, aber schwereren und weniger leistungsfähigen Nickel-Metallhybrid-Akkus setzt. Wie lange es bis zu einem wirklichen Durchbruch bei der Speichertechnologie kommt, kann heute niemand voraussagen; erste Großserienmodelle werden für 2012 erwartet. Ihr Haupteinsatzgebiet dürfte das Pendeln in städtischen Großräume sein, die meisten Pendler fahren höchstens 40 Kilometer, und dafür reicht die Reichweite allemal. Auch bei den Elektroautos erwächst der Autoindustrie durch die Abhängigkeit von Batterien eine ganz neue Konkurrenz: Der chinesische Hersteller BYD ist eine Gründung des weltgrößten Herstellers von Batterien für Mobiltelefone; das Unternehmen baut ausschließlich Hybrid- und Elektroautos und redet bereits von Millionenstückzahlen. Die Infrastruktur für Elektroautos - vor allem für die Schnellladung mit Starkstrom - ist allerdings noch aufzubauen; eine vollständige Umstellung des Autoverkehrs auf Elektroantrieb entspräche zudem einer Erhöhung des Strombedarfs um knapp 16 Prozent.

Die Alternative zur Stromspeicherung ist die Stromerzeugung, wenn er gebraucht wird: Auch das einst viel gepriesene Konzept der Brennstoffzellenautos ist nicht tot - es wird nur später kommen, als einst verkündet. Der japanische Hersteller Honda erprobt bereits Brennstoffzellenautos auf den kalifornischen Markt (>> mehr)), und auch Mercedes arbeitet weiter an der Technologie.

Webtipps

www.besser-autokaufen.de: Seite des Verkehrsclub Deutschland VCD, die zeigt, welche Autos auf dem Markt umwelttechnisch auf dem Stand der Zeit sind. Wichtige Informationen für alle, die heute schon etwas tun wollen!

Weiter mit:
>> Saubere Energie

Zurück zu:
>> Ein nachhaltiges Verkehrskonzept
>> Übersichtsseite Strategien für die Zukunft

© Jürgen Paeger 2006 - 2010