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Die Erdölvorkommen sind begrenzt. Und selbst wenn: Nahhaltigkeitskonzepte, wie etwa die 2000Watt-Gesellschaft, begrenzen unseren Energieverbrauch für Mobilität auf einen Bruchteil des aktuellen Verbrauchs, nämlich von aktuell 30% auf nur 12%. Wie also den Verbrauch senken? Im folgenden Artikel wirft der Studio!Sus einen Blick auf innovative Antriebstechnologien und stellt alternative Treibstoffe vor. Gleichzeitig aber diskutieren wir auch die Probleme, mit welchen diese neuen Technologien konfrontiert sind.

Nadja Gross

 

Vor 170 Jahren (1839) wurde das erste Elektromobil gebaut, 1860 folgte das erste gasbetriebene Automobil. Doch als 1886 der benzinbetriebene Motor erfunden, und anfangs des letzten Jahrhunderts durch die gesteigerte Erdölförderung auch Benzin verfügbar wurde, gewann der Benzinmotor das Rennen gegen den Elektromotor. Private Mobilität wurde für die Massen erschwinglich. Im Laufe des letzten Jahrhunderts stieg die Fahrzeugflotte stetig an und hat gemäss Schätzungen 2010 die Milliardengrenze geknackt. Ein Ende des Wachstums ist nicht abzusehen, vor allem in Schwellen- und Entwicklungsländern beginnen die Märkte mit zunehmendem Reichtum erst so richtig abzuheben. Die Nachfrage nach fossilen Energieträgern würde explodieren, würden diese Fahrzeuge alle konventionell betrieben. Doch wie kann dieser Energiebedarf gesenkt werden?

Alternative Antriebstechnologien

Alternativen zum Benzinmotor gibt es wenige, welche momentan als marktreif bezeichnet werden können. Es sind dies einerseits Verbrennungsmotoren mit anderen Treibstoffen, namentlich Erdgas und Biotreibstoffe, andererseits elektrischer Antrieb, sei dies durch gespeicherte Energie in Batterien oder in Brennstoffzellen umgewandelte chemische Energie (aus beispielsweise Wasserstoff oder Methanol). Schlussendlich gibt es noch die Kombination der beiden in Form von Hybrid-Antrieben, welche wahlweise mit einem Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor angetrieben werden können. Erdgas als alternativer Treibstoff hat sich einigermassen etabliert im Vergleich zu anderen Technologien. Für 2011 werden 10'000 registrierte Erdgas-Fahrzeuge erwartet. Obwohl zwar ebenfalls ein fossiler Treibstoff (wenn nicht Biogas eingesetzt wird), verursacht Erdgas weniger direkte Emissionen (Luftschadstoffe und C0 2) und ist somit besonders im Stadtverkehr (z.B. bei Wintersmog) von Vorteil. Zudem gibt es ein bestehendes Verteilnetz, womit ein Tankstellennetz vergleichsweise einfach aufzubauen ist. Erdgas wird somit als Übergangstechnologie gehandelt, bis andere, nachhaltige Technologien oder Treibstoffe marktreif sind.

Zur Zeit sind Elektroautos gross im Kommen. Es gibt kaum einen Hersteller, der nicht ein Modell auf den Markt gebracht hat. Doch ein wirklicher Ersatz ist es noch nicht. Bis bessere Batterien vorhanden sind, können keine wirklich grossen Reichweiten garantiert werden. Die Ladedauer von mehreren Stunden ist ein weiterer grosser Nachteil. Wer will schon in die Ferien fahren und alle 400 km acht Stunden Pause einlegen. Einige Grossstädte wie etwas London oder Berlin, aber auch Austin (TX) oder Los Angeles (CA) und weitere befinden sich momentan im Aufbau von Aufladestationsnetzen. Andererseits stellt sich dann die Frage, ob nicht gerade in Grossstädten mit gut ausgebauten öffentlichen Verkehrsnetzen nicht eher diese gefördert werden sollten statt Individualverkehr. Generelle Abhilfe zum Ladeproblem schaffen könnten Systeme, welche nach dem Postkutschen-Prinzip funktionieren: Statt Pferde kann man die leere Batterie gegen eine volle eintauschen. «Better Place» ist eine Firma, welche diese Idee in einigen Städten Israels und Dänemarks bereits umgesetzt hat. Um den momentanen Elektroautos eine Chance zu geben, ist ein solches System nötig. Eine weitere, etwas futuristische Idee sind unter der Strasse verlegte Ladeschleifen, welche vorbeifahrende Autos, resp. deren Batterien, per Induktion aufladen. Dennoch sind reine Elektroautos, momentan und wohl auch in Zukunft, als Lösung der Mobilität mehr als fragwürdig. Hybridantriebe kombinieren Verbrennungsmotoren mit Elektromotoren, welche es ermöglichen den Verbrennungsmotor unter optimalen Bedingungen laufen zu lassen. Je nach dem fährt man also direkt mit dem Verbrennungsmotor oder dieser wird verwendet um die Batterien des Elektromotors aufzuladen. Ausserdem wird beispielsweise auch Bremsenergie zurückgewonnen und gespeichert. So kann der Verbrauch gesenkt werden. Nachteile sind allerdings, dass die Technologie doppelt eingesetzt (zwei Antriebssysteme) und das Zusatzgewicht der Batterie mitgeführt werden muss. Andererseits können durch Plug-in-Hybrids, welche zusätzlich am Stromnetz aufgeladen werden können, die Verbrauchswerte des Autos wiederum gesenkt werden. Schlussendlich sind dies nun Elektroautos mit grösserer Reichweite durch den Verbrennungsmotor. Diese können auch zur Deckung der Spitzenlast genutzt werden. Sogenannte «Vehicles-to-Grid» speichern elektrische Energie zu nachfrageschwachen Zeiten (nachts) und führen diese zu Spitzenzeiten wieder ins Netz zurück und ermöglichen damit, dass weniger teure Spitzenlastkraftwerke in Betrieb sein müssen. Mehr zu Vor- und Nachteilen von Elektroautos später.

Brennstoffzellen wandeln chemisch gebundene Energie (meist aus Wasserstoff oder Methanol) direkt in elektrische Energie um. Damit entfällt gegenüber dem Elektroauto das Mitführen von gewichtigen Batterien. 2008 wurden erstmals serienmässig Brennstoffzellen in Autos eingebaut, der grosse Durchbruch lässt aber weiterhin auf sich warten. Denn Brennstoffzellen werden hauptsächlich mit Wasserstoff angetrieben. Das ist nicht ganz unproblematisch: Ein Verteilnetz muss gebaut werden und ist aufwändiger als beispielweise für Erdgas. Wasserstoff ist im Umgang nicht ungefährlich und erfordert auch spezielle Massnahmen gegen Diffundierungs- und Verdunstungsverluste. Ausserdem muss Wasserstoff erst einmal hergestellt werden, was heutzutage aus Erdgas und mit Unmengen von elektrischer Energie geschieht. Es stellt sich die Frage, ob die dafür nötige Elektrizität nicht besser direkt in Elektroautos verwendet wird.

Alternative Treibstoffe

Treibstoffe, welche aus pflanzlichen oder tierischen Stoffen gewonnen werden, erfahren ein starkes Wachstum. Die EU fördert Biodiesel aus Raps, die USA subventionieren Bio-Ethanol aus Mais. Auch andere Länder fördern Biodiesel aus Ölpflanzen. Die dadurch ausgelöste Nachfrage führt aber beispielsweise zu Erstellung von Monokulturen, auch auf Fläche von gerodetem Regenwald. Dabei werden die Biodiversität gefährdet und sehr grosse Mengen an C0 2 freigesetzt. Zu grossen Diskussionen Anlass gibt auch die Tatsache, dass Nahrungsmittel für die Treibstoffproduktion eingesetzt werden (Weizen, Mais und Zuckerrohr für Bio-Ethanol, Raps, Sonnenblumen, Soja oder Ölpalmen für Biodiesel). Verschiedene Studien haben gezeigt, dass die Ökobilanz der meisten Agrotreibstoffen nicht nur gut sind und die Ersparnisse kleiner als zuerst gedacht, manche sogar deutlich schlechter als bei fossilen Treibstoffen. Vor allem, wenn weitere Umweltaspekte ausser C0 2 und Primärenergie berücksichtigt werden, gibt es nur noch wenige Treibstoffe (wie etwa aus der Verwendung von Reststoffen, Abfällen und Holz), welche deutlich besser abschneiden und Potenzial als nachhaltige Energiequelle aufweisen.

Eine andere Möglichkeit bilden Treibstoffe aus Algen (Ethanol), welche in küstennahen Gebieten hergestellt werden können. Dieser Weg wird intensiv verfolgt und verspricht eine mögliche Alternative zu Agrotreibstoffen aus Nahrungsmitteln zu sein. Es wird allerdings noch geforscht, wie die Produktion optimiert und wo die grossen Landflächen für die Wasserbecken zur Verfügung gestellt werden können. Ein ähnlicher Weg wird mit der Zucht von Bakterien verfolgt, welche direkt einen Biodiesel-ähnlichen Stoff oder auch Methan als Abfallprodukt produzieren. Grosse Zukunftsmusik wird auch an der ETH gespielt: Aus Sonnenkraft, Wasserstoff und C02 soll ein Solartreibstoff hergestellt werden, welcher in gewöhnlichen Verbrennungsmotoren verwendet werden kann. Die Effizienz liegt zwar noch unter 1%, aber in einigen Jahren könnte die Marktreife erreicht sein.

... und vielleicht bleibt doch alles beim Alten

Denn auch die Benzin- und Dieselmotoren bleiben technologisch nicht einfach stehen. Damit machen sie den neuen Technologien grosse Konkurrenz. Vor allem sind sie preislich sehr viel attraktiver. Wer beispielsweise ein teures Hybrid- Auto in der Schweiz mit einem sparsamen und günstigeren Benzin/Dieselmodell vergleicht, findet einige Modelle, die einen nur wenig schlechteren Verbrauch aufweisen. Verfechter der Elektroautos sollten bedenken, dass nicht nur die zuvor beschriebenen Probleme wie Reichweite und Ladestationen ein Thema sind, sondern vor allem die Frage nach der Herkunft der Elektrizität ungeklärt ist. Klar, erneuerbare Energien wie Wind oder Photovoltaik werden in Zukunft ihren Beitrag leisten. Aber auch der übrige Elektrizitätsbedarf will damit gedeckt werden, welcher ebenso steigt. Man denke etwa an den Einsatz von Wärmepumpen für Raumheizung, welcher einen grossen zusätzlichen Bedarf an Elektrizität generiert. Nötige Übertragungsnetze aus den Produktions- in die Nutzungsgebiete sind nur ungenügend vorhanden und kosten viel Geld in der Errichtung. Wind kommt von den Küstengebieten, Photovoltaik aus dem Süden. Die Produktion dieser beiden Technologien fallen nicht gleichmässig als Bandenergie, sondern eher als Spitzenlast an (Wind) oder Mittellast (Photovoltaik) an und müssen somit gespeichert werden. Elektroautos werden vor allem nachts geladen, wo keine Solarenergie anfällt. Dazu fehlen noch geeignete Speichermöglichkeiten für die tagsüber anfallende Elektrizität. Bis allerdings Windenergie und Photovoltaik (oder welche Technologien auch immer) soweit sind und auch gespeichert werden können, wird die Elektrizität grösstenteils nuklear oder durch Kohle gedeckt werden. Dies ist alles andere als nachhaltig oder CO 2-frei.

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