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TU Berlin

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Forschung

Nur noch Emissionsfreie Autos ab 2030 – Vision und Wirklichkeit

Kann der Verkehr auf Energie aus fossilen Brennstoffen verzichten?

Lupe

Was der Bundesrat im Oktober 2016 beschloss, löste eine umfangreiche Diskussion aus, denn es hat weitreichende Konsequenzen: Spätestens ab dem Jahr 2030 sollen möglichst europaweit nur noch emissionsfreie PKW zugelassen werden – das „Aus“ für Diesel- und Benzinfahrzeuge. Um diesem Ziel näherzukommen, soll die EU-Kommission prüfen, ob die Steuer- und Abgabenpraktiken in diesem Sinne förderlich seien. Doch ist das hohe Ziel beim Stand der bisherigen technologischen Entwicklungen zu erreichen? „TU intern“ fragte zwei Fachleute nach ihrer Meinung.

Mission Zero Emission

Von Dietmar Göhlich

Die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen ist nur dann positiv, wenn sie mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden. Prof. Dr.-Ing. Dietmar Göhlich, Leiter des Fachgebiets Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik (MPM), Sprecher des vom BMBF geförderten Forschungscampus Mobility2Grid
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Emissionsfreier Verkehr – diese Forderung steht mittlerweile auf der Agenda zahlreicher kommunaler bis europäischer Initiativen. So forderte erst kürzlich der Deutsche Bundesrat die EU auf, darauf hinzuarbeiten, dass spätestens ab 2030 EU-weit nur noch emissionsfreie PKW zugelassen werden. Die Ziele sind Klimaneutralität – durch die Reduzierung der Treibhausgasemissionen – und eine Verbesserung der Luftqualität, insbesondere in Städten – durch reduzierte Schadstoffemissionen. Doch mit welchen Technologien lassen sich Treibhausgas- und Schadstoffemissionen nachhaltig reduzieren?
Durch Biokraftstoffe lässt sich die Klimaneutralität zumindest theoretisch auch mit konventionellen Verbrennungsmotoren erreichen. Biokraftstoffe aus inländischer Biomasse sind allerdings begrenzt: Bis 2030, so schätzt man, werden sie lediglich zehn Prozent des Energiebedarfs für den Straßenverkehr ausmachen. Der Import ist kritisch. Die Flächennutzung steht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Alternative Verfahren zur Gewinnung synthetischer Kraftstoffe sind sehr energieintensiv und werden aus heutiger Sicht keinen wirtschaftlichen Durchbruch erleben. Zudem bleibt beim Einsatz von Verbrennungsmotoren die Feinstaub- und Stickoxid-Belastung der Atemluft bestehen.

Elektrofahrzeuge hingegen sind lokal emissionsfrei, sie sind bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten leiser, erzielen im städtischen Verkehr mit niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Stop-and-go-Anteil wesentlich höhere energetische Wirkungsgrade und reduzieren somit den Primärenergiebedarf. Auf den ersten Blick können sie damit einen wesentlichen Beitrag zur urbanen Lebensqualität leisten.
Doch die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen ist nur dann positiv, wenn sie mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden. Der klimapolitische Nutzen ist also eng mit dem Gelingen der Energiewende verknüpft. Aktuell wird in Deutschland erst ein knappes Drittel des Strombedarfs aus regenerativen Quellen gedeckt. Es sind also noch viele Fragen offen: Wie kann der Ausbau der erneuerbaren Energien beschleunigt werden? Wie können durch die Einbindung von E-Fahrzeugen in intelligente Versorgungsnetze maximale Effizienz und Versorgungssicherheit erzielt werden? Und besonders dringend: Wie kann der Markthochlauf elektrischer Fahrzeuge beschleunigt werden? In Deutschland und Europa verläuft dieser sehr schleppend. In China dagegen wurden allein in den ersten acht Monaten dieses Jahres bereits 240 000 E-Autos und -Busse zugelassen. Hindernisse sind die begrenzte Reichweite, die hohen Kosten, aber insbesondere auch die fehlende Ladeinfrastruktur. Die Bundesregierung fördert nun den Aufbau eines flächendeckenden Netzes von Ladestationen in den nächsten drei Jahren mit 300 Millionen Euro.

In dicht besiedelten Städten kann die E-Mobilität zwar ihre ökologischen Vorteile am besten ausspielen, doch ein 1:1-Ersatz der privaten Fahrzeuge durch E-PKW wird kaum möglich sein, allein schon weil der Ausbau der Ladeinfrastruktur Grenzen hat. Dennoch sind die Bedingungen für den Erfolg der E-Mobilität in der Stadt günstig. So werden bereits heute Fahrzeugflotten gemeinsam genutzt und der intermodale Verkehr mit öffentlichen Verkehrsmitteln und Kleinstfahrzeugen wie E-Fahrrädern steigt. Die Automobilindustrie reagiert darauf: Fahrzeughersteller wollen und werden sich in Zukunft zu Mobilitätsanbietern weiterentwickeln.

Wir Forscher müssen nun Antworten auf viele technische und ökonomische Fragen finden, die mit der Einführung emissionsfreier Antriebstechnologien und Systemlösungen zusammenhängen. Der grundsätzlich eingeschlagene Weg in Richtung E-Mobilität ist jedenfalls der richtige, und für eine Übergangszeit ist die Kombination von Elektro- und Verbrennungsmotor in sogenannten „Plug-in-Hybriden“ durchaus eine gute Lösung.

Der Beitrag entstand unter Mitwirkung der Arbeitsgruppe Electric Transport Solutions (ETS) am Fachgebiet MPM.

www.mpm.tu-berlin.de

Verbrennung nicht verteufeln

Von Roland Baar

Tatsächlich gibt es keine technische Lösung, die einen umfassenden Ersatz des Verbrennungsmotors ermöglicht. Prof. Dr.-Ing. Roland Baar, Leiter des TU-Fachgebiets Verbrennungskraftmaschinen
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Die komplexe Diskussion um zukünftige Antriebssysteme ist nicht durch ein einfaches Entweder-oder zu klären. Die derzeitigen Möglichkeiten von Elektrofahrzeugen lassen ein ernsthaftes Verbot von Verbrennungsmotoren ab 2030 nicht zu. Vielmehr ist die Frage, wie künftig CO2-neutrale Mobilität erreicht wird. Hierfür gibt es verschiedene technische Lösungen, und Verbrennungsmotoren bieten auch langfristig sehr ansprechende Potenziale.

Ich staune, wie leichtfertig bei uns vom Ende von Verbrennungsmotoren gesprochen wird. Ein Land, das die Entwicklung und Produktion dieser Technologie wie kein anderes dominiert hat, gibt sie auf, ohne eine technische Alternativlösung. Die aktuelle Diskussion hat sich von den Fakten gelöst und wird von Dogmen bestimmt. E-Mobilität hat mehrere Schwächen, vielleicht unüberwindbare. Unsere Elektrizität wird heute noch lange nicht CO2-neutral produziert. Mit dem aktuellen deutschen Strommix erzeugen E-Fahrzeuge mehr CO2 als moderne Verbrennungsmotoren. Dass sich diese Situation schnell ändern kann, erscheint zweifelhaft. Einerseits ist es gesellschaftlich gewollt, die Kernenergie abzuschaffen, andererseits gibt es unter anderem zunehmenden Widerstand gegen Windenergie. Und selbst wenn unsere Elektrizität CO2-frei erzeugt wird, liegt die Zukunft der Mobilität in Verbrennungsmotoren. Besonders die Aufrechterhaltung des Langstreckenflugs erfordert eine Alternative zu fossilen, flüssigen Kraftstoffen. Diese sind heute in Form biologischer und synthetischer Kraftstoffe bereits greifbar. Elektrizität wird in synthetischen Kraftstoffen wie in Batterien chemisch gespeichert. Kraftstoffe haben dabei zwei Vorteile: Energiedichte und Tankgeschwindigkeit. Die aktuelle Diskussion lässt fälschlicherweise glauben, mit Batterien könne absehbar ein vergleichbares Niveau erreicht werden. Tatsächlich gibt es keine technische Lösung, die einen umfassenden Ersatz des Verbrennungsmotors ermöglicht. Wollen wir wirklich auf Elektromobilität setzen, deren Agenda nicht mehr hinterfragt wird und deren Zukunft primär von Hoffnung getragen ist?
Der Verbrennungsmotor darf nicht abgeschrieben werden. Die eigentliche Erfindung dahinter sind nicht Kolben, Einspritzsysteme oder Abgasturbolader, sondern es ist der Kraftstoff, der wiederum keine Erfindung des Menschen ist. Die Schöpfung hat Kohlenwasserstoff als idealen Energiespeicher erfunden. Wir merken es „am eigenen Leib“, wie Energie gespeichert wird. Auch Benzin und Diesel sind solche Kohlenwasserstoffverbindungen. Doch wir Menschen wollen es besser wissen und Energie in Batterien speichern.

In einer zunehmend virtuell werdenden Welt wird vielleicht vergessen, dass Energie zwar nicht sichtbar ist, aber doch real existiert und enorme Ressourcen benötigt. Die Verbrennung wird verteufelt, obwohl Feuer der Menschheit viel Gutes geschenkt hat, wie Schutz, Wärme und Licht. Dabei liegt das Problem darin, dass wir Menschen verschwenderisch viele Ressourcen verbrauchen. Doch dies wird nicht reduziert, indem man von Verbrennungsmotoren auf Elektromotoren umstellt. Das Gegenteil ist der Fall.
Die Frage der Technologie künftiger Antriebsstränge sollte im sportlichen Wettbewerb ausgetragen werden. Doch dazu muss man die Realität vollständig aussprechen. Naturgesetze lassen sich nicht verbiegen. Ich stelle mich jeder ehrlichen Diskussion, um zu zeigen, dass vermeintlich alte Technologie zukunftsweisend ist. Ein „Wettbewerb der Systeme“ ist auf jeden Fall ein guter Weg, die Zukunft der Antriebssysteme glaubwürdig zu bewerten. Die Zukunft wird geprägt von größerer Vielfalt von Energieträgern und Antriebssystemen. Elektrofahrzeuge für bestimmte lokale Anwendungen, Verbrennungsmotoren für Langstrecken und LKW sowie Hybridantriebe, die die Vorteile beider Systeme vereinen. Wir als Wissenschaftler müssen dabei helfen, innovative und nachhaltige Lösungen zu erarbeiten. Mit Mut, Ressourcen und nicht zuletzt Lust zur Forschung. Denn ich bin sicher, dass der Verbrennungsmotor uns alle überleben wird.

www.vkm.tu-berlin.de

Patricia Pätzold, "TU intern" 16. Dezember 2016

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