Elektromobilität – die neue Art der Fortbewegung

Verkehrsexperten und auch die Mehrzahl der Autofahrer zweifeln heute nicht mehr daran, dass der Elektromobilität die Zukunft gehört. Immer mehr Autohersteller entwickeln eine Modellpalette elektrisch betriebener Fahrzeuge und errichten parallel dazu neue Fabriken für die Fertigung der benötigten und so enorm wichtigen Batterien für die Speicherung von Strom. Sie stehen allerdings auch unter Druck.

Denn viele Länder haben bereits angekündigt oder befinden sich in der Planung, die Neuzulassung von Benzin- und Dieselautos in den kommenden Jahren komplett zu verbieten. In Norwegen soll es bereits 2025 so weit sein, in Dänemark, Indien, Irland, den Niederlanden und Schweden 2030, in Großbritannien und Taiwan 2035, in Frankreich und Kanada 2040. Andere – große – Autofahrernationen wie die USA, China und Deutschland haben noch keine konkreten Daten genannt, aber auch sie werden sich einem entsprechenden Beschluss bald nicht mehr entziehen können. Klar ist, dass die Mobilität der Zukunft aufgrund von Klimawandel, Luftverschmutzung und dahinschwindenden Erdölressourcen anders gestaltet und CO2-neutral werden muss, auch wenn es immer noch Stimmen gibt, die einen vom Menschen verursachten Klimawandel leugnen. Der Umstieg auf Elektromobilität kann angesichts von heute 1,3 Milliarden Autos weltweit – bis 2035 wird eine Erhöhung der Zahl auf zwei Milliarden geschätzt – einen sehr großen Teil zur CO2-Neutralität beitragen. Voraussetzung ist allerdings, dass der benötigte Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Geschichte und Entwicklung der Elektromobilität, sowie mit den Konsequenzen, die ein Umstieg nach sich zieht.

Was genau ist Elektromobilität?

Wenn wir von Elektro- oder E-Mobilität sprechen, meinen wir die Abkehr von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und stattdessen die Nutzung hauptsächlich von Elektroautos, aber auch von Bussen, Trucks, Motor- und Fahrrädern mit einem elektrischen oder teilelektrischen Antrieb. Gemeinsam ist allen Fortbewegungsmitteln, dass sie ihre Energie aus öffentlichen und privaten Stromquellen beziehen und als Energiespeicher eine Batterie an Bord haben.

Derzeit sind Elektrofahrzeuge vorwiegend in Städten und urbanen Lebensräumen zu finden, was einerseits an der immer noch recht beschränkten Reichweite und andererseits an der lückenhaften Infrastruktur der Ladestationen liegt. In den Städten zeigen sie allerdings bereits ihre Stärken, nämlich emissionsarm, leise und effizient unterwegs zu sein, so dass sie dort nicht nur für Privatpersonen, sondern auch für Taxi- und Lieferdienste oder Carsharing-Unternehmen eine ausgezeichnete Lösung darstellen. Mit Einschränkungen gehören auch Hybrid-Fahrzeuge in das Segment Elektromobilität. Sie fahren mit einer Kombination aus zwei Antrieben, einem Elektro- und einem Verbrennungsmotor. Für kürzere Strecken reicht der gespeicherte Strom in der Batterie, bei längeren Touren springt dann der Verbrenner ein. Von Plug-in-Hybriden spricht man, wenn die Autos nicht nur Energie beim Bremsen und Ausrollen zurückgewinnen, sondern sich auch an einer Steckdose aufladen lassen. Man kann aber heute schon feststellen, dass Hybride nur eine Brückentechnologie darstellen und vom Markt verschwinden werden, wenn die Entwicklung rein elektrisch betriebener Fahrzeuge weitergeht wie derzeit.

Die Entwicklung der Elektromobilität bis heute

 

E-Mobilität ist zwar seit einigen Jahren ein Trendthema – und wird dies aller Voraussicht nach im 21. Jahrhundert noch lange bleiben – aber sie ist weder brandneu noch eine Entwicklung unserer Gegenwart. Bereits im Jahr 1867, also noch bevor der erste Verbrennungsmotor das Licht der Welt erblickte, präsentierte der deutsche Ingenieur und spätere Großindustrielle Werner von Siemens auf der Pariser Weltausstellung einen elektrischen Generator, dem das dynamoelektrische Prinzip zu Grunde lag. Durch diese Erfindung wurde es möglich, überall dort günstig und flexibel Strom zu erzeugen, wo er benötigt wurde. In der Folge begann die Elektrifizierung unseres Alltags, der Industrie – und auch die von Fahrzeugen. Das erste „Auto“ überhaupt war ein Dreirad des französischen Ingenieurs Gustave Trouvé. Es wurde 1881 der Öffentlichkeit präsentiert und erreichte mit Elektromotor und Batterie eine Geschwindigkeit von 10 km/h, was zu der Zeit übrigens als bedenklich und gefährlich schnell angesehen wurde. Der erste Wagen mit Verbrennungsmotor, gebaut von Carl Benz, erlebte seine Vorführung hingegen erst 1886. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts entstanden zahlreiche weitere E-Autos und sorgten sogar für Rekorde. Der Belgier Camille Jenatzy beispielsweise schuf 1899 mit seinem elektrisch betriebenen „La Jamais Contente“ das erste Straßenfahrzeug überhaupt, das eine Geschwindigkeit von mehr als 100 km/h erreichte. In dieser Zeit gab es auch bereits Bahnen, die ihre Energie aus Oberleitungen oder Stromschienen bezogen. Zahlen aus den Jahren um 1900 belegen, dass Elektroautos zu Beginn des 20. Jahrhunderts weit verbreitet waren. So fuhren zum Beispiel in den USA 40 Prozent der Fahrzeuge mit Dampf, lediglich 22 Prozent mit einem Verbrennungsmotor und 38 Prozent elektrisch. Dass Verbrenner den geringsten Anteil hatten, lag allerdings nicht zuletzt an einem technischen Handicap: Die Autos mussten damals noch mit einer Kurbel gestartet werden, was durchaus mühsam war. Benziner verdrängten die anderen Antriebe erst, nachdem 1911 der elektrische Anlasser erfunden und zur Marktreife gebracht wurde.

Bei Eisenbahnen ging die Entwicklung weiter. Vor allem in Europa wurden die wichtigsten Strecken nach und nach elektrifiziert. E-Autos wurden hingegen in eine Nische gedrängt, obwohl sie nie ganz verschwanden. Erste neue Ansätze, die die heutige Entwicklung vorwegnahmen, waren die Einführung des Hybridmodells Toyota Prius in der Mitte der 1990er Jahre sowie der Tesla Roadster. Letzterer kam 2008 als erstes elektrisches Serienauto auf den Markt, das über ein Batteriesystem aus Lithium-Ionen-Zellen verfügte und seine Tauglichkeit auch auf Autobahnen und längeren Strecken bewies. Heute arbeiten alle großen Hersteller an der Weiterentwicklung von E-Autos und leistungsstarken Batterien, um für den Wandel gerüstet zu sein.

Vorteile und Herausforderungen der Elektromobilität

Nicht viele Themen sind in jüngerer Vergangenheit so kontrovers und zum Teil heftig diskutiert worden wie die Entwicklung der Elektromobilität. Es gibt eine Nachfrage, die auch kontinuierlich ansteigt, aber insgesamt ist der Anteil von E-Autos am deutschen Fahrzeugmarkt vergleichsweise gering. Stand Januar 2021 gab es rund 309.000 rein elektrisch fahrende Pkw und etwas mehr als eine Million Plug-in-Hybride bei einer Gesamtzahl von über 47 Millionen Pkw. E-Mobilität hat einige Vorteile, ist aber für Normalverbraucher immer noch auch mit zahlreichen Herausforderungen verbunden, die von einem Kauf abhalten.

Emissionsfreie Mobilität

E-Autos fahren ohne direkte CO2-Emissionen und können damit einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz und gegen den Klimawandel leisten. Voraussetzung ist jedoch, dass der nötige Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Sie tragen vor allem in den Städten und großen Ballungsräumen zu einer höheren Luftreinheit bei, so dass Fahrverbote etwa aufgrund von Feinstaubbelastungen obsolet werden.

Geringere Betriebskosten

E-Autos sind in der Anschaffung zwar noch teurer als Benziner oder Diesel, dafür schont der Unterhalt das Budget. Strom ist preisgünstiger als fossiler Brennstoff und auch nicht dessen teils heftigen Kursschwankungen ausgesetzt. Zudem entfallen Wartungskosten für Kupplung, Getriebe oder Ölwechsel, und der Verschleiß von Elektromotoren ist ebenfalls geringer als bei Benzin- und Dieselaggregaten.

Fahrspaß

Heulende Motoren und knatternde Auspuffanlagen gibt es zwar nicht, aber beim Fahrspaß muss man keine Abstriche machen, wenn man in ein E-Auto steigt. Beschleunigung und Geschwindigkeitsleistung unterscheiden sich kaum von herkömmlichen Fahrzeugen, und die geräuscharme Fortbewegung wird von vielen Fahrern als sehr angenehm empfunden.

Herausforderungen – Stand heute und in Zukunft

Neue Straßen oder gar Oberleitungen müssen für Elektroautos nicht gebaut werden. Stand 2021 gibt es allerdings noch einige Hürden und Herausforderungen, die einen schnellen und nachhaltigen Umstieg auf eine umfassende Elektromobilität bremsen.

Hohe Anschaffungskosten

Was den einzelnen Autofahrer zuerst interessiert, sind wahrscheinlich die Kosten. Die Anschaffungspreise sind im Vergleich zu herkömmlichen Autos gegenwärtig noch relativ hoch. Manche E-Autos kosten bis zu 10.000 Euro mehr als vergleichbare Verbrenner. Wer hohe Ansprüche an die Batterieleistung und Reichweite stellt, muss tief in den Geldbeutel greifen, denn die Akkus sind der kostenintensivste Faktor bei E-Fahrzeugen. Es gibt jedoch einerseits kompakte Einstiegsmodelle zu moderaten Preisen. Andererseits können mit staatlichen Förderungen (dem so genannten Umweltbonus sowie bis Ende 2021 einer Innovationsprämie) je nach Fahrzeug einige Tausend Euro gespart werden. Zudem werden die Preise kontinuierlich fallen, wenn mehr und mehr Menschen umsteigen.

Versorgung aus erneuerbaren Energien

Entscheidend für das Klima ist, die CO2-Emissionen so weit wie möglich zu verringern. Das bedeutet, dass der Strom für Elektrofahrzeuge aus erneuerbaren Energien gewonnen werden muss und nicht etwa aus Gas- oder Kohlekraftwerken. Zudem muss auch eine CO2-neutrale Produktion der Batterien gewährleistet sein. Erneuerbare Energien sind die Voraussetzung dafür, dass – wie es auch in den Zielen der Bundesregierung heißt – die Elektromobilität ihre großen Vorteile für Klima und Umwelt als Trumpf ausspielen kann. Untermauert wird dies durch eine Zahl des in den USA ansässigen International Council on Clean Transportation (ICCT). Demnach überholen E-Autos ihre Verbrenner-Kollegen mit Diesel- oder Benzinbetrieb in der Klimabilanz nach spätestens drei Jahren. Laut den Forschern vom ICCT wird dieser Vorsprung noch wachsen, wenn die Batterieherstellung umweltfreundlicher gelingt.

Kapazitäten, Gewicht und Kosten der Batterien

Technisch gesehen sind die Batterien der zentrale Baustein eines Elektrofahrzeugs. Mit ihnen steht und fällt die Attraktivität wie die Akzeptanz bei potenziellen Käufern. Elektromotoren sind ausgereift. Auch an der grundsätzlichen Konstruktion, an der Karosserie eines Autos änderts sich nichts. Batterien jedoch benötigen noch ein gutes Stück Weiterentwicklung, damit die Kapazitäten, die Kosten und auch das Gewicht so weit optimiert sind, dass dies keinen Nachteil gegenüber einem Wagen mit Verbrenner bedeutet. Für höhere Effizienz und bessere Wirkungsgrade sind technologische Innovationen gefragt. Zudem verläuft die Fertigung bisher noch nicht emissionsfrei und steht deshalb in der Kritik von Umweltschützern. Auch ist im deutschen Strommix derzeit noch Energie aus Kohlekraftwerken enthalten.

Reichweite

Je geringer die Leistungsfähigkeit verbauter Batterien ist, desto kürzer ist auch die Reichweite eines Elektroautos ohne erneute Aufladung. Kleine Modelle müssen häufig schon nach 150 bis 200 Kilometern an die Ladesäule, größere nach 250 bis 300 Kilometern. Für viele Autofahrer spricht das gegen einen Kauf, obwohl sie bei genauerer Überlegung für die meisten gefahrenen Strecken durchaus ein E-Auto nutzen könnten. Denn laut Bundesumweltministerium legen durchschnittliche deutsche Autofahrer an mehr als 80 Prozent der Tage weniger als 40 Kilometer zurück. Amerikaner fahren im Herbst rund 31,5 Meilen (~ 50,6 km), im Winter nur 26,2 Meilen (~ 42,1 km). Solche Distanzen sind für elektrisch betriebene Fahrzeuge überhaupt kein Problem.

Ladestationen

Wer lange Routen fährt, benötigt zwischendurch Ladestationen, um die Batterien wieder zu füllen. In diesem Punkt ist zu bemängeln, dass das Netz an Ladesäulen in Deutschland noch längst nicht optimal ausgebaut ist und auch kein einheitliches System bildet. Hierzulande müssen sich in den 50 größten Städten 11.800 Einwohner jeweils eine öffentliche Ladestation teilen. In der norwegischen Hauptstadt Oslo sind es lediglich 488 Einwohner, in Amsterdam 650. Autofahrer müssen ihre Routen anhand der Lage der Ladestationen gut planen und Wartezeiten in Kauf nehmen, denn selbst an den öffentlichen Schnellladesäulen dauert eine „Füllung“ rund eine halbe Stunde.

 

Lautstärke

Eine Schwierigkeit, die bei neuen Fahrzeugen jedoch mittlerweile behoben ist, war die geringe Lautstärke von Elektroautos bei niedriger Geschwindigkeit. Einerseits summen sie wohltuend leise und senken die Lärmbelästigung in den Städten. Andererseits werden sie von Fußgängern und Radfahrern häufig nicht akustisch wahrgenommen, was durchaus zu gefährlichen Situationen im Verkehr führen kann. Seit Juli 2019 müssen Neuentwicklungen deshalb mit einem so genannten Acoustic Vehicle Alert System (AVAS), einem akustischen Warnsystem ausgestattet werden. Die Einführung des AVAS für Neuzulassungen in der EU wird im Juli 2021 Pflicht. Das System erzeugt bei einer Geschwindigkeit von bis zu 20 km/h elektronisch erzeugte Geräusche wie ein Diesel oder Benziner. Bei höherer Geschwindigkeit sind dann die Rollgeräusche der Reifen ausreichend hörbar.

Bedeutung der Elektromobilität für Wirtschaft und Klima

Wie weiter oben bereits erwähnt, gehört der möglichst vollständige Ausbau der Elektromobilität und der Verzicht auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor zu den wichtigsten Faktoren im Kampf gegen den Klimawandel. Wenn einmal weltweit sämtliche Autos mit Strom aus erneuerbaren Energien fahren, werden die CO2-Emissionen rund um den Globus deutlich sinken. Die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und die damit verbundenen Probleme gehören dann der Vergangenheit an. Mit der Weiterentwicklung von Elektromobilität tun sich aber auch neue Märkte auf. Für die deutsche Industrie, an der die Automobilbranche mitsamt ihren Zulieferern einen bedeutenden Anteil hat, ist dies eine große Herausforderung, gleichzeitig aber auch eine riesige Chance. Denn langsam holen die großen deutschen Hersteller Versäumtes auf und werden irgendwann auf dem Elektroautomarkt genauso dastehen wie bei den Verbrennern. Das wird sich als vorteilhaft für die Wirtschaft und für die Umwelt erweisen. E-Autos und nachhaltige Batterien können viel zur geforderten Energiewende beitragen und Mobilität deutlich klimafreundlicher machen, als es bisher der Fall war. Es muss aber noch ein großer Umbruch geschehen, damit Deutschland sich zu einem Leitmarkt für Elektromobilität entwickeln kann. Zum einen muss der Wille zu einem Umstieg in den Vorständen und Aufsichtsräten der Hersteller festgeschrieben werden, zum anderen sind weiterhin viele Innovationen notwendig. Diese betreffen Fahrzeuge, Batterien, Antriebe und andere Komponenten, aber auch eine optimale Einbindung von E-Autos in Stromnetze und Verkehrsinfrastrukturen, Stichwort: Virtual City.

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