Alternative Antriebe

Der Begriff Alternative Antriebstechnik (Synonym „Alternative Antriebe“) umfasst Konzepte, die sich hinsichtlich Energieart oder konstruktiver Lösung von den auf dem Markt verbreiteten Antriebstechniken unterscheiden. Mit diesen neuen Techniken verbindet sich die Hoffnung, dass sich die erkennbaren Probleme hinsichtlich Umweltbelastung oder Erdölversorgung lösen lassen.

Beispiele

Elektrofahrzeug Twike ^[1] in Freiburg

Elektro-Transporter Micro-Vett in Rom

Der Tesla Roadster ist ein Elektroauto

Erdgas-Taxi in Bremen

Biodiesel (RME)-Taxi in Graz

Vier typische brasilianische full flex-fuel Modelle von verschiedenen Herstellern, umgangssprachlich als Flex-Auto bekannt. Diese Fahrzeuge laufen in beliebigem Gemisch mit Ethanol und Benzin.

Konzepte mit wesentlich abweichenden Antriebskonzepten:

Hybridantrieb

Hier werden bei Hybrid Elektrischen Fahrzeugen Energieumwandlung und Energieabgabe durch Energiespeicher zeitlich getrennt und/oder es werden parallel zwei Energieumwandlungsmaschinen benutzt (Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine). Als Energiespeicher werden Akkumulatoren oder Doppelschichtkondensatoren benutzt. Ein ungelöstes Problem ist die große Masse des gesamten Antriebsaggregates.

Elektroantrieb bzw. Solarfahrzeug

Elektrofahrzeuge beziehen die Energie aus vorher in die an Bord befindlichen Energiespeicher gespeicherter Energie, Solarfahrzeuge erhalten vor und während der Fahrt einen Zugewinn durch an Bord befindliche Solarzellen. Die gewinnbare Menge ist jedoch nur für sehr verbrauchsarme Fahrzeuge merkbar und verlängert hier die Reichweite (siehe auch Elektroauto).

Weitere Konzepte

• Gasexpansionsmotor
• Heißluftmotor (Ericssonmotor, Stirlingmotor, Vakuummotor)
• Druckluftauto
• Wasserstoffverbrennungsmotor
• Vielstoffmotor
• Holzmotor

• Elektro-Schubanhänger

Hubkolbenmotoren

• Stelzer-Motor

Alternative Kraftstoffe mit herkömmlicher Verbrennungskraftmaschine

Alternative Kraftstoffe können im Betrieb oder insgesamt helfen, die Abhängigkeit von fossilen Kraftstoffen und die Emissionen zu verringern. Die Effizienz ist besonders bei neuen Kraftstoffen noch verbesserbar, wodurch sich die Umweltbilanzen noch verschieben könnten.

Auch alternative Kraftstoffe erfordern eine Anpassung der Kraftfahrzeugtechnik. Dies mag die Kraftstoffversorgung, die Verbrennungskraftmaschine oder die Sicherheitseinrichtungen betreffen.

• Wasserstoffantrieb in der Verbrennungskraftmaschine

Wasserstoff eröffnet für die Verbrennungskraftmaschine neue Potentiale durch seine sehr hohe Zündwilligkeit und Oktanzahl. Die Speicherung ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden. Eine Speicherung in flüssiger Form, die die Reichweite vergrößern würde, ist jedoch nicht mit längeren Stillständen vereinbar, da Wärmeverluste eine blow-off von Wasserstoff erzwingen.

• Biodiesel

Biodiesel ist bereits in Mengen am Markt, wird jedoch hauptsächlich als Beimischung verwendet. Die moderne Einspritztechnik mit hochgezüchteten Hochdruck-Einspritzsystemen hat dazu geführt, dass Fahrzeuge zwar für den Betrieb mit 100 % Biodiesel ausgelegt sind, aber nur für max. 10 bis 20 % freigegeben werden, da technische Probleme bei den Dieseleinspritzpumpen auftraten. Die Verdünnung des Motoröls lässt sich im Betrieb überwachen. Ebenso sind Partikelfilter einsetzbar.

• Ethanol-Kraftstoff

Ethanol wird heute überwiegend in Additiven eingesetzt (ETBE). Besonders Multi-point Einspritzsysteme vertragen bereits jetzt bis zu 20 % Ethanol im Kraftstoff (E20), darüber hinaus sind so genannte Flexible Fuel Fahrzeuge nötig, die für die Verwendung von E85 Kraftstoff (85 % Ethanol, 15 % Super Plus) ausgelegt sind, aber auch mit reinem Benzin betrieben werden können. Es gibt Motoren, deren Leistung bei Verwendung von E85 anstelle Benzin um 20 % steigt. Steuergeräte zur Nachrüstung von Ottomotoren auf E85 befinden sich in der Entwicklung.

• BtL-Kraftstoff

Synthetische Kraftstoffe versprechen weniger technische Probleme als Biodiesel im Motor und erlauben Zwitter aus Diesel und Otto-Prinzip, werden jedoch erst in ferner Zukunft kostengünstig in Mengen am Markt sein.

• Erdgasfahrzeuge

Erdgas verursacht bei der Umsetzung einen geringeren Aufwand als Wasserstoff und ist wegen der geringen Kosten derzeit sehr beliebt, nicht zuletzt bei Städten wegen der vergleichsweise geringen Emissionen. Die Anpassung der Verbrennungskraftmaschinen ist jedoch noch nicht abgeschlossen, direkt einblasende hoch aufgeladene Ottomotoren die in die Nähe von Dieselmotoren kommen, versprechen geringere Energieverbräuche. Derzeit sind diese besonders bei bivalenten Konzepten höher als die von Dieselmotoren. Erdgas wird durch Bohrungen gewonnen und ist damit genau wie Benzin und Diesel ein endlicher, fossiler Rohstoff. Da es theoretisch bis zu 25 % weniger CO2 und deutlich weniger Schadstoffe bei der Verbrennung freisetzt, gilt es als Übergangslösung hin zu nachhaltigeren Alternativen (z. B. Wasserstoff, Biogas).

• Flüssiggas als Kraftstoff, Autogas

Als Flüssiggas werden Gase bezeichnet, die bei geringem Druck flüssig sind. Es handelt sich dabei um längerkettige Kohlenwasserstoffe wie Propan, Propen, Butan, Buten oder auch Ether-Verbindungen wie Dimethylether (DME). Flüssiggas kann in Fahrzeugen mit Ottomotor benutzt werden, der Aufwand für die Nachrüstung ist dabei gering. Aufgrund des geringen Speicherdrucks können die Tanks bei PKWs torusförmig sein und anstelle des Ersatzrades verbaut werden, wodurch die Gesamtreichweite des Fahrzeugs bei unverändertem Kofferraum deutlich steigt, da der originale Benzintank erhalten bleibt. Im Unterschied zu Methan oder daraus abgeleiteten Kraftstoffen wie DME beträgt die CO₂-Einsparung bei Autogas 10-15 %, die Schadstoffemissionen sinken im Vergleich zum Benzinbetrieb drastisch. Methan kann auch direkt aus Biogas oder Holzgas gewonnen werden, während die Bestandteile von Autogas (Propan und Butan) Beiprodukte der Destillation von Erdöl, beispielsweise bei der Benzinherstellung sind. Sie sind damit endliche Energiequellen, dennoch muss zu ihrer Gewinnung kein zusätzliches Erdöl gefördert werden. Man kann gewissermaßen von Abfallprodukten der Benzin- und Dieselgewinnung sprechen.

• Pflanzenöl-Kraftstoff

Heute werden alternative Antriebe auch für weniger nachhaltige Fahrzeugkonzepte wie Sport-Geländewagen benutzt. Damit werden zwar die Verbräuche auf einem normalen Niveau stabilisiert es werden jedoch im Vergleich zu vernünftigen Fahrzeugkonzepten keine Einsparungen realisiert.

Je nach lokalem Energiemix beim Energieeinsatz gibt es bevorzugte Investitionspfade. Betrachtet man den Übergang zu nachhaltigen Energieträgern sektorübergreifend, so ist eine Verwendung von Wasserstoff im Verkehr wegen der hohen Energieverluste und Kosten der Produktion, der Aufbereitung und des Transportes nicht zu befürworten ^[2]. Jedoch ist in Ländern mit besseren agrarischen Produktionsbedingungen bzw. höherem Solareintrag oder anderen natürlichen Energiequellen wie Geothermie und weniger alten hochemittierenden fossilen Kraftwerken es durchaus sinnvoll Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor durch Brennstoffzellenfahrzeuge zu ersetzen oder Agrarkraftstoffe einzusetzen.

Anforderungen für den Einsatz alternativer Antriebe

Um kostspielige Fehlinvestitionen zu vermeiden, müssen besonders bei gewerblich genutzten Flotten die Technologien auf den Anwendungsfall abgestimmt werden, da sie selten alle Vorteile des Verbrennungsmotors zugleich in sich vereinigen. Die wesentlichsten Kriterien sind:

• Reichweite
• maximale Leistung (Beschleunigung, Steigungen)
• Stabilität bzw. Konstanz der gespeicherten bzw. an Bord vorgehaltenen Energie
• akzeptable Tankprozedur in Bezug auf Sicherheit, Dauer und Wirkungsgrad der Gesamtenergiekette von der Quelle bis zum Rad
• Abwesenheit von Gefahr für Insassen und Umgebung

Quellen

1. ↑ [1]
2. ↑ [2] Bewertung alternativer Treibstoffe und Antriebe

Siehe auch

• Niedrigenergiefahrzeug

Weblinks

• Unterrichtsprojekt zum Thema
• Infos des UBA
• EU-Projekt zur Verbreitung Alternativer Kraftstoffe und Alternativer Antriebstechnik