Was ist der PKW-Antrieb der Zukunft?

Was ist der PKW-Antrieb der Zukunft?

Eines gleich mal vorweg – wenn wir ernsthaft bis 2050 eine Änderung der Mobilität hin zu einem klimaneutralen System schaffen wollen, führt aus heutiger Sicht kein Weg an Elektromobilität für das Auto vorbei.

Die Antriebsart der Zukunft für PKW wird nicht die eine oder die andere Technologie allein sein. Es wird einen vernünftigen Mix aus verschiedenen sinnvollen klimaneutralen Treibstoffarten geben müssen.

1.   Einleitung

80 % des Personenverkehrs erfolgt mit dem Auto. Vor allem in den ländlichen Regionen ist das Auto ein nicht wegzudenkendes Verkehrsmittel. In Österreich sind derzeit rund 5,4 Mio. PKW angemeldet. Das bedeutet eine Auto-Dichte von 0,6 PKW pro EinwohnerIn.

Wenn die ganze Welt die gleich hohe Dichte an PKW hätte wie Österreich, würde man gigantische Energiemengen benötigen. Das würde ein enormes Ressourcen- und CO2-Problem verursachen und zu einer gewaltigen Überlastung des Klimas führen. Andererseits wäre eine Vervielfachung des öffentlichen Verkehrs notwendig, um auf das Auto verzichten zu können, aber das ist nicht realistisch! Es ist auch nicht realistisch, dass so viel Geld in den öffentlichen Verkehr gepumpt wird.

Der Verkehr versursacht in Österreich knapp 23 Mio. Tonnen Treibhausgase bzw. ist für 46 % der Treibhausgasemissionen verantwortlich[1].

Der Sektor Verkehr in Österreich benötigt 110 TWh[2] Energie. Davon benötigen die PKW 45 TWh[3] und sind somit für 14 % des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich. Der Benzin- und Dieselverbrauch von PKW beträgt demnach rund 4,5 Milliarden Liter, davon werden bis dato 108 Millionen Liter Biodiesel und Bioethanol eingesetzt.

Durch technischen Fortschritt sind in den letzten Jahren die Fahrzeuge effizienter geworden. Gleichzeitig sind aber auch die gefahrenen Kilometer stärker angestiegen als die Effizienz der Fahrzeuge. Insgesamt ist der Energieverbrauch gegenüber 1995 um etwa 30 % gestiegen. Die jährlich erreichten Verbesserungen werden durch immer mehr und immer größere Autos wieder wettgemacht.

2.   Welches Auto rettet unser Klima?

Kein Auto rettet unser Klima! Daher lautet die korrekte Frage „Welche Antriebsart schont unsere Umwelt am besten?“.

Wenn laut aktuellem Regierungsprogramm bis zum Jahr 2030 die verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen deutlich reduziert und bis zum Jahr 2050 eine fossilfreie Mobilität[4] realisiert werden soll, ist ab sofort rasches Handeln gefragt. Jedes Benzin- und Dieselauto, welches heute neu angemeldet wird, ist eine Belastung für den Klimaschutz. Eine Umstellung des Treibstoffs ist aber nicht von heute auf morgen möglich. Anmerkung: ein im Jahr 2020 angemeldetes (dieselbetriebenes) Auto wird noch etwa 20 Jahre lang (bis 2040) in Betrieb sein und fossilen Treibstoff verbrauchen. Erst dann scheidet das Fahrzeug aus dem klimaschädlichen Kreislauf aus.

Wollen wir den Mobilitätsbereich ernsthaft umweltfreundlich und klimaneutral gestalten, müssten wir (unabhängig vom Energieträger) die Anzahl der Fahrzeuge und die zurückgelegten Kilometer deutlich verringern (z.B. halbieren).

Wenn wir in absehbarer Zeit schon nicht auf unsere „Heilige Kuh“ das Auto verzichten können – oder wollen – dann sollte wenigsten der Antrieb umweltfreundlich erfolgen.

3.   Welche Alternativen beim motorisierten PKW-Verkehr gibt es zu Benzin und Diesel?

Wie bereits angeführt beträgt derzeit der jährliche Benzin – und Dieselverbrauch von Österreichischen PKW 4,5 Milliarden Liter.

3.1.       Biosprit (Biodiesel/ Bioethanol)

Alternative Verbrennungstreibstoffe werden von der Motorenindustrie favorisiert (z.B. Biosprit). Doch woher kommt dieser Biosprit?

Die Summe aller landwirtschaftlichen Flächen in Österreich beträgt 2.671.174 ha (2016)[5]. Bei einem Biodieselertrag von 1500 Liter pro Hektar könnten demnach 4 Milliarden Liter Biodiesel produziert werden.

Alle in Österreich vorhandenen landwirtschaftlichen Flächen reichen daher nicht aus, um den derzeitigen Benzin- und Dieselverbrauch mit Biodiesel zu bewerkstelligen! Darüber hinaus könnten dann auch keine Nahrungs- und Futtermittel mehr produziert werden.

Benzin- und Dieselersatz aus erneuerbarer Energie klimaneutral herzustellen ist daher keine Option für einen flächendeckenden Umstieg. In bestimmten Nischen (z.B. in der Landwirtschaft/Traktoren) könnte Biosprit durchaus gut einsetzbar sein.

3.2.       Wasserstoff

Wasserstoff-Autos gelten als Hoffnungsträger für die automobile Zukunft. Diese haben keine Batterien, sondern sind mit einer Brennstoffzelle ausgestattet. Deshalb kennt man diese Fahrzeuge auch unter dem Namen „Brennstoffzellen-Autos“. Der Wasserstoff kann mit hoher Energiedichte gespeichert werden und wird mittels einer Brennstoffzelle im Fahrzeug zum Antrieb eines Elektromotors verwendet. Entscheidend, wie umweltfreundlich der Brennstoffzellenantrieb ist, ist die Herstellung des Wasserstoffs. Hier kann man im Wesentlichen zwischen „konventionellem“ und „grünem“ Wasserstoff unterscheiden.

Beim „konventionellen“ Wasserstoff wird dieser aus fossilem Erdgas hergestellt. Derzeit stammt der Großteil des verfügbaren Wasserstoffs aus Erdgas!

Beim „grünen“ Wasserstoff wird aus einer erneuerbaren Energiequelle (Biogas, Biomasse) oder Wasser mittels elektrischer Energie Wasserstoff hergestellt. Diese Elektrolyse könnte mit erneuerbarem Strom (Wind, Sonne) durchgeführt werden. Dazu bedarf es derzeit noch etwa die 3-fache Menge an Ökostrom als bei der direkten Nutzung von Strom im Elektrofahrzeug. Zahlreiche Forschungsprojekte beschäftigen sich derzeit damit, eine geeignete und effiziente Technologie für die Wasserstoffherstellung zu finden. Die Wasserstoffherstellung aus erneuerbarer Energie und Nutzung in der Brennstoffzelle ist also noch sehr ineffizient und enorm teuer.

Ich bezweifle, dass Wasserstoff sich als Antriebsenergie für PKW jemals durchsetzen wird. Aber – wie wir aus der Vergangenheit lernen können, setzen sich nicht immer die logischerweise besten und effizientesten Technologien durch. Wasserstoff hat im Energiesystem aber dennoch seinen Platz. Beispielsweise wird sich der Wasserstoff/Brennstoffzellenantrieb in naher Zukunft bestimmt bei sehr leistungsstarken und großen Verbrauchern wie Lokomotiven oder Schwerlastfahrzeugen (z.B. LKW), oder auch im Schiffsverkehr durchsetzen.

3.3.       Elektroauto

Der Elektroantrieb ist im Vergleich zu Verbrennungsmotoren sehr effizient und stellt gleichzeitig ein sehr großes Drehmoment auf den Antriebsrädern zur Verfügung. Die Effizienz bei Elektrofahrzeugen liegt bei rund 70 % (zum Vergleich: Bei einem Verbrennungsmotor und bei Wasserstoff liegt die Effizienz bei rund 25 %).

Würden wir in Österreich alle Benzin- und Dieselfahrzeuge durch Elektrofahrzeuge ersetzen, würde der gesamte Strombedarf um rund 20 % ansteigen. Dieser Mehrbedarf an elektrischer Energie erscheint aber machbar.

3.4.       Hybrid-Antrieb

Beim sogenannten Hybrid-Antrieb handelt es sich um eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektroantrieb. Im Fahrzeug sind beide Antriebstechnologien verbaut. Abhängig von der Hybridart kann man rein elektrisch einen kleinen Teil der Fahrstrecke auch ohne Verbrennungsmotor zurücklegen oder der Elektromotor unterstützt den Verbrennungsmotor, um kurzfristig eine zusätzliche Leistung zur Verfügung zu haben. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ergibt sich aus der Art der Ladung der Batterie. Entweder kann die Batterie nur im Fahrbetrieb geladen werden um kurzfristig zur Verfügung stehende Überschussenergie (z.B. beim Bremsen) zu nutzen, oder die kleine Batterie kann wie bei einem reinen Elektroauto von einer externen Stromquelle aufgeladen werden. Als Übergangslösung kann der Hybridantrieb für die nächsten Jahre durchaus eine sinnvolle Alternative sein.

3.5.       Schlussfolgerung

Die Antriebsart der Zukunft für PKW wird nicht die eine oder die andere Technologie allein sein. Es wird einen vernünftigen Mix aus verschiedenen sinnvollen klimaneutralen Treibstoffarten geben müssen.

Im Vergleich der derzeit verfügbaren alternativen Antriebssysteme erscheint für einen raschen und flächendeckenden Systemwechsel bei PKW die Elektromobilität die einzig realistische Technologie zu sein.

Herzlichst

Karl Puchas, Feldbach im Juni 2020

 

[1] UBA 2018: https://www.umweltbundesamt.at/umweltsituation/luft/treibhausgase/; #Mission2030, Zahlen ohne Emissionshandel

[2] 2017: https://www.bmlrt.gv.at/service/publikationen/energie/energie-in-oesterreich-2018.html

[3] 2017: https://www.vcoe.at/news/details/vcoe-energieverbrauch-des-verkehrs-seit-dem-jahr-1990-fast-verdoppelt (2016)

[4] #Mission2030: Österreich wird seine Treibhausgasemissionen bis 2030 um 36 % gegenüber 2005 reduzieren. Zudem wird ein Pfad eingeschlagen, der mit dem im Regierungsprogramm verankerten Ziel einer fossilfreien Mobilität bis 2050 kompatibel ist

[5] https://www.statistik.at/web_de/statistiken/wirtschaft/land_und_forstwirtschaft/index.html