Plopp!

Warum man Autos prinzipiell am besten mit einem Elektromotor antreibt, habe ich schon beschrieben. Das haben auch Pioniere des Automobilbaus bereits so gesehen, nicht zuletzt Ferdinand Porsche.

Dennoch sind – von wenigen Nischen abgesehen – elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge für rund 100 Jahre aus dem Straßenbild und aus dem Bewusstsein der Ingenieure verschwunden. Und nicht wegen einer Verschwörung der Ölproduzenten, sondern aus einem einfachen technischen Grund, der sich in einem einzigen Begriff zusammenfassen lässt: Energiedichte.

Die Energiedichte wird üblicherweise in kJ/kg (Kilojoule pro Kilogramm) angegeben. Sie beschreibt die Menge an Energie (=gespeicherter Arbeit) die man in einem Kilogramm eines Energiespeichers unterbringen kann. Die Energiedichte der im Jahre 1900 von Ferdinand Porsche verwendeten Bleiakkus liegt bei gut 100 kJ/kg. Die Energiedichte von Dieselkraftstoff beträgt hingegen 45.400 kJ/kg, also das 454fache! Ein bisschen relativiert sich das durch den Wirkungsgrad, der beim E-Motor ca. 95% beträgt und bei einem modernen Dieselmotor nur etwas mehr als  40%. Weil der E-Motor der bessere Futterverwerter ist, muss ich für ihn nur halb so viel gespeicherte Energie mitnehmen, um die gleiche Arbeit leisten zu können. Noch immer ist die Reichweite mit Verbrennungsmotor und 50 kg Treibstoff aber mehr als 200 mal so lang wie mit Elektromotor und 50 kg Bleibatterien.

Wenn ich ein Auto habe, das mit Dieselmotor bei konstant 100 km/h  z.B. 5 l/100 km verbraucht, komme ich mit einer 50 kg schweren Tankfüllung (ca. 60 l) etwa 1200 km weit. Wenn ich in das gleiche Auto einen E-Motor einbaue, schaffe ich mit meinen 50 kg Bleiakkus hingegen nur sechs Kilometer! Kein Wunder, dass sich Verbrennungsmotoren durchgesetzt haben.

Ein moderner Lithium-Polymer-Akku bringt es immerhin schon auf eine Energiedichte von 540 kJ/kg, also mehr als das Fünffache des Bleiakkus. Das relativiert den Reichweitenvorteil des Verbrenners etwas, der Abstand bleibt jedoch beeindruckend.

Aber es geht weiter. Elektromotoren sind leichter als Dieselmotoren und nehmen weniger Platz weg. Was wir da an Raum und Gewicht einsparen, füllen wir doch gleich mal mit zusätzlichen Akkus auf! Von Vorteil ist dabei, dass man die Akkus im Gegensatz zum Motor beliebig im Fahrzeug unterbringen kann. Am besten, man packt sie ganz nach unten, das senkt den Schwerpunkt, was fahrdynamisch sehr von Vorteil ist. Nehmen wir also noch ein paar Kilo Akkus mehr mit. Am Ende haben wir dann z.B.  400 kg Hochleistungsbatterien an Bord, ohne dass unser Auto dadurch enger oder unbeweglicher geworden wäre als mit dem Dieselantrieb. Das verachtfacht unsere Reichweite nochmal. Die wächst damit- rein rechnerisch im obigen Beispiel bleibend – auf immerhin rund 250 km. Jetzt wird’s doch langsam interessant!

Jetzt pfriemeln die Ingenieurinnen noch ein bisschen am Fahrwiderstand rum. Vor allem den Luftwiderstandsbeiwert kann man beim Elektrofahrzeug minimieren, weil man ohne den massiven Motorblock mehr gestalterische Freiheit hat und keine großen Lufteinlässe für die Kühlung vorsehen muss. Außerdem konsequenter Leichtbau bei der Karosserie. Die Kilos, die man dabei einspart, werden flugs wieder mit Akkus aufgefüllt. Und so weiter. Und irgendwann sind wir bei einem modernen Oberklasse-Elektrofahrzeug wie dem Tesla S, der mit seinen 440 kg schweren Akkumulatoren  eine realistische Reichweite von ca. 400 km hat. Das ist fortgeschrittene Automobiltechnik! Dagegen sehen S-Klasse, Panamera und Siebener richtig alt aus.

Mit ziemlicher Sicherheit wird es gelingen, die Energiedichte der Akkus noch weiter zu steigern. Und Tesla* hat schon die ersten Schnellladestationen in Süddeutschland aufgestellt und plant viele weitere in ganz Europa. Damit dauert es nur noch eine halbe Stunde, die Batterien zu laden. So langsam kommt die  Sache ins Rollen. Oder, um auf das schöne Popcorn-Gleichnis in diesem Referat Bezug zu nehmen: Es hat „Plopp!“ gemacht. Aber gewaltig.

(Und wo soll nun der ganze Strom für die Elektrofahrzeuge herkommen? Dazu habe ich mir auch ein paar Gedanken gemacht.)

*von denen ich – leider – für diesen Blogpost nicht bezahlt werde.

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3 Kommentare zu “Plopp!

  1. willsagen.de » Blog Archiv » Warum Verbrennungsmotoren am Ende sind.

  2. Elektroautos und Ochsenkarren – Opa Hans

  3. Energie! – Opa Hans

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