Alles elektrisch oder was?

Batterie­elektrische Autos (BEV) gelten neuen Studien zufolge als die absoluten Klima­helden, weil sie mit dem Energie­mix der meisten euro­pä­ischen Länder über einen ganzen Lebens­zyklus hin­weg sauberer fahren als Autos mit Benzin- oder Diesel­antrieb. Allerdings gibt es hier noch immer eine schwin­den­de An­zahl Kritiker und Orga­ni­sa­ti­onen, die andere Tech­no­logien eben­falls als zukunfts­trächtig sehen. Wie seit Jahr­zehnten gilt Wasser­stoff als Zukunfts­tech­nologie. Vor 40 Jahren sollte über­schüssiger Strom aus Kern­kraft­werken die Wasser­stoff­welt möglich machen, heute soll es über­schüssiger Strom aus Wind- und Solar­anlagen richten. Geschehen ist seither wenig, auch wenn einige Firmen noch immer sub­stan­zielle Summen in den Wasser­stoff­antrieb in­ves­tieren. Andere, ins­be­sondere in letzter Zeit Daimler, haben sich de­mon­strativ aus der Tech­no­logie zurückgezogen.

Eher Zukunft hat dagegen der Plug-in-Hybrid (PHEV). Das sind Autos, die auf den ersten 50 bis 60 Kilo­metern elektrisch fahren. Wenn die Batterie leer ist, schaltet sich ein Benzin­motor zu. Das ist kom­pli­zierter als rein elek­tri­sches Fahren; dafür wird die Batterie kleiner, und die meiste Zeit fährt man damit elek­trisch, wenn die Batterie zu Hause auf­ge­laden werden kann. Einen Sonder­weg geht wie immer der ewige Anarchist der Auto­industrie, das japanische Unter­nehmen Mazda. Zum einen bietet das Unter­nehmen einen Motor an, der zwar eigentlich ein Benzin­motor ist, aber nach dem Diesel­prinzip funk­ti­oniert. Dabei wird wie beim Diesel Luft kom­pri­miert, mit einem mi­ni­malen Benzin­anteil, aber so, dass das Gemisch nicht zünd­fähig ist. Im letzten Moment wird etwas Treib­stoff ein­ge­spritzt, der lokal an einer Zünd­kerze zündet und den Rest des Gemischs auch noch zündet. Das System soll so sparsam und so ökolo­gisch sein wie ein Plug-in-Hybrid – aller­dings nicht auf allen genormten Zyklen. Es erfüllt des­halb nicht alle der auf Elektro­hybride aus­ge­legten ge­setz­lichen An­for­de­rungen. Der Mazda-Mager­motor emittiert aber weniger CO₂ als ein Plug-in-Hybrid, der häufig über längere Strecken ge­fahren wird oder nicht immer über Nacht auf­ge­laden werden kann, etwa wenn die Be­sit­zerin oder der Be­sitzer nur über eine «Laternen­garage» auf einem öf­fent­li­chen Park­platz ver­fügt. Gerade in grösseren Städten mit vielen Woh­nun­gen aus der Nach­kriegs­zeit dürfte das auf sehr viele Auto­besitzer zutreffen.

Allein um die Normen und Flot­ten­emis­sions­vor­schriften zu erfüllen, muss Mazda des­halb eben­falls Elektro­autos und Plug-in-Hybride anbieten. Doch Mazda wäre kein richtiger Anarchist, wenn das Unter­nehmen dafür nicht auch eine an­ar­chi­sche Lösung hätte. Es bringt seinen legen­dären Wankel­motor wieder ins Spiel. Zur Er­in­ne­rung: Statt mehr­erer, sich auf und ab bewegender Kolben hat der von Felix Wankel er­fun­dene Motor einen Kreis­kolben, der aus­sieht wie ein gleich­schenkliges Dreieck mit leicht nach aussen gewölbten Seiten. Eine Um­drehung be­schreibt alle vier Takte des Vier­takt­motors. Eine drei­eckige, etwa fünf Zen­timeter dicke Wankel­scheibe er­setzt drei kon­ven­ti­onelle Zylinder, ein Zwei­scheiben-Wankel entspricht einem Sechs­zylinder-, ein drei­schei­biger einem Neun­zylinder­motor. Vor­teile sind viel weniger Teile und dadurch eine billige, leichte und kompakte Bau­weise sowie hohe Dreh­zahlen. Das macht den Motor ideal für den Renn­sport. Nach­teile waren früher der grosse Durst und die Empfind­lich­keit gege­nüber ver­bleitem Benzin. Diese Probleme sind behoben, und deshalb soll der Wankel künftig nicht mehr die Räder direkt drehen, sondern nur noch einen Generator antreiben und damit Batterien laden. Damit werden die Batterien und deren öko­lo­gischer Fuss­abdruck kleiner, genauso wie jener des Motors. Denn der Wankel­motor kann mit viel weniger Energie­aufwand pro­du­ziert werden. Das Projekt verzögert sich im Moment etwas, aller­dings aus einem er­freu­lichen Grund. Offenbar hat Branchen­riese Toyota daran In­te­resse, was die Stück­zahlen grösser und die Preise tiefer machen würde. Aller­dings muss der Motor dafür noch «Toyota-kompatibel» gemacht werden, damit er in deren In­dus­tri­alisierung passt.

Ebenfalls sinn­voll sind Gas­an­triebe, vor allem weil sie auf kon­ven­ti­onellen Ver­bren­nungs­motoren basieren. Erd­gas­motoren haben den Vor­teil, dass sie viel weniger CO₂ aus­stossen und dass dieser An­trieb auf einer eigenen Netz­infra­struktur beruht und nicht das Strom­netz zu­sätzlich belastet. Zudem kann Gas CO₂-frei sein, etwa wenn Strom über das Power-to-Gas-Prinzip ins Gas­netz ein­ge­speist wird. Vor allem für schwere Nutz­fahr­zeuge ist Gas auch des­halb in­te­res­sant, weil es sich schnell tanken lässt und weil keine schwere Batterie nötig ist. Damit können sehr viele Kilo­meter täglich gefahren werden, und die Nutz­last bleibt gleich.

Immer wieder taucht auch die Idee von Press­luft­autos auf. Aller­dings ist Press­luft ein sehr schlechter Ener­gie­träger. Die Luft erhitzt sich beim Kom­pri­mieren und kühlt sich bei der nach­fol­genden Lagerung ab. Dabei geht sehr viel Energie ver­loren. Wird nun die kalte kom­pri­mierte Luft ent­spannt, sinken die Tem­pe­raturen nochmals, und mit der Aussen­luft­feuch­tig­keit bilden sich dicke Eis­klötze an den Luft­aus­lässen, welche das Fahr­zeug früher oder später blockieren. Druck­luft­fahr­zeuge haben sich des­halb nur im Berg­bau bewährt. Dort brachten Druck­luft­lo­ko­motiven immer auch frische Luft und Kühlung in die Stollen.

Technisch versierter und kommerziell sinn­voller ist da­gegen das Prinzip des Dampf­speicher­fahr­zeugs. Dabei wird ein Fahr­zeug an einer externen Dampf­quelle auf­ge­laden und fährt dann abgas­frei. Haupt­sächlich sind das Rangier­loko­motiven, von denen vor allem in Deutschland noch sehr viele in Betrieb sind. Sie werden ihrer minimalen Betriebs- und Unter­halts­kosten wegen geschätzt. Der Lade­vor­gang dauert wenige Minuten, und eine Ladung reicht in der Regel für einen ganzen Arbeits­tag. Die grössten dieser Loko­mo­tiven ziehen Züge mit einem Gewicht von 4500 Tonnen. Wenn der Dampf in einem Gas­kraft­werk erzeugt wird, besteht die Pro­duk­tion aus Elek­tri­zität und Dampf für die Fahr­zeuge. Das System ent­spricht so einem Gas-Kombi­kraft­werk mit einer mobilen Kom­ponente, hat einen Wirkungs­grad von deutlich über 50 Pro­zent und kann gleich­zeitig das Strom­netz stabilisieren. Tra­di­ti­onell besteht bei den Loko­mo­tiven der Energie­speicher aus Wasser. Möglich sind aber auch so­genannte Phase Change Materials (PCM), ins­be­sondere Salze, die sehr viel Wärme auf­nehmen können. Sinn­voll sind aber auch für thermische Solar­kraft­werke ent­wickelte Spezial­zemente. Die Batterie bestünde dann aus einem Beton­klotz, in den Leitungen und Wärme­tauscher ein­ge­gossen wurden. Eine solche Batterie kostet nur einen Bruch­teil einer elek­tri­schen Batterie und wäre zeitlich un­be­schränkt einsatz­fähig. Dampf­speicher­systeme eignen sich vor allem für schwere Nutz­fahr­zeuge oder Logistik­fahr­zeuge auf Flug­häfen, aber auch für Boote oder Linienbusse.

Das heisst aber nicht, dass es mit Dampf nicht auch schnell und klein und mit High­tech geht. In den «Roaring 20s» fuhren die ame­ri­ka­nischen Doble-Dampf­wagen auf Nasen­höhe mit Duesenberg, Bugatti und Maybach. Schon 1906 fuhr ein kaum 700 Kilo­gramm schweres Dampf­auto als erstes Fahr­zeug über­haupt in den USA schneller als 200 km/h und ein Jahr später sogar 300 km/h. Es wurde aber wenige Augen­blicke danach bei einem Crash kom­plett zerstört, weshalb der Rekord nicht zählte. Die da­ma­ligen Rennen fanden in Ermangelung von Asphalt­pisten bei Ebbe auf völlig ebenen Sand­stränden statt. Un­mittel­bar nach der Zeit­messung geriet der Wagen in eine kleine Mulde, durch die das Wasser ab­ge­flos­sen war, flog mehrere Dutzend Meter weit und zer­sprang in tausend Stücke. Der Fahrer, Fred Marriott, über­lebte und fuhr kurz darauf wieder Rennen. Sein Stanley-Rocket- Dampf­wagen ist bis heute das schnellste je gebaute Fahr­zeug mit weniger als 30 PS – ein Um­stand, der bei Formel-1-Kon­struk­teuren noch heute Be­wun­derung auslöst. Denn wer einmal die elek­tri­sche Brille ablegt, landet plötzlich noch bei ganz anderen Technologien.

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