Verrückt

Ich fahre mit meiner ZOE zu einem Seminar (übrigens 180km einfache Strecke, eine Zwischenladung) und stelle sie auf dem Parkplatz zwischen die Fahrzeuge der anderen Teilnehmer/innen, ausnahmslos Autos mit Verbrennungsmotor.

Die elektrische ZOE bleibt natürlich wegen der Sticker nicht unbemerkt. Ohne dass ich das Thema irgendwie anschneide, werden in der Pause Kommentare über Elektroautos abgegeben. Sie gipfeln in der mit einiger Vehemenz vorgetragenen Bemerkung eines Teilnehmers:

„Ich müsste ja verrückt sein, ein Elektroauto zu fahren!”

Wirklich? Schaun wir da doch mal genauer hin. Vielleicht ist es ja viel verrückter, ein Auto mit Verbrennungsmotor zu fahren…?

Der Verbrennungsmotor

Der gute alte Verbrennungsmotor treibt nun schon seit über 100 Jahren unsere Autos an, sei es als Ottomotor (Benzin) oder als Dieselmotor. Wie funktioniert so ein Teil eigentlich? Ich erkläre es jetzt mal den Kindern.

Verbrennungsmotoren – Erklärung für Kinder

Wenn man etwas, das kalt ist und brennbar ist, anzündet, dann wird es heiß. Wenn etwas heiß wird, dann will es sich ausdehnen. Ausdehnen heißt, es braucht mehr Platz. Wenn kein Platz da ist, macht es Druck. Druck bedeutet, es drückt kräftig auf alles, was im Weg ist. Je heißer, desto kräftiger drückt es. Diese Druckkraft kann man nutzen, um damit etwas zu bewegen und z.B. die Räder eines Autos zu drehen.

Wie geht das? Mit einem ziemlich raffinierten Trick:

Man nimmt ein Rohr und tut etwas, das kalt und brennbar ist, hinein. Dann verschließt man das Rohr und zündet das, was drin ist, an. Daraufhin wird alles, was in dem Rohr drin ist, sehr heiß und will sich ausdehnen, und zwar kräftig. Wenn das Rohr jetzt zu dünn wäre, könnte es sogar platzen! Das nennt man dann eine Explosion. Damit das nicht passiert, macht man das Rohr aus ganz festem Material, z.B. aus dickem Metall. Dann kann die Kraft nicht raus.

Jetzt haben wir ein verschlossenes heißes Rohr mit viel Kraft drin. Die Kraft ist sozusagen in dem Rohr gefangen. Nun können wir bestimmen, was sie tun soll.

An einem Ende des Rohrs haben wir ein bewegliches Teil eingebaut, das sich im Rohr hin und herschieben lässt. Dieses Teil ist auf eine komplizierte Weise mit den Rädern verbunden. Die Kraft drückt jetzt auf dieses Teil und schiebt es ein Stück vor sich her. Dann ist sie erschöpft. Die Räder haben sich dabei schon ein wenig gedreht. Sehr weit sind wir aber noch nicht gekommen.

Also wiederholen wir das Ganze. Wir füllen neues brennbares Material in das Rohr, verschließen es wieder und zünden es wieder an. (Falls ihr euch jetzt fragt, wie wir das machen, wo doch das Rohr verschlossen ist: Stellt euch vor, im Rohr haben wir ein Feuerzeug eingebaut, das wir von außen bedienen können.) Wieder wird es in dem Rohr sehr heiß. Die Kraft drückt von innen auf die Wände und schiebt das bewegliche Teil. Die Räder drehen sich ein weiteres kleines Stück.

Und so geht das immer weiter – so lange wir was zum Verbrennen haben, das wir in das Rohr tun können.

Damit unser Auto nicht nur ruckweise fährt, müssen wir das ganz oft und sehr schnell hintereinander machen.

So ein Motor heißt Verbrennungsmotor, denn da wird etwas drin verbrannt. Was verbrennen wir da? Etwas, das möglichst gut brennt und sich einfach einfüllen lässt. Meistens Flüssigkeiten wie Benzin oder Diesel, manchmal auch Erdgas oder ein anderes brennbares Gas.

Beim Herauslassen der Kraft aus dem Rohr müssen wir noch aufpassen. Zusammen mit der Kraft kommt nämlich auch Rauch aus dem Rohr. Rauch entsteht überall, wo etwas verbrannt wird. Manchmal ist dieser Rauch unsichtbar, aber er ist immer da. Und meistens ist er giftig. Wir sollten ihn besser nicht einatmen.

Beim Einfüllen von Benzin oder Diesel müssen wir auch aufpassen. Diese Flüssigkeiten sind nämlich ebenfalls ziemlich giftig. Sie riechen auch sehr streng. Puh! Auch das sollten wir besser nicht einatmen und die Flüssigkeiten nicht auf unsere Haut oder auf den Boden tropfen lassen.

Jedes Mal, wenn wir das, was wir in das Rohr getan haben, anzünden, gibt es einen Knall. Weil wir das so schnell hintereinander tun, wird aus den vielen Knallen eine Art lautes Brummen. Das ist so laut, dass wir uns beim Autofahren eigentlich die Ohren zuhalten müssten. Dann könnten wir aber nicht mehr lenken. Außerdem würden wir mit unserem Auto alle Leute aufwecken, wenn wir nachts damit fahren. Deshalb haben sich kluge Leute Tricks ausgedacht, wie das laute Brummen leiser gemacht werden kann.

Es gibt auch Leute, die es mögen, wenn ihr Auto Krach macht. Damit wollen sie andere Leute beeindrucken. Sie denken sich deshalb Tricks aus, um leise Autos wieder lauter zu machen. Die anderen Leute verdrehen aber meistens nur die Augen und ärgern sich über den Krach. So unterschiedliche Leute gibt es.

Das Benzin, das wir in unserem Motor verbrennen, wird dabei verbraucht. Was wir verbrannt haben, ist weg. Wir benötigen daher zum Fahren einen Vorrat, den wir mitnehmen können, sonst werden die Fahrten sehr kurz. Deshalb bauen wir ein Fass in unser Auto ein. Dieses Fass füllen wir mit Benzin und verbinden es mit einem Schlauch mit dem Motor.  Das Benzin kann dann aus dem Fass immer schön in den Motor laufen. Mit so einem Fass voller Benzin kommen wir schon ganz schön weit.

Irgendwann ist das Fass aber mal alle, und was dann?

Dann fahren wir zu einer Tankstelle. Dort ist unter der Erde ein viel größeres Fass mit Benzin vergraben. Aus diesem Tankstellenfass pumpen wir neues Benzin in unser Autofass. Wenn das Autofass voll ist, können wir wieder fahren. Bis es wieder leer ist. Dann fahren wir wieder zu einer Tankstelle.

Und wenn das Fass der Tankstelle leer ist?

Dann kommt ein großer LKW mit einem sehr großen Fass voller Benzin angefahren und füllt das Tankstellenfass wieder auf.

Und woher holt der LKW das Benzin?

Nun, also da gibt es irgendwo richtig rieeesige Fässer mit Benzin, so groß wie ein Haus. Da fährt der LKW hin und füllt sein LKW-Fass.

Und wenn die rieeesigen Fässer mal leer werden?

Ja, dann kommen gigantische Schiffe mit unglaublich großen Fässern übers Meer gefahren. In den unglaublich großen Fässern dieser Schiffe ist Erdöl. Daraus macht eine Fabrik an Land Benzin. Damit werden dann die hausgroßen Fässer wieder aufgefüllt.

Und woher holen die Schiffe das Erdöl?

Aus fernen Ländern, wo das Öl tief unter der Erde in großen Höhlen gefunden wird. Diese Höhlen muss man mit riesigen Bohrern von oben anbohren und dann kann man das Öl aus diesen Höhlen herauspumpen und die Schiffe damit befüllen. Dabei muss man gut aufpassen, denn auch das Öl ist sehr giftig. Manchmal passiert es, dass so ein Ölschiff untergeht. Wenn das Öl dabei ins Meer fließt, sterben viele Tiere und Pflanzen.

Und wenn die Höhlen leer sind und kein Öl mehr darin ist?

Ja, dann…

Verbrennungsmotoren – Erklärung für Erwachsene

Vom Energiegehalt des in Verbrennungsmotoren eingesetzten Brennstoffs kann prinzipbedingt nur ein Bruchteil in mechanische Bewegung umgesetzt werden. Nur der Effekt der Volumenvergrößerung der heißen Reaktionsprodukte im Zylinder wird dafür genutzt. Die ganze restliche durch die Verbrennung frei werdende Energie geht als Wärme in die Umwelt und muss durch aufwändige Kühlsysteme abgeführt werden, damit der Motor nicht überhitzt.

Autos mit Verbrennungsmotoren sind also im wesentlichen Atmosphärenheizungen auf Rädern. Größtenteils produzieren sie heiße Luft und Schall und Rauch. Ihr Wirkungsgrad liegt selbst bei hochoptimierten Modellen unter Idealbedingungen bestenfalls um die 40%. Diese Bedingungen sind aber in der Praxis der automobilen Alltagsnutzung nicht annähernd gegeben, da reduziert sich das auf nur noch 20%.

Kalte Motoren verbrauchen z.B. deutlich mehr Kraftstoff, deshalb sind Verbrennungsmotoren im Kurzstreckeneinsatz besonders ineffizient.

Nicht eingerechnet in diese Wirkungsgradbetrachtung ist der Energieverbrauch der ganzen Kette Ölfeld-Erschließung – Ölförderung – Transport – Kraftstoffherstellung – Distribution. Hier wird es nochmal besonders interessant.

Mehr als die Hälfte des weltweit geförderten Öls wird mit Tankern transportiert. Die – wie die meisten großen Schiffe – verheizen in ihren Schiffsdieselmotoren höchst umweltschädliches Schweröl. 2009 wurde bekannt, dass nur 15 der weltgrößten Schiffe insgesamt mehr Schadstoffe ausstoßen als alle damals 760 Millionen Autos weltweit. (Quelle)

Auch die Raffinerien verbrauchen unglaublich viel Energie. Das fällt gern unter den Tisch. Für jeden produzierten Liter Sprit werden ca. 1,6 kWh benötigt. (Quelle) Ein Auto verbraucht bei 7 Litern / 100 km also nochmal indirekt 11,2 kWh / 100 km. Das reicht schon für ein leichtes Elektrofahrzeug.

Der Zukunfts- und Trendforscher Lars Thomsen hat auf der internationalen „Motor und Umwelt“-Konferenz der AVL List GmbH am 12. Sep. 2013 in Graz einen Vortrag zum Thema „Elektromobilität: Revolution der Automobilindustrie” gehalten und darin ein schönes Beispiel zur Veranschaulichung der Effizienz von Verbrennungsmotoren gegeben:

„Sie laden gute Freunde ein und die Freunde bringen Ihnen als Gastgeschenk eine sehr sehr gute Flasche Wein aus Ihrem Keller mit. Sie sind richtig tief in ihren Keller gegangen und haben gefunden: eine unglaublich schöne Flasche Castello Banfi Summus Jahrgang 2000, eine der schönsten Toskaner, die je gemacht wurden. Knappe Ressource: Es gibt weniger als 800 Flaschen davon, noch, und sie müssen jetzt auch getrunken werden, aber einmal getrunken – für immer weg. Genau so wie mit jedem Liter Öl, den wir verbrennen.

Und der Besuch kommt und übergibt Ihnen die Flasche und sagt: Das ist unsere letzte. Aber sie ist’s uns wirklich Wert. Und Sie sagen: Toll, super! Freut uns, machen wir heute Abend auf, OK?

Sie machen den Korken auf, riechen am Korken – kein Kork, ist noch gut der Wein – und Sie gehen zum Ausguss in der Küche und gießen 80% des Weines in den Ausguss.

Was meinen Sie, wie Ihr Besuch Sie anguckt. Mit sooo großen Augen, und sagt: Sach mal, spinnt ihr?! Das könnt ihr doch nicht machen! Das kommt nie wieder!

Und Sie sagen: Hocheffizient – wir können immer noch 20% davon trinken! Prost!”

Nun ist Öl eine Ressource, aus der nicht nur Kraftstoff gemacht wird. Es ist der Rohstoff für einige strategische Grundelemente unseres modernen Lebens, beispielsweise für Kunststoffe und als Energielieferant für die Herstellung von Mineraldünger. Es statt dessen ineffizient, mit 80% Verlust, in Motoren zu verbrennen, ist daher ziemlich dumm.

Millionen Liter Kraftstoff werden allein dadurch verschwendet, dass Verbrennungsmotoren im Leerlauf drehen, im Stand, beispielsweise an roten Ampeln oder im Stau. Ohne irgendeinen Nutzeffekt. Wirkungsgrad 0%. Praktisch die ganze Flasche Wein in den Ausguss gekippt.

Selbst die Energie, die letztlich zur Fortbewegung genutzt wird – genauer, zur Beschleunigung der Fahrzeugmasse – endet als Wärme in den Bremsscheiben. Da gilt es schon als toll, wenn das Auto bergab oder beim Ausrollen durch Schubabschaltung einfach nicht noch zusätzlich Sprit verbraucht. Aber um die mit großem Energieeinsatz einmal beschleunigte Fahrzeugmasse wieder abzubremsen, fällt den Autobauern nichts besseres ein, als diese Energie zwischen Bremsbacken und Bremsscheiben in Reibungswärme zu verwandeln. Es ist aber auch ein Dilemma, denn ein Verbrennungsmotor kann aus dieser Energie eben nicht wieder einfach Sprit machen und in den Tank zurückfließen lassen… Am Ende kommt also wieder nur heiße Luft heraus.

Wenn man vom Auspuff doch dasselbe sagen könnte! Kohlendioxid (CO₂) ist noch ein relativ harmloses Reaktionsprodukt, aber leider nicht das einzige. Etliche Abgasbestandteile sind akut toxisch und/oder akut atmosphärenschädigend, z.B. Stickoxide, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, PAK (Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe) etc. Katalysatoren zur Abgasreinigung funktionieren erst, wenn sie ihre Arbeitstemperatur erreicht haben und können auch nicht alle Schadstoffe in harmlose Stoffe umwandeln.

Mit dem Abgas von Verbrennungsmotoren ausgestoßener Feinstaub ist besonders problematisch, weil er lungengängig ist und sich an den Partikeln Schwermetalle ablagern, die somit inkorporiert werden.

Im Laufe der Entwicklung von Verbrennungsmotoren wurden diese durch immer ausgeklügeltere Steuerungen, Zusatzaggregate (Turbo) und aufwändige Abgasbehandlung (Katalysator, Partikelfilter) immer komplexer. Es wurden immer mehr Teile, die einem natürlichen Verschleiß unterliegen, defekt werden können und dann erneuert werden müssen. Daher sind die Wartungskosten relativ hoch.

Fazit Autos mit Verbrennungsmotor

Ich fasse mal zusammen:

• Autos mit Verbrennungsmotoren verschwenden 80% der eingesetzten Energie.
• Der Rohstoff Erdöl ist eine endliche Ressource.
• Erdöl durchläuft eine lange Erschließungs-, Verarbeitungs- und Distributionskette, die selbst viel Energie verbraucht und enorme Umweltschäden verursacht, noch bevor es als Treibstoff überhaupt im Auto angelangt ist.
• Erdöl ist giftig, die daraus hergestellten Treibstoffe (Benzin und Diesel) sind giftig und entweder nachgewiesenermaßen krebserregend (Benzin) oder stehen im Verdacht, Krebs zu verursachen (Diesel). (Steht an jeder Zapfsäule im Kleingedruckten.)
• Verbrennungsmotoren verbrennen diese giftigen Treibstoffe in ebenfalls giftige Abgase und Staubpartikel.
• Verbrennungsmotoren sind laut.
• Verbrennungsmotoren sind komplex und fehleranfällig, daher wartungsintensiv.

Das alles klingt für mich schonmal ziemlich verrückt.

Schauen wir uns jetzt mal zum Vergleich Elektromotoren an.

Der Elektromotor

Der erste praxistaugliche Elektromotor wurde bereits 1834 von Moritz Hermann von Jacobi in Potsdam entwickelt. Elektroautos hatten bereits um 1900 eine Reichweite von ca. 100km.

Wie funktioniert nun ein Elektromotor? Ich erkläre auch dies zuerst mal den Kindern:

Elektromotor – Erklärung für Kinder

Guckt mal hier, das ist ein Magnet. Kennt ihr von der Kühlschranktür. Wenn ihr einen Magneten ganz langsam an ein Stück Eisen heranbewegt, könnt ihr spüren, wie er vom Eisen angezogen wird. Lässt man ihn dann los, bleibt er – Klack! – an dem Eisen haften.

Die Kraft, die den Magneten zum Eisen zieht, nennt man Magnetkraft. Sie ist ziemlich geheimnisvoll. Selbst die meisten Erwachsenen können nicht richtig erklären, was das für eine Kraft ist. Ich auch nicht. Aber sie ist da und kann Dinge bewegen.

Wenn man zwei Magneten zusammenschiebt, merkt man, dass sie sich entweder anziehen oder abstoßen. Es hängt davon ab, welche Seiten der Magneten man zusammenschiebt.

Jeder Magnet hat nämlich immer zwei Seiten, die nennt man Pole. Um sie zu unterscheiden, sagt man zu dem einen Pol Nordpol und zu dem anderen Pol Südpol. Wie bei unserer Erde, die hat auch einen Nordpol und einen Südpol.

Schiebt man zwei gleiche Pole zusammen, also z.B. Nordpol gegen Nordpol, dann stoßen sie sich ab. Man braucht richtig Kraft, um die Magneten auf diese Weise zusammenzudrücken. Wenn die Magneten stark genug sind, schafft man das gar nicht.

Unterschiedliche Pole der Magneten hingegen ziehen einander an. Wenn man nicht will, dass sie zusammenstoßen, muss man auch richtig Kraft aufwenden, um sie daran zu hindern.

Jetzt lasst mal den einen Magneten los und bewegt den anderen langsam so auf ihn zu, dass sich zwei gleiche Pole gegenüberstehen. Was passiert? Richtig, der andere Magnet wird weggeschoben. Ohne dass wir ihn berührt hätten. Cool, oder? Das macht die Magnetkraft.

Es gibt noch eine andere geheimnisvolle Kraft, die heißt Elektrizität. Oder auch elektrischer Strom. Und obwohl wir alle möglichen elektrisch betriebenen Geräte benutzen, kann auch hier kaum ein Erwachsener erklären, was Elektrizität eigentlich ist. Sie ist unsichtbar, aber bringt Lampen zum Leuchten, macht, dass unsere Computer und Handys funktionieren, erzeugt Wärme und bewegt Dinge. Starke Elektrizität kann gefährlich sein. Wenn man etwas, wo Strom drin ist, ohne Schutz berührt, kann die Elektrizität einen umhauen. Wie ein Blitz. Der ist nämlich auch Elektrizität.

Magnetkraft und Elektrizität sind so etwas wie Verwandte. Überall, wo Strom durch Metall fließt, entsteht auch eine Magnetkraft. Und überall, wo Magnete sich bewegen, entsteht in Metall auch Elektrizität. Und auch Elektrizität hat zwei Pole, die nennt man hier aber Pluspol und Minuspol.

Als ein paar kluge Menschen das entdeckt hatten, kamen sie auf eine pfiffige Idee. Sie nahmen ein Stück Rohr und schoben in der Mitte eine Eisenstange durch, die sich drehen ließ. Diese Stange umwickelten sie mit Draht. In die Innenseite des Rohrs klebten sie einen starken Magneten.

Wenn man jetzt durch den Draht elektrischen Strom fließen lässt, erzeugt dieser Strom in der Eisenstange eine Magnetkraft. Die Stange wird dadurch auch zu einem Magneten, aber nur so lange, wie Strom durch den Draht fließt. Wird der Strom abgeschaltet, ist die Stange wieder nur eine einfache Stange.

Der Magnet, zu dem die Stange wird, hat wie alle Magneten einen Nordpol und einen Südpol. Auch der innen im Rohr eingebaute Magnet hat einen Norpol und einen Südpol. Was passiert?

Die Stange versucht sich so zu drehen, dass ihr Nordpol und der Südpol des Magneten im Rohr einander möglichst nahe sind. Sie bewegt sich also. Wenn sie sich dahin gedreht hat, hört sie aber auf, sich zu bewegen. Das ist natürlich blöd, denn sie soll sich ja die ganze Zeit drehen, damit man daran Räder befestigen und irgendwo hin fahren kann. Hmmm.

Jetzt kommt ein ganz cooler Trick: Der Strom, der durch den Draht fließt, hat ja auch Pole, Plus und Minus. Wenn man die jetzt vertauscht, fließt der Strom genau anders herum durch den Draht. Dadurch müssen Nordpol und Südpol der Magnetkraft in der Stange ihre Plätze tauschen. Wo eben noch der Nordpol war, ist plötzlich der Südpol!

Was glaubt ihr, was der Magnet im Rohr dazu sagt – dem gefällt das gar nicht! Denn auf einmal liegen Nordpol und Nordpol dicht beisammen und Südpol und Südpol auch. Die Magnetkraft stößt sie von sich weg, damit schnell wieder Norpol und Südpol einander nahe sein können: Die Stange dreht sich! Allerdings wieder nur eine halbe Runde.

Wenn wir das nun aber wieder ganz schnell und sehr oft hintereinander machen – Plus und Minus der Elektrizität im Draht vertauschen –, dreht sich die Stange im Rohr andauernd. Jetzt haben wir einen Elektromotor.

Beim Elektromotor müssen wir das Rohr gar nicht verschließen wie beim Verbrennungsmotor. Es gibt keine Druckkraft, und deshalb auch kein Hin und Her eines beweglichen Teils im Rohr. Dieses Hin und Her müssen wir beim Verbrennungsmotor erst noch kompliziert in eine Drehbewegung tricksen, weil die Räder ja rund sind. Das brauchen wir beim Elektromotor nicht. Die Eisenstange dreht sich ja bereits. Das macht den Elektromotor viel einfacher zu bauen, mit viel weniger Teilen.

Die Magnetkraft, die die Eisenstange im Elektromotor dreht, ist auch viel kräftiger als die Druckkraft, die im Verbrennungsmotor entsteht. Deshalb kann man Elektromotoren viel kleiner bauen als gleich starke Verbrennungsmotoren.

Und weil im Elektromotor nichts verbrannt werden muss, um die Magnetkraft zu nutzen, entsteht auch kein giftiger Rauch. Es knallt und brummt auch nichts. Manchmal summen Elektromotoren ein bisschen. Das hört sich ungefähr so an: Huuuiiiiiiiii…, aber da muss man schon genau hinhören.

Verbrennungsmotoren brauchen Brennstoff, und was brauchen Elektromotoren? Was wir in den Draht schicken: Strom. Elektrizität. Wo kommt die nun aber her? Muss man die auch aus unterirdischen Höhlen pumpen?

Muss man nicht. Mit Strom hat es eine ganz besondere Bewandnis. Wir können selbst welchen machen.

Wenn man Strom irgendwo nutzen will, damit er was tut – z.B. einen Elektromotor antreiben – dann muss man an einer anderen Stelle irgendetwas anderes tun, um Strom zu erzeugen. Man muss Kraft einsetzen. Kraft kann man in Elektrizität umwandeln. Die kann man dann zum Elektromotor oder zu einer Lampe oder zu einem Computer transportieren und dort wieder freilassen.

Strom ist so etwas wie verzauberte Kraft. Diese verzauberte Kraft können wir in viele verschiedene Formen verwandeln – in Magnetkraft, in Wärme oder in Licht. Umgekehrt können wir Kraft aus vielen verschiedenen Formen in Strom verwandeln.

Zum Beispiel Wind, das ist eine starke Kraft. Wie kann man aus Wind Strom machen? Man baut ein großes Windrad. Der Wind will mit seiner Kraft die Windradflügel beiseite schieben, die stehen ihm nämlich im Weg. Die Flügel lassen sich aber nicht wegschieben, nur drehen. Also dreht der Wind das Windrad mit den Flügeln dran. In dem Windrad ist ein Generator eingebaut. Das ist fast genau so ein Ding wie ein Elektromotor, nur dass da diesmal zwei Magneten drin sind, eins im Rohr und eins in der Stange. Wenn man jetzt die Stange dreht, entsteht in dem Draht, der um die Stange gewickelt ist, Elektrizität. Die kann man dann über eine Stromleitung irgendwoanders hin leiten und dort nutzen. Je kräftiger der Wind weht, desto stärker ist der Strom, den man so bekommt.

Oder Sonnenlicht. Auch Sonnenlicht ist eine Art Kraft, die man in Elektrizität verwandeln kann. Das machen diese ganzen Solarzellen, die fast überall auf den Dächern sind. Die Lichtstrahlen der Sonne kitzeln diese Solarzellen, so dass darin viele winzige elektrische Pluspole und Minuspole entstehen. Die kann man dann als Strom wieder weiterleiten und anderswo benutzen.

Wie transportiert man Elektrizität? Strom kann sich besonders gut in Metall bewegen. Deshalb spannt man überall, wo Elektrizität gebraucht wird, Drähte auf. Wenn man viel Strom braucht, sind das ganz dicke Drähte. Wenn man die nicht sehen will, kann man sie auch als Kabel vergraben. Das ist aber ziemlich teuer, weil dafür ja erstmal ein tiefer Graben gebuddelt werden muss.

Strom fließt in den Drähten unglaublich schnell. Um ein Mal um die ganze Erde zu fließen, braucht er nicht mal eine halbe Sekunde. Deshalb ist Elektrizität praktisch sofort überall verfügbar, wo ein Draht hinführt.

Wenn wir mit Strom Auto fahren wollen, geht das aber nur ohne Draht, denn wenn jedes Elektroauto an einem Draht angeschlossen wäre, würden sich alle verheddern. Wir brauchen also etwas, in dem wir Strom sammeln und im Auto mitnehmen können, sowas wie das Benzinfass beim Verbrennungsauto.

Zum Glück gibt es Kisten, die heißen Akkumulatoren, auch Akkus genannt. Akkumulieren heißt sammeln. Mit Akkus kann man Strom sammeln, mitnehmen und später wieder in Kraft umwandeln. Wir bauen also eine große Akku-Kiste in unser Elektroauto ein und verbinden die Kiste mit einem Draht mit dem Elektromotor. So kann der Strom aus der Kiste in den Motor fließen.

Aber erstmal muss Strom in die Kiste rein. Das nennt man Laden. Wir laden den Akku mit Elektrizität auf. Wie geht das? Ziemlich einfach: Wir müssen nur die Kiste mit einer Stromleitung verbinden und etwas warten. Am anderen Ende der Stromleitung steht vielleicht ein Windrad oder ist eine Solarzelle angeschlossen. Die erzeugen Strom, der durch die Leitung dann in unsere Kiste fließt. Ist die Kiste voll, können wir losfahren.

Und wenn die Kiste alle ist?

Dann fahren wir zu einer Steckdose oder zu einer Ladestation, verbinden die Kiste wieder mit einer Stromleitung und laden sie wieder auf. Das können wir sogar bei uns zu Hause machen.

Und wenn die Ladestation mal leer ist?

Nun, so lange am anderen Ende der Stromleitung Strom erzeugt wird, kann das nicht passieren. Da drehen sich ganz viele Windräder und auf ganz vielen Häusern sind Solarzellen.

Aber wenn mal kein Wind weht und nachts auch keine Sonne scheint?

Keine Angst. Irgendwo weht immer Wind. Wenn nicht gerade hier, dann irgendwo anders. Wenn wir überall Windräder bauen und überall Drähte hinspannen, haben wir immer Strom.

Manchmal haben wir sogar viel mehr Strom als wir verbrauchen können. Mittags zum Beispiel, wenn die Sonne kräftig scheint. Dann machen die ganzen Solarzellen so viel Strom, dass wir uns überlegen müssen, wohin damit. Oder wenn es Sturm gibt. Dann müssen wir manchmal Windräder abschalten, weil die sonst zu viel Strom erzeugen.

Den Strom, der dann zuviel ist, kann man auch in diese Akku-Kisten tun. Wenn es ganz viele Elektroautos gibt, können die vielen Kisten darin sehr viel Strom sammeln. Es fahren ja nicht alle Autos immer gleichzeitig. Die Autos, die gerade nicht fahren, können anderen Autos, die gerade laden wollen, von dem Strom aus ihren Kisten abgeben, z.B. wenn es gerade dunkel ist oder mal wenig Wind weht. Wird es wieder hell oder weht der Wind wieder kräftiger, füllen sie ihre Akkus wieder auf. So kann man das ausgleichen.

So, und jetzt mal einsteigen hier bitte, anschnallen – und Achtung: Huuuiiiiii…

Elektromotoren – Erklärung für Erwachsene

Elektromotoren sind extrem effizient: Sie setzen 97% der zugeführten Elektroenergie in Bewegung um.

Für das Weinflaschenbeispiel oben würde das bedeuten, dass nur ein winziger Schwapp in den Ausguss geht, um vielleicht ein Korkkrümelchen loszuwerden, das nach dem Öffnen auf der Oberfläche schwimmt, wenn man mit dem Korkenzieher unvorsichtig war.

Elektromotoren sind im Vergleich zu Verbrennungsmotoren extrem einfach aufgebaut. Sie verwenden viel weniger Einzelteile. Das macht sie leicht und klein. Sehr viele zusätzliche Komponenten, die für einen Verbrennungsmotor unverzichtbar sind (Anlasser, Kurbelwelle, Kraftstoffsystem, Abgassystem, aufwändige Getriebe) werden beim Einsatz in Autos gar nicht erst benötigt oder fallen deutlich simpler aus (Getriebe). Elektromotoren sind nahezu wartungs- und verschleißfrei.

Elektroautos emittieren beim Fahren keine Abgase. Nix, nada, zero, nüscht, 0%.

E-Autos sind so leise, dass einige künstliche Geräusche erzeugen, wenn man langsamer als 30km/h fährt, damit sie akustisch überhaupt wahrgenommen werden können.

Da bei Elektromotoren die maximale Drehkraft bei jeder Drehzahl zur Verfügung steht, brauchen Elektroautos entweder gar kein Getriebe oder nur ein einfach übersetztes. Geschaltet wird nicht mehr. Die Beschleunigung ist selbst bei kleiner Motorleistung beachtlich, weil direkt aus dem Stand das volle Drehmoment anliegt, und sie ist vollkommen unterbrechungsfrei.

Strom ist keine endliche Ressource, sondern kann regenerativ erzeugt werden. Besitzer von Photovoltaikanlagen, die genug Kapazität haben, können ihr Elektroauto z.B. schon heute direkt an ihren Anlagen aufladen.

Da Elektroenergie so effizient transportiert und in Bewegung umgewandelt werden kann, ist ein Elektroauto, selbst wenn es ausschließlich mit Strom aus Braunkohlekraftwerken (Wirkungsgrad 30–40%) betrieben würde, immer noch effizienter als ein vergleichbares Auto mit Verbrennungsmotor.

Elektroautos können die für das Beschleunigen eingesetzte Energie beim Abbremsen oder bei Bergabfahrten zum großen Teil zurückgewinnen. Dies nennt man Rekuperation. Der Motor fungiert dabei als Generator, der den Akku beim Bremsen wieder auflädt. Mechanische Bremsen greifen erst kurz vor Stillstand oder bei Notbremsungen. Dadurch nutzen sie sich kaum ab.

Wenn Elektroautos stehen (Ampeln, Bahnübergänge, Stau), verbrauchen sie gar keine Energie, denn der Elektromotor muss nicht im Leerlauf drehen, um in Bereitschaft zu bleiben.

Fazit Autos mit Elektroantrieb

Ich fasse auch hier nochmal zusammen:

• Autos mit Elektromotoren nutzen über 90% der eingesetzten Energie.
• Strom kann regenerativ und dezentral erzeugt werden und ist als Ressource praktisch unbegrenzt verfügbar.
• Regenerative Stromerzeugung und Stromtransport bilden eine kurze Kette mit wenig Verlust und Energieeinsatz.
• Elektrizität ist saubere Energie.
• Beim Betreiben von Elektromotoren entstehen keine Schadstoffe.
• Elektromotoren sind leise.
• Elektromotoren sind einfach aufgebaut. Elektroautos benötigen weniger Bauteile und sind wartungsarm.
• Elektroautos können durch Rekuperation Energie zurückgewinnen.
• Keine Bewegung – kein Energieverbrauch.

Klingt eigentlich ziemlich intelligent.

Aber es gibt zwei Aspekte, die wir noch nicht betrachtet haben:

Nachfüllzeit und Reichweite

Ein Mal Benzin oder Diesel für einen Verbrennungsmotor nachzufüllen, dauert nur wenige Minuten. Ein voller Tank reicht dann meist für mindestens 400 km. Langstrecken sind damit kein Problem.

Den Akku eines Elektroautos aufzuladen, dauert zur Zeit je nach Fahrzeugtyp, Akkugröße und Leistung der Ladestation 30 Minuten (Tesla, ZOE) bis 12 Stunden (Schuko-Ladung). Ein voller Akku reicht dann je nach Kapazität und Fahrstil aktuell für 100 – 450 km. Langstrecken sind nicht unmöglich, erfordern aber derzeit noch Planung und die Bereitschaft, mehr Zeit zu investieren. Für Kurzstrecken und Pendler sind Elektroautos hingegen ideal.

Ausschreibung

Jetzt stelle ich mir mal vor, es gäbe noch gar keine Autos, aber ich hätte die Idee, dass es doch cool wäre, Individualverkehr und Güterverkehr mit selbst fahrenden Kutschen – eben Auto-Mobilen – zu realisieren.

Ich mache eine Ausschreibung und zwei Ingenieurbüros reichen ihre umfassenden Konzepte ein.

Das eine schlägt Autos mit Verbrennungsmotoren vor, das andere präsentiert einen Entwurf mit Elektroautos.

Meine Liebste blickt mir über die Schulter, zeigt auf den Entwurf mit Verbrennungsmotoren und sagt: „Was sind’n das für Verrückte?”