Dass Motoren laut sein müssen – und je stärker, desto lauter – halten wir nur für normal, weil wir in einer Welt aufgewachsen sind, in der sich Verbrennungsmotoren zum Antrieb von Straßenfahrzeugen und vielen Arbeitsmaschinen durchgesetzt haben – bislang.
Wir kennen es nicht anders.
Schon als uns unsere Eltern im Kinderwagen durch die Gegend geschoben haben, sind PKW und LKW an uns vorbeigedonnert und haben den Zusammenhang „Auto = Lärm” in unseren sich gerade bildenden Neuronennetzen verankert und seither durch immerwährende Wiederholung zementiert.
Mangels Vergleich konnten wir uns auch fast ein ganzes Jahrhundert lang nichts anderes vorstellen.
Dabei ist es ja nicht so, dass Elektromotoren ein Nischendasein fristen würden. Ohne Elektromotoren ist keine moderne Industrie vorstellbar. Nur die Verbindung Auto → Elektromotor haben wir irgendwie nicht hergestellt.
Statt dessen haben die Konstrukteure mit viel Aufwand und Kosten an der Lärmreduktion von Verbrennungsmotoren und ihrer Abgasstränge gearbeitet. Das Privileg nahezu geräuschloser Fortbewegung konnte man auch tatsächlich in Oberklasselimousinen genießen. Ausgeklügelte Schalldämmsysteme bis hin zu Antischallgeneratoren bescherten den Besserverdienenden dieser Welt eine Entspannung beim Fahren bzw. Gefahrenwerden, die in Massen-PKW mit ihrem permanenten Lärmpegel nicht aufkommen mag, trotz bzw. dank Verbrennungsmotor hier wie da.
Das wird jetzt mit Elektroautos anders. 🙂
Lärm vermeiden statt eliminieren
Wo Lärm gar nicht erst entsteht, muss er auch nicht aufwändig eliminiert oder mangels bezahlbarer Technologie ertragen werden. Und wir wissen ja: Lärm macht krank:
„Krach löst Stressreaktionen aus, Hormone wie Adrenalin, Noradrenalin und Cortisol werden verstärkt gebildet, was wiederum den Blutdruck steigen lässt, die Herzfrequenz beschleunigt und die Blutgerinnung aktiviert. Schätzungen zufolge sind allein etwa 4000 Herzinfarkte jährlich in Deutschland auf Straßenverkehrslärm zurückzuführen.” (Quelle)
Elektromotoren sind nicht nur enorm effizient, sie entfalten ihre Kraft auch beinahe lautlos. Keine Explosion brennbarer und giftiger Substanzen verursacht Schallschockwellen. Die Magnetfelder in einem Elektromotor wirken auf einer gänzlich anderen physikalischen Ebene, auf der keine chemisch induzierte Materieumwandlung mit Reaktionsproduktausdehnung stattfinden muss, um Kraft in Bewegung zu verwandeln. Verglichen mit einem Elektromotor ist ein Verbrennungsmotor sowas von grobmotorisch! 😉
Erlebnis Elektroauto – endlich Ruhe beim Fahren
Die Fortbewegung in einem Elektroauto wird von den meisten Menschen, die es das erste Mal erleben, als sensationell ruhig erfahren. Je nach Konstruktion der Antriebssektion (Getriebe) ist allenfalls ein leises Sirren zu vernehmen. Vielen entgeht selbst dies, so dass es Modelle (wie auch die ZOE) gibt, die unterhalb von 30 km/h ein künstliches Geräusch erzeugen, um Fußgänger/innen zu warnen. (Ich selbst schalte dieses Geräusch in unkritischen Situationen immer ab, weil ich die Stille genießen will.)
Zum Fahrkomfort eines Elektroautos trägt nicht nur die Abwesenheit von Motorenlärm, sondern auch die Vibrationsfreiheit bei: Beschleunigung und Vortrieb erfolgen stufenlos, geschmeidig und „glatt”. Das Fehlen motorbedingter Vibrationen bei Elektroautos war mir, bevor ich die ZOE hatte, gar nicht bewusst, aber es trägt enorm zum empfundenen Fahrkomfort bei. Wie groß dieser Unterschied ist und wie viel er ausmacht, zeigt sich mir bei den wenigen Gelegenheiten, bei denen ich mal einen Verbrenner nutzen muss. Ich komme mir dann vor wie in einem Museumsstück aus dem letzten Jahrtausend. Oh – bin ich ja praktisch auch. 😉
Neujustierung der Wahrnehmung
Mittlerweile, wenn ich in der Stadt an einer Ampel halten muss, meine ZOE keinen Mucks von sich gibt und auch keine Energie verbraucht, kommt es mir regelrecht abartig vor, welcher Lärmpegel draußen um mich herum herrscht. Bin ich gerade durch ein Wurmloch gefahren und in einer Parallelrealität gelandet? Wieso tun wir uns diesen Lärm und diesen Gestank an? Das ist doch nicht normal!
Vision
2014: Ich stehe als Beobachter an einer viel befahrenen Kreuzung. Ein stetiger Strom von PKW und LKW braust vorbei. Der Motorenlärm schwillt an und ab. Dann schaltet die Ampel auf Rot. Alle halten an. Die meisten Motoren laufen weiter. Besonders die Dieselmotoren nähen und nageln vor sich hin. Zweitaktrollerfahrer quälen ihre Motoren im Stand. Abgasgestank dringt mir in die Nase. Die Ampel schaltet auf Grün. Die Motoren heulen auf, der Lärmpegel schwillt schlagartig an und die Fahrzeuge dröhnen davon.
20??: Ich stehe als Beobachter an einer viel befahrenen Kreuzung. Ein stetiger Strom von elektrisch angetriebenen PKW und LKW fährt vorbei. Man hört nur die sanften Rollgeräusche der Reifen auf dem lärmgedämmten Asphalt. Dann schaltet die Ampel auf Rot. Alle halten an. Es wird still. Vogelzwitschern liegt in der lauen, nach Blüten duftenden Frühlingsluft. Die Ampel schaltet auf Grün. Die Fahrzeuge sirren leise davon.
Nachtrag
Frage:
Was machen dann aber die ganzen Auspuff-Fetischisten und die Vertreter der Dröhnfraktion?
Antwort:
1. wehwehweh.auspuff-attrappen.de
2. Gesetzlich erlaubt werden nur Soundgeneratoren, die eine Dröhnkulisse im Fahrgastraum erzeugen, von der nichts nach außen dringen darf. Das Öffnen der Fahrzeugfenster unterbricht automatisch deren Stromzufuhr.
Nachtrag Mai 2015
Nachtrag September 2015
Hallo Volkswagen, schön, dass ich euch inspirieren konnte! 🙂
Brennstoffzellen machen aus Wasserstoff und Luftsauerstoff Strom. „Hinten raus” kommt H2O, also Wasser. Coole Sache das. Sauber. Oder? Effizient. Nicht?
In schöner Regelmäßigkeit geistern seit 20 Jahren immer wieder Hype-Meldungen über den baldigen Serienstart von Brennstoffzellenautos durch die Presse.
Ich muss gestehen, dass ich früher auch mal glaubte, wir bräuchten nach dem Erdöl eine Wasserstoffwirtschaft. Inzwischen bin ich da eher skeptisch. Vor allem der Einsatz von Brennstoffzellen in Autos scheint mir inzwischen schon obsolet geworden zu sein – noch bevor wir überhaupt nennenswerte Stückzahlen von Brennstoffzellenfahrzeugen gesehen haben.
Brennstoffzellen als Rangeextender
Ein Brennstoffzellenauto ist ja nichts anderes als ein Auto mit Elektromotor, dessen Stromquelle eine Brennstoffzelle ist. Die wiederum wird mit Wasserstoff aus einem Tank versorgt. Was dieses Konzept auf den ersten Blick so attraktiv macht, ist die damit erzielbare Reichweite von mehr als 400 km mit einer Tankfüllung Wasserstoff. Außerdem lässt sich Wasserstoff schnell nachfüllen – Tanken fast wie vom Verbrennungsmotor gewohnt.
Nun verhält es sich aber so, dass Brennstoffzellen prinzipbedingt nur für relativ kontinuierliche Energieabgabe geeignet sind. Die Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle lässt sich nicht flexibel genug an die schwankenden Anforderungen beim Antrieb von Fahrzeugen anpassen: Da werden in schneller Folge stark wechselnde Energiemengen benötigt.
Damit das trotzdem geht, braucht man auch in einem Brennstoffzellenauto einen Akku als Energiepuffer. Dieser Pufferakku bedient den oder die Elektromotoren des Antriebs direkt und wird sozusagen im Hintergrund von der Brennstoffzelle mehr oder weniger kontinuierlich nachgeladen.
Auch die beim Bremsen zurückgewonnene Energie kann nur in einem Akku (oder einem Kondensator) gepuffert werden. Sie kann mit einer Brennstoffzelle ebensowenig in Wasserstoff zurückverwandelt werden wie ein herkömmlicher Verbrennungsmotor aus der Bremsenergie wieder Sprit machen kann. Auch für die Rekuperation braucht man also einen Akku.
Ein Brennstoffzellenauto ist also im Prinzip nichts anderes als ein Elektroauto mit Reichweitenverlängerer (neudeutsch Rangeextender oder kurz REX). Nur das der REX hier eben kein Generator ist, der von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, sondern eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle.
Diese Technologie wird aber in dem Moment obsolet, in dem der Pufferakku selbst so viel Strom speichern kann, dass akzeptable Reichweiten auch ohne Rangeextender erzielt werden können.
Und da sind wir doch schon jetzt: Look at Tesla! 400 km Reichweite sind bereits heute kein Problem. Mit ganz normalen, derzeit verfügbaren Lithium-Ionen-Zellen. Aufladen am Supercharger ist in sehr kurzer Zeit (< 30 Min.) möglich.
Ja, Tesla ist (noch) teuer. Aber das gilt ebenso für die Brennstoffzelle:
Brennstoffzellen brauchen Platin
Laut einer aktuellen Studie von Roland Berger zur Brennstoffzellentechnologie vom Januar 2014 ist ein großer Kostentreiber und entscheidendes Kriterium bei der Herstellung von Brennstoffzellen das Edelmetall Platin – 40 bis 70 Gramm werden pro Membran-Elektroden-Einheit benötigt. Das hebt den Preis für eine Brennstoffzelle pro Fahrzeug auf derzeit rund 45.000,- €. Die Studie stellt heraus, dass die Brennstoffzelle erst mit platinfreien Systemen ein „signifikantes Marktpotenzial” erreichen kann und kommt zu dem Schluss:
„Auf absehbare Zeit werden daher wohl eher batteriebasierte und hybride Antriebsstränge die Hauptrollen auf dem Weg zur Null-Emissions-Mobilität spielen.”
Akkus ohne seltene Rohstoffe
Hingegen nimmt die Akkuentwicklung gerade Fahrt auf. Sehr interessante neue Technologien (z.B. die Dual-Carbon-Technologie) geben mir berechtigten Grund, mich in den nächsten Jahren auf steigende Reichweiten, kürzere Ladezeiten und fallende Preise zu freuen.
Diese Entwicklung wird viel schneller gehen als einen einsatzfähigen Ersatz für Platin in Brennstoffzellen zu finden und vor allem viel schneller, als eine funktionierende Infrastruktur für Wasserstoff zu etablieren.
Wie man aus der Renault-Gerüchteküche hört, soll es schon in zwei Jahren, also 2016, für die ZOE Akkus für 350 km Reichweite geben. Im Rahmen der Akkumiete soll es dann auch für Bestandskunden möglich sein, zum selben Mietpreis(!) den neuen Akku zu nutzen oder zum reduzierten Mietpreis mit dem alten weiter zu fahren.
Brauche ich da noch ’ne Brennstoffzelle? Nö.
Wasserstoff und Effizienz
Strom zum Antrieb von Automobilen in einem Fahrzeugakku zu speichern ist sehr effizient. Es treten kaum Verluste auf, der Wirkungsgrad von Lithium-Ionen-Akkus liegt bei fast 100%. Der vom Kraftwerk erzeugte Strom kann ohne weitere Energieumwandlungen über die Stromleitung direkt in den Akku eingespeist werden.
Für ein Brennstoffzellenauto hingegen braucht man Wasserstoff. Wo kommt dieser her? Wie gelangt er ins Auto? Und wie effizient arbeitet eine Brennstoffzelle damit, um Strom zu erzeugen? Schauen wir uns das mal an:
Brennstoffzellen-Effizienz
Brennstoffzellen erreichen im praktischen Betrieb einen Wirkungsgrad bis zu 60% (Quelle).
Das heißt, von der durch die Wasserstoff/Luftsauerstoff-Reaktion gewonnenen Energiemenge gehen in der Brennstoffzelle bei der Umwandlung in elektrische Energie wieder 40% verloren. Fast die Hälfte wird also ohne Nutzeffekt verschwendet.
Es kommt aber noch schlimmer:
Wasserstofferzeugung und Transport
Die derzeit wirtschaftlichste und am weitesten verbreitete Methode der „Herstellung” von Wasserstoff ist die sog. Dampfreformierung aus Erdgas (oder langkettigeren Kohlenwasserstoffen aus Erdöl). Durch die Verwendung fossiler Energieträger wird dabei aber genauso viel CO2 freigesetzt wie bei deren Verbrennung (Quelle).
Betrachten wir den Wirkungsgrad dieser Gesamtkette (und setzen dabei den Wirkungsgrad eines Akkus mit nur 0,94 an) (Quelle):
Für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit fossiler Wasserstofferzeugung durch Erdgasreformation ergibt sich mit der Energiekette
Dampfreformation → Transport im Gasnetzwerk → Verdichtung → Brennstoffzelle → Akku → Elektromotor
ein Wirkungsgrad von 0,75 × 0,99 × 0,88 × 0,6 × 0,94 × 0,95 = 0,35.
Das sind 65% Verlust, ohne Nutzeffekt verschwendete Energie.
(Bei einer solchen Bilanz scheint es mir fast besser zu sein, den Ausgangsenergieträger Erdgas in CNG-Motoren direkt zu verbrennen als daraus erst mit großem technologischen Aufwand Wasserstoff zu machen und über etliche nochmals verlustbehaftete Umwandlungen zu nutzen. Leider habe ich trotz umfangreicher Recherche keine verlässlichen Zahlen über den tatsächlichen Wirkungsgrad von Erdgasmotoren gefunden. Der dürfte aber auf vergleichbarem Niveau liegen.)
Auch wenn der Wasserstoff aus Biomasse gewonnen wird, wird der Wirkungsgrad nicht besser:
Wasserstoff aus Biomasse → Transport im Gasnetzwerk → Verdichtung → Brennstoffzelle → Akku → Elektromotor
Immerhin wäre in diesem Szenario die CO2-Bilanz besser.
Wasserstoff kann auch durch Elektrolyse von Wasser erzeugt werden. Dieser Prozess ist allerdings sehr energieintensiv: Zur Herstellung von 1 m³ Wasserstoff (bei Normaldruck sind das ca. 90 Gramm) wird bei modernen Anlagen eine elektrische Energie von 4,3–4,9 kWh benötigt (Quelle). Der energetische Wirkungsgrad liegt dabei bei 70-80%.
Auch hier wieder die Betrachtung der Gesamtkette:
Für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit fossiler Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse ergibt sich für die Energiekette
Photovoltaikanlage/Wechselrichter → Akku stationär → Akku im Fahrzeug → Elektromotor
Wirkungsgrad: 0,9 × 0,94 × 0,94 × 0,95 = 0,75.
Fazit Effizienz:
Der Gesamtwirkungsgrad eines Brennstoffzellenfahrzeugs von der Wasserstoffherstellung bis zu den Fahrzeuzgrädern (Well-to-Wheel) ist nur als schlecht zu bezeichnen. Der Abstand zu fossil befeuerten Verbrennungsmotoren ist geringer als der Abstand zu akkubetriebenen Elektroautos.
CO2-Vergleich mit Strommix
Im Jahr 2014 lag der CO2-Emissionsfaktor für den Strommix in Deutschland bei 609 Gramm pro Kilowattstunde (Quelle).
Ein Elektroauto wie die ZOE verbraucht etwa 15 kWh/100 km ab Akku. Wird der Akku mit diesem Strommix geladen, ergibt sich rein rechnerisch bei einem als realistisch annehmbaren Wirkungsgrad von 90% ab Kraftwerk ein CO2-Ausstoß von ca. 101,5 g je Kilometer.
Die wasserstoffbetriebene Mercedes B-Klasse Fuel Cell verbraucht laut Hersteller 970 Gramm H2 auf 100 Kilometer (Quelle). Für die Erzeugung dieser 970 g Wasserstoff durch Elektrolyse müssen nach obiger Rechnung (4,9 kWh für 90 g) 52,81 kWh aufgewendet werden.
Das ist das Dreieinhalbfache des Elektroenergieverbrauchs eines rein akkubetriebenen Elektroautos!
Mit dem oben angesetzten bundesdeutschen Strommix verursacht dieser Wasserstoffverbrauch per Brennstoffzellenauto einen CO2-Ausstoß von ca. 321 g je Kilometer. Das ist noch oberhalb der Liga eines VW Phaeton V8 (308 g/km).
Infrastruktur-Vergleich
Das Stromnetz ist schon da. Ladestationen für Elektroautos lassen sich mit wenig Aufwand praktisch überall installieren. Das Investitionsvolumen ist gering: Schon ab 2.000,- € kann man einen 22kW-Ladepunkt errichten.
Eine Wasserstofftankstelle zu errichten kostet über 1 Mio € (Quelle).
Können Brennstoffzellenautos da ohne Subventionen überhaupt jemals wirtschaftlich werden?
Für eine Million Euro ließen sich 500 einfache Ladestationen für Elektroautos aufstellen.
Eigenerzeugung vs. Abhängigkeit
Der Akku eines Elektroautos lässt sich ohne größere Probleme mit Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage oder dem eigenen Windrad laden. Diese Technologie schreit geradezu nach dezentralen Strukturen und entfaltet erst mit der Möglichkeit der Nutzung der Fahrzeugakkus als Pufferspeicher für erneuerbare Energien ihr ganzes Potenzial. Die Energiewende ist ohne flächendeckende Elektromobilität mit akkubetriebenen Elektroautos eigentlich gar nicht realisierbar.
Wasserstoff im eigenen Keller herzustellen, zu speichern und ein Brennstoffzellenauto damit in der heimischen Garage zu betanken dürfte da erheblich aufwändiger sein.
Wenn wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenautos im Vergleich zu akkubetriebenen Elektroautos so ineffizient sind, wieso sollen sie dann etabliert werden?
Mein persönlicher Eindruck ist, dass es hier natürlich jede Menge Fördergelder und Subventionen abzugreifen gibt. Aber wollen wir Steuerzahler dafür Geld ausgeben?
Und wer könnte ein Interesse daran haben, die Abhängigkeit Verbrennungsmotor ↔ Tankstelle im Szenario Brennstoffzelle ↔ Wasserstofftankstelle fortzuschreiben?
Machen wir uns nix vor, es gibt Kreise, denen eine Aufrechterhaltung genau solcher Abhängigkeit echt gut in den Kram passen würde.
Tja. Elektroautos kippen die etablierten „Wertschöpfungsketten”. Wie subversiv.
Meine ZOE wird ein Jahr alt! Ich fahre sie allerdings erst 6 Monate, weil sie ihr Dasein davor als unbewegter Vorführwagen im Showroom eines französischen Renault-Händlers fristete.
Zeit für die erste Inspektion! Ich vereinbare einen Termin und bringe sie zum nächsten Z.E. zertifizierten Renault-Händler in Hannover.
Fluence
Als Ersatzwagen ordere ich für diesen Tag natürlich ein Elektroauto. Sie haben nur einen Fluence zur Auswahl, aber warum nicht. Er kostet 20,- €.
Ein Schiff für Hutträger! 😉 Innen viel Platz, aber der verfügbare Kofferraum ist deutlich kleiner als der der ZOE. Der Akkukasten ragt hinein und lässt nur wenig Raum für Gepäck.
Ich übernehme den Fluence voll geladen und bin erstmal schockiert, als ich ihn starte und die Reichweitenanzeige sehe:
Nur 87 km! Im Sommer! Das ist ja nur halb so weit wie die ZOE kommt! Was wird das im Winter: 50 km?
Es kann natürlich sein, dass die Leute, die diesen Werkstattwagen vor mir gefahren sind, irre draufgetreten haben, so dass der Bordcomputer nun einen sehr hohen Durchschnittsverbrauch zu Grunde legt. Aber trotzdem. Es bleibt sehr wenig.
Die Lenkung des Fluence reagiert sehr träge, ich muss praktisch aus jeder Kurve selber wieder zurücklenken, das irritiert mich ein wenig, aber ich gewöhne mich schnell dran.
Rekuperation scheint nach meinem Gefühl nur bei „Fuß vom Gas” stattzufinden; sobald ich auf die Bremse trete, fühlt sich die Verzögerung rein mechanisch an. Anders bei der ZOE: Da greift die mechanische Bremse erst bei unter 10 km/h – oder bei Gefahrenbremsungen. Vorher geht die Rekuperationsleistung deutlich rauf. Also beim Fluence bin ich mir da nicht sicher. Die analoge Leistungsanzeige dieses Autos ist auch zu ungenau und vermittelt nur einen ungefähren Eindruck von Verbrauch oder Rekuperation.
An der Beschleunigung ist jedoch nichts auszusetzen. 🙂
ZOE-Inspektion
Aber zurück zur ZOE. Am Nachmittag hole ich sie ab und bin auf die Rechnung gespannt.
Um es gleich vorweg zu nehmen: Ich zahle summa summarum 98,63 € brutto.
Inspektionsdetails
Batterietest:
Laut „Midtronics MDX-645 2.0”-Testbericht ist „Batterie gut”, die Batterie-Technologie „normal” und die Batterie befindet sich „im Fahrzeug”. Das ist ja schonmal beruhigend.
Ich bekomme außerdem ein ausgefülltes Formular „Checkliste Wartungsdiagnose”. Das ist wohl schon etwas älter: Es gibt nur Spalten für Kangoo und Fluence; sie haben die Kreuzchen bei „Fluence” gemacht. Die Checkliste ist allerdings ein Witz, alle Punkte (außer die Messwerte der Bremswirkung zu ermitteln) hätte ich auch gut ganz allein und zu Hause abarbeiten können. Quasi nur Sicht- und Füllstandskontrollen.
Um nachzuschauen, wann mein Pannenset abläuft, haben sie meinen doppelten Kofferraumboden rausgenommen (und falsch herum wieder eingesetzt, also links/rechts vertauscht und mein Ladegedöns ins falsche Fach getan).
„Anwendung Besonderheit in der technischen Funktionsweise”
Zusätzlich zur normalen Rechnung erhalte ich eine separate 0,00 € Rechnung, auf der 3 x eine geheimnisvolle „Anwendung Besonderheit in der technischen Funktionsweise” aufgeführt ist, mit insgesamt 0,9 AW. Ich vermute mal, damit sind Software-Updates gemeint.
Teilerfolg beim R-Link
Mein R-Link hat jetzt die Version 11.317.1526528-5008. Großes Hurra: Anscheinend merkt es sich nun die Routentyp-Auswahl „Bei jeder Planung fragen”! Ist bei mir seit 2 Tagen angewählt geblieben! 😀 Allerdings ist die Amnesie bei der POI-Auswahl und der POI-Warnung nach wie vor existent.
Rechnung
Die richtige Rechnung beläuft sich wie bereits erwähnt auf 98,63 € brutto. Pollenfilter 17,58 € netto, der Rest Servicekosten von insgesamt 0,7 AW.
Der kürzlich aufgetretene Fehler „Batterieladung unmöglich” scheint keine kritischen Spuren im Fehlerspeicher der ZOE hinterlassen zu haben, jedenfalls keine, die irgendwelche Maßnahmen erforderlich machten. Dann lag es wohl doch an der Ladesäule.
Laut „Midtronics MDX-645 2.0”-Testbericht ist „Batterie gut”, die Batterie-Technologie „normal” und die Batterie befindet sich „im Fahrzeug”. Das ist ja schonmal beruhigend.
