Elektroauto: Mission mit Perspektive

Ein Elektroauto ist eigentlich auch nur ein Auto mit vier Rädern. Trotzdem dürfte es auf lange Sicht den Verbrenner in Rente schicken. Aber welcher Technologie verdankt es seine Karriere? Und hat der Stromer wirklich ökologisches Potenzial? Wir schauen dem E-Auto in einer kleinen Serie unter die Haube. Folgen Sie uns!

E-Autos sollen die Umwelt von schädlichen Emissionen entlasten. Foto: DEKRA Automobil

Die Zukunft gehört wohl dem batterieelektrischen Elektroauto. Schließlich stellt die EU mit ihrer CO2-Grenzwertpolitik enorme Anforderungen an die Effizienz von Neufahrzeugen. Für Automobile mit Verbrennungsmotor wird die Luft daher immer dünner. E-Autos dagegen haben eine Mission mit Perspektive. Sie sollen die Energiewende im Verkehr einleiten, die Umwelt von schädlichen Emissionen entlasten und die individuelle Mobilität in der Gesellschaft sicherstellen. Heißt es also bald „adieu Verbrenner, hallo Stromer“? Tatsächlich haben die Autobauer den Abschied von der klassischen Antriebstechnologie bereits im Blick. Volvo zum Beispiel will bis 2030 ein reiner Elektroautohersteller werden, US-Hersteller GM ab 2035 nur noch emissionsfreie Pkw anbieten. Auch BMW, Daimler und VW setzen auf die elektrische Karte – die Wolfsburger etwa wollen bis 2030 in Europa mehr als 40 Prozent des Gesamtabsatzes mit Elektroautos erreichen.

Gut zu wissen: Was ist ein Elektroauto überhaupt? Das Elektromobilitätsgesetz (EmoG) kennt drei Spielarten elektrisch betriebener Fahrzeuge. Das reine Batterieelektrofahrzeug – hier hat sich die englische Bezeichnung Battery Electric Vehicle (BEV) eingebürgert – hat einen Antrieb an Bord, der die von der Batterie bereitgestellte Energie ausschließlich durch einen Elektromotor verarbeitet. Der Akku wird über Steckdose oder Ladesäule aus dem Stromnetz geladen. Ebenfalls ein elektrischer Player im Sinne des Gesetzes ist das von außen aufladbare Hybridelektrofahrzeug – englisch: Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV). Technisch definiert sich der Antrieb als System, das über mindestens zwei verschiedene Arten von Energiewandlern verfügt, davon ein Energiewandler als elektrische Antriebsmaschine. In der Praxis sorgen ein konventioneller Verbrennungsmotor und ein Elektromotor im Teamwork für den Vortrieb. Geladen wird – wie beim BEV – über das Stromnetz. Der dritte im Bunde ist das Brennstoffzellenfahrzeug. Der Gesetzgeber definiert hier einen Antrieb, dessen Energiewandler ausschließlich aus den Brennstoffzellen und einer elektrischen Antriebsmaschine bestehen.

Heißt es demnächst „adieu Verbrenner, hallo Stromer?“

Auf einem anderen Blatt steht die Frage, ob die Kunden den Herstellern auf diesem Weg folgen. Die Befindlichkeiten der Deutschen gegenüber dem reinen Elektroantrieb sind durchwachsen, wie der neue DAT-Report 2021 belegt. Bemängelt werden demnach niedrige Reichweiten, lange Ladezeiten, fehlende Infrastruktur und hohe Anschaffungspreise. Andererseits sind beim Autokauf häufig mangelnde Kenntnisse über batterieelektrische Fahrzeuge im Spiel. Elektroautos, soviel steht fest, zwingen die Nutzer dazu, sich von Gewohnheiten im Umgang mit einem herkömmlichen Auto zu verabschieden. Für DEKRA Solutions ist das ein Grund, den reinen Elektroautos in einer kleinen Serie genauer unter die Haube zu sehen.

Gut zu wissen: Elektromobilität nimmt Fahrt auf. Das Kraftfahrt-Bundesamt (KBA) weist in seinem Marktbericht über die Pkw-Neuzulassungen des Jahres 2020 für Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb einen Anteil von 13,5 Prozent aus. Dabei stellen mit 29,9 Prozent Kleinwagen das mit Abstand stärkste Segment bei den Neuzulassungen. Es folgen SUV (19,9 Prozent) und die Kompaktklasse (19,6 Prozent). Der Bestand der reinen Elektrofahrzeuge (BEV) erhöhte sich im Jahresverlauf von 136.617 Einheiten (Anfang 2020) auf 309.083 Einheiten (Stichtag 1.1.2021); bei den Plug-in-Hybriden wuchs der Bestand von 102.175 auf 279.861. Eher schmal fällt die Bilanz für Pkw mit Brennstoffzellen-Wasserstoff-Antrieb aus – hier verzeichnet das KBA einen Anstieg von 507 auf 808. Damit kommen die unterschiedlichen Arten von E-Autos auf einen Gesamtbestand von 589.752 Einheiten, was einem Anteil von 1,2 Prozent am Gesamtfuhrpark in Deutschland entspricht.

Ein batterieelektrisches Elektroauto ist auch nur ein Auto

An der Ladesäule mal eben Strom fassen? Das Tanken mit E-Auto dauert länger als mit einem Verbrenner. Foto: DEKRA Automobil

Ein reines Elektroauto ist wie ein Verbrenner am Ende auch nur ein Auto mit vier Rädern. Was ist dran an dieser Behauptung? Einsteigen und losfahren? Mit dem E-Auto kein Problem. An der Ladesäule mal eben Strom fassen? Das dürfte länger dauern. Mit dem Taschenrechner den Verbrauch ausrechnen – Liter mal hundert durch Kilometer? Die Rechnung geht in diese Richtung – und stimmt am Ende doch nicht ganz. Elektroautos lassen sich beim Start nicht abwürgen, weil weder Kupplung noch ein klassisches Getriebe an Bord sind. Es fehlen Zündkerzen, Anlasser, Auspuff und Abgasreinigung. An der Tankstelle entfällt die Suche nach dem richtigen Motoröl, weil der Elektromotor keine Schmierung benötigt. Dass ein E-Auto weniger Verschleißteile als ein Verbrenner hat, macht sich bei Wartung und Inspektion in Euro und Cent bemerkbar – eine Inspektion dürfte künftig rund 30 Prozent preiswerter ausfallen als bei einem Verbrenner. Die Gesetze der Fahrphysik gelten allerdings für Elektroautos und Verbrenner gleichermaßen – mit beiden Fahrzeugen kann man bei zu viel Tempo aus der Kurve fliegen.

Elektroautos sind keine Spaßbremsen

Die Eigenheiten eines Elektroautos lassen sich am besten durch eigene Anschauung erfahren. Willkommen zur Probefahrt! Mal kurz das Gaspedal antippen, um dem Sound des Motors nachzuspüren? Elektroautos sind absolute Leisetreter – im Innenraum herrscht Stille, bis sich bei höherem Tempo die Reifengeräusche bemerkbar machen. Dafür gibt‘s vom Stand weg jede Menge Drehmoment und eine kraftvolle Beschleunigung – selbst ein elektrischer Kleinwagen hängt ambitionierte Verbrenner beim Ampelstart spielend ab. Eine neue Erfahrung dürfte für viele die so genannte Rekuperation werden. „Die Hersteller legen ihre Elektroautos so aus, dass sie mehr oder weniger stark verzögern, wenn der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt“, weiß Andreas Richter vom DEKRA Kompetenzzentrum Elektromobilität. Dem Ingenieur zufolge wird die Bewegungsenergie dann durch den in den Antrieb integrierten Generator in elektrische Energie umgewandelt und im Akku gespeichert. „Je nach Stärke kann mit der Rekuperation die Reichweite um bis zu zehn Prozent erhöht werden“, erklärt Richter. Handfester Vorteil: Der Verschleiß der Bremsen findet deutlich langsamer statt als beim Verbrenner. Die Rekuperation setzt auch dann ein, wenn der Fahrer das Fahrzeug mit der Betriebsbremse abbremst.

Gut zu wissen: Wer ein Elektroauto fährt, will nicht mehr tauschen. Laut einer Nutzerstudie des Düsseldorfer Forschungsinstituts Innofact sind Umweltschutz und Nachhaltigkeit die maßgeblichen Gründe für die Anschaffung eines reinen Elektrofahrzeugs. Nach den ersten Erfahrungen mit dem Antrieb kommt jedoch eine weitere Größe hinzu: der Fahrspaß. Bei einem erneuten Autokauf innerhalb der nächsten 24 Monate würden 85 Prozent der E-Auto-Fahrer wieder zu einem rein elektrisch angetriebenen Auto greifen, sechs Prozent würden einen Plug-in-Hybrid wählen. Fünf Prozent planen die Anschaffung eines Wasserstoff-betriebenen Elektroautos, nur drei Prozent können sich die Rückkehr zu einem Verbrenner vorstellen.

Sind Elektroautos die Heilsbringer der Energiewende?

Wie nachhaltig sind Elektroautos überhaupt? Über Methoden, Einflussgrößen und Datengrundlagen zu dieser Frage waren die Experten in den letzten Jahren häufig über Kreuz. E-Autos sind also nicht zwangsläufig die Heilsbringer einer klimafreundlichen Mobilität. „Natürlich hat ein lokal emissionsfreies E-Auto erst einmal eine blitzsaubere Bilanz – kein Kohlendioxid, kein Feinstaub und keine Stickoxide“, erklärt Peter Paul Ruschin, Abteilungsleiter Nachhaltigkeit bei DEKRA. Wie der Experte erklärt, liegt die Einschränkung im Wörtchen „lokal“ – die Fahrzeuge sind nur dort ohne Emissionen unterwegs, wo sie gerade fahren. Schnürt man ihren ökologischen Rucksack auf, finden sich darin Hypotheken, die in den verschiedenen Lebensphasen des Autos zustande kommen. So wirken sich zum Beispiel die CO2-Emissionen und der Verbrauch von Rohstoffen wie Lithium, Kobalt und Platin beim Bau von Elektromotoren und Akkus negativ auf die Ökobilanz aus. Auch die Entsorgung der Batterien landet früher oder später auf der Kostenrechnung. Allerdings gibt es in Deutschland bereits Recyclingunternehmen, die Wertstoffe aus ausrangierten Akkus zu über 90 Prozent zurückgewinnen.

„Eine kritische Position sind letztlich auch die CO2-Emissionen, die an der Stromtankstelle anfallen“, berichtet Peter Paul Ruschin. Zwar lässt sich an der heimischen Wallbox oder an der öffentlichen Ladesäule grüner Strom tanken – hier wie dort stellen viele Stromanbieter durch Öko-Zertifikate sicher, dass die Energie aus erneuerbarer Produktion stammt. Allerdings gibt es kein eigenes Netz für grünen Strom. Was daher übers Ladekabel aus dem Stromnetz in den Akku des Elektroautos fließt, ist ein Mix aus grünem Strom und Strom aus nicht erneuerbaren Energiequellen. Je höher der Anteil von sauberem Strom ausfällt, desto besser ist das für die Ökobilanz des Elektroautos.

Gut zu wissen: Mehr erneuerbare Energien im aktuellen Strommix. Dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE zufolge lag in Deutschland im Jahr 2020 der Anteil der erneuerbaren Energien an der Nettostromerzeugung bei 50,5 Prozent. Der Anteil der fossilen Energieträger Stein- und Braunkohle sowie Gas lag bei 36,2 Prozent.

Entscheidende Pluspunkte sammelt das Elektroauto natürlich im lokal emissionsfreien Fahrbetrieb. Jeder Kilometer, den das E-Auto fährt, zahlt daher aufs Plus-Konto ein. In aktuellen wissenschaftlichen Studien und Vergleichstests renommierter Medien liegen die Stromer mittlerweile fast immer eine Nasenlänge vor dem Verbrenner – in ökologischer ebenso wie in ökonomischer Sicht. Eine Rolle spielen dabei unter anderem sinkende Kaufpreise, höhere Stückzahlen, effizientere Produktionsmethoden, Umweltprämien und die Steuerbefreiung bis Ende 2030.

Gut zu wissen: Elektroauto mit Klimavorteil gegenüber Verbrenner. Der Think Tank Agora Verkehrswende kommt in einer 2019 vorgelegten Studie zur Klimabilanz von Elektroautos zu der Einschätzung, dass die Antriebsenergie die wichtigste Einflussgröße auf die Klimabilanz darstellt. Das Elektroauto habe über den gesamten Lebensweg einen Klimavorteil gegenüber dem Verbrenner, der weiter ansteigt, wenn der Ausbau der erneuerbaren Energien forciert wird. Der Think Tank erwartet zudem, dass sich durch Fortschritte bei der Batterieentwicklung wie höhere Energiedichte, verbesserte Zellchemie und CO₂-ärmeren Strom bei der Herstellung der ökologische Rucksack der Batterie mindestens halbieren lässt.

Beim Elektroauto zählen erstens Reichweite und zweitens Reichweite

Bei der Beurteilung eines E-Autos ist die Reichweite eine zentrale Kenngröße. Foto: DEKRA Automobil

Vermutlich käme bei einem Benzingespräch unter Freunden des klassischen Verbrenners niemand auf die Idee, längere Zeit über die Größe des Kraftstofftanks zu diskutieren. Beim Elektroauto dagegen dürfte ein solches Gespräch spannend werden – auch wenn dann von der Kapazität der installierten Batterie die Rede sein muss. „Die Angst vor fehlender Reichweite spukt nach wie vor in vielen Köpfen. Zwar fahren die meisten Menschen hierzulande übers Jahr gesehen kaum mehr 40 Kilometer am Tag – eine deutlich höhere Reichweite wäre daher eigentlich gar nicht nötig“, berichtet DEKRA Experte Andreas Richter. Ein Skeptiker würde sich durch dieses Argument jedoch kaum überzeugen lassen. Die Hersteller haben das verstanden – das Elektroauto hat nur dann eine Chance, wenn es dem Verbrenner auf Augenhöhe begegnet. „Die Reichweite ist eine zentrale Kenngröße zur Beurteilung eines E-Autos“, sagt Richter.  Aus seiner Sicht könnte die Formel dazu lauten „großer Akku ist gleich große Reichweite“. Die meisten Autobauer stellen dem Käufer eines Elektroautos mehrere Batteriegrößen zur Wahl. Da der Akku im Elektroauto eines der teuersten Bauteile ist, geht der Wunsch nach höherer Reichweite schnell ins Geld.

Ein Blick in einschlägige Marktübersichten zeigt, dass Reichweiten jenseits von 300 Kilometern bei den meisten Herstellern zum guten Ton gehören. Selbst Strecken von über 400 Kilometern lassen sich mit einigen Serienmodellen in einem Rutsch abfahren. E-Autos, die in erster Linie als Stadtfahrzeuge konzipiert sind, kommen üblicherweise auf rund 200 Kilometer Reichweite. Andererseits ist die Reichweite eines Elektroautos keine in Stein gemeißelte Größe, sondern stark von den Umgebungsbedingungen abhängig. Sie kann zum Beispiel bei kaltem oder warmem Wetter kürzer oder länger ausfallen. Dazu spielt natürlich auch das individuelle Fahrverhalten eine große Rolle.

Gut zu wissen: Tesla und Daimler sind die Reichweiten-Champions. Das Maß der Dinge in Sachen Reichweite war bislang der US-Hersteller Tesla. Die meisten Modelle des kalifornischen Autobauers übertreffen die magische Marke von 500 Kilometern, das Model S kommt mit allen Varianten sogar deutlich über 600 Kilometer. Mit der Luxuslimousine Mercedes EQS hat Daimler jetzt einen Technologieträger auf die Räder gestellt, der mit einer elektrischen Reichweite von bis zu 770 Kilometern nach WLTP aufwarten soll.

An der Stromtankstelle ist Geduld gefragt

Das Tanken an der Ladesäule muss häufig erst gelernt werden, bevor es zur Routine wird. Foto: DEKRA Automobil

Die Infrastruktur fürs Laden von Elektroautos legt derzeit ein rasantes Wachstum hin. Vielerorts entstehen Ladeparks und Stromtankstellen, die mit einem breiten Programm an Lademöglichkeiten aufwarten. Dazu kommen immer mehr Supermärkte, Einzelhändler und Dienstleister, die ihren Kunden für die Zeit ihres Aufenthalts vor Ort eine Lademöglichkeit zur Verfügung stellen. Gute Chancen also, mal eben das Auto an die Ladesäule anzuschließen und Strom für die nächste Etappe fassen? Schnell geht an der Ladesäule meistens wenig. An einer öffentlichen Säule fürs sogenannte AC-Laden muss das Auto schon mal eine Stunde und länger stehen, damit sich der Ladestand des Akkus deutlich erhöht. Deutlich schneller zur Sache geht‘s im Ladepark mit Gleichstrom (DC-Laden) an der Hochleistungs-Ladesäule (High Power Charger) – hier ist eine Ladeleistung von 150 bis 350 Kilowatt möglich. Dieser Wert bietet allerdings nur eine grobe Orientierung. Wie lange das Stromtanken an der Säule dauert, hängt nämlich davon ab, ob das Fahrzeug die bereitgestellte Ladeleistung verarbeiten kann. Die meisten Elektroautos laden mit deutlich geringerer Geschwindigkeit.

Eine komfortable Lösung für den Energienachschub bietet die private Wallbox im Carport oder in der Garage. Die Ladung über Nacht reicht in der Regel aus, damit das Auto am nächsten Morgen vollgeladen zur Verfügung steht. Andererseits steht diese Alternative nicht allen Haushalten zur Verfügung. Viele Elektroauto-Besitzer müssen sich daher mit anderen Lademöglichkeiten behelfen. Das Tanken an der Stromtankstelle oder an der nächsten Ladesäule muss häufig erst gelernt werden, bevor es in Fleisch und Blut übergeht. Wie gesagt: Elektroautos zwingen zum Umdenken und zum Lernen.

Gut zu wissen: Die Infrastruktur fürs Laden wächst. Die Bundesnetzagentur verzeichnet aktuell rund 36.000 Normalladepunkte und 6.000 Schnellladepunkte. Die Bundesregierung hat jetzt ein Schnellladegesetz zur flächendeckenden Schnellladeinfrastruktur für reine Batterieelektrofahrzeuge auf den Weg gebracht, das bis zum Jahr 2023 den Bau von 1.000 Schnellladehubs vorsieht. Damit soll das schnelle Laden mit über 150 Kilowatt möglich werden.

In der nächsten Folge unserer Serie nehmen wir den Elektroantrieb genauer unter die Lupe.

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Interview: Drei Fragen an Andreas Richter, Ingenieur im DEKRA Kompetenzzentrum Elektromobilität

Andreas Richter ist Ingenieur im DEKRA Kompetenzzentrum Elektromobilität. Foto: DEKRA

Welche Vorteile bietet ein Elektromotor gegenüber einem Verbrenner?

Der Elektromotor setzt elektrische Energie mit enormer Effizienz in Antriebsleistung um. Der Wirkungsgrad kann hier über 90 Prozent liegen. Der größte Teil der eingesetzten Energie wird demnach fürs Fahren genutzt. Deutlich schlechter fällt die Bilanz beim Verbrenner aus – in der Stadt kann der Wirkungsgrad deutlich unter zehn Prozent liegen, im besten Fall kommt er in den Bereich von 25 bis 40 Prozent. Der Rest der Energie geht als ungenutzte Wärme verloren.

Wie viel Leistung braucht ein Elektroauto?

Wer das E-Auto als reines Stadtfahrzeug einsetzt, kann auch mit einem nominell schwachen Motor im Stadtverkehr mithalten, weil das maximal verfügbare Drehmoment beim Beschleunigen aus dem Stand nahezu komplett verfügbar ist. Auf der Landstraße oder der Autobahn geht dem Vorwärtsdrang eines kleineren Motors allerdings früher oder später die Luft aus. Wer Wert auf einen dynamischen Zwischenspurt beim Überholen oder eine möglichst hohe Geschwindigkeit legt, braucht dafür mehr Power.

Welcher Akku ist die bessere Wahl – groß oder klein?

Eine kleinere Batterie punktet in der Ökobilanz mit Einsparungen bei Rohstoffen, Gewicht und Verbrauch. Allerdings bedeutet eine geringere Speicherkapazität weniger Reichweite. Wer Wert auf Flexibilität und Langstreckentauglichkeit legt, kommt an einer größeren Antriebsbatterie kaum vorbei. Große Akkus punkten an der Stromtankstelle mit hohen Ladeleistungen, was viel Standzeit an der Schnellladesäule einspart. Und weil eine große Batterie im Vergleich zu einem kleineren Modell bei gleicher Laufleistung weniger oft geladen werden muss, verlängert sich dadurch auch ihre Lebensdauer.

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