Warum sind neue Technologien für Verkehrsmittel nötig?
Der Großteil aller Fahrzeuge in Deutschland wird heute noch durch Verbrennungsmotoren angetrieben. Es gibt zwar Ausnahmen: Straßenbahnen, einige Elektroautos und -busse, Züge mit E-Locks, E-Bikes und natürlich normale Fahrräder fahren ohne Verbrennungsmotoren. Dann gibt es aber auch noch einige Fahrzeuge, die mit alternativen Kraftstoffen fahren, etwa Autogas, Erdgas, Ethanol, Biodiesel oder auch Wasserstoff. Doch trotz dieser Alternativen: Noch immer nutzen mehr als 98 % aller Kraftfahrzeuge Diesel oder Benzin.
Die Nachteile von Verbrennungsmotoren
Bei jeder Verbrennung entstehen Abgase. Diese Luftschadstoffe sind schädlich für Menschen, Pflanzen, für unsere Seen, Meere und Flüsse, für unsere Böden. Einige dieser Gase können auch den Treibhauseffekt fördern.
Benzin und Diesel werden aus Öl hergestellt und da sich im Verkehr ohne Benzin und Diesel heute kaum ein Rad dreht, sind wir abhängig geworden vom Öl, vom Ölpreis und auch von den wenigen Staaten weltweit, die Öl fördern. Irgendwann werden die natürlichen Erdölvorkommen jedoch erschöpft sein, denn Öl zählt nicht zu den Erneuerbaren Energien.
Es gibt also viele gute Gründe dafür, Alternativen für die Gewinnung und Speicherung von Energie und auch für die Antriebe von Kraftfahrzeugen zu entwickeln. Doch wir müssen auch unser eigenes Nutzungsverhalten überdenken, etwa unsere Verkehrsmittelwahl, die Pkw-Nutzung oder die Nutzung neuer Mobilitätskonzepte bzw. einen möglichen Umstieg auf den ÖPNV.
Welche neuen Antriebstechnologien werden in Hamburg genutzt?
Der Hamburger Senat hat beschlossen, spätestens ab 2020 nur noch emissionsfreie Busse von den in Hamburg fahrenden ÖPNV-Unternehmen beschaffen zu lassen. Hamburg war damit europaweit die erste Stadt mit einer so klaren Vorgabe.
Emissionsfreie Busse bei der Hochbahn
Die Hamburger Hochbahn AG tauscht ihre rund 1.000 Dieselbusse gegen emissionsfreie Fahrzeuge aus. Seit 2020 bestellt das Unternehmen nur noch emissionsfreie Busse. Schon heute sind Elektrobusse der Hochbahn in Hamburg unterwegs. Bis 2030 soll die gesamte Flotte auf Elektroantrieb umgestellt sein.
Der Strom für die Elektrobusse ist übrigens zu 100 % zertifizierter Ökostrom. Und auch die Dieselbusse der Hochbahn, die aktuell noch überwiegend in und um Hamburg unterwegs sind, stoßen erheblich weniger Stickoxide und Feinstaub aus, als frühere Busse. Seit 2018 hat die Hochbahn nur noch Fahrzeuge mit Euro-5- und Euro-6-Norm im Einsatz.
Elektrobusse bei der VHH
Auch die Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein GmbH (VHH) wird ab 2020 für das Hamburger Gebiet ausschließlich E-Busse beschaffen. Ab 2030 soll in Hamburg die Umstellung auf Elektromobilität abgeschlossen sein. Bereits seit 2014 bringt die VHH Elektrobusse in Hamburg zum Einsatz.
Wenn die VHH ihre gesamte Busflotte auf Elektroantrieb umstellt, wird mit einem täglichen Leistungsbedarf von rund 31 Megawatt gerechnet. Ziel der VHH ist es, die Elektrobusse in der Nacht zu laden. Ein positiver Nebeneffekt der sogenannten Übernachtladung ist, dass dies ein sinnvoller Beitrag zur Energiewende im Norden sein könnte. Denn auf diese Art bezieht der Busbetrieb Energie genau zu den Zeiten, in denen überschüssige (Wind-)Energie vorhanden ist. Strom, der bislang nicht ins Stromnetz eingespeist werden konnte, findet so also eine optimale Anwendung.
Wie bei der Hochbahn, werden auch bei der VHH die Elektrobusse mit Ökostrom geladen. Dieser soll v. a. aus Windkraft gewonnen werden. Deshalb beteiligt sich die VHH im Projekt „NEW 4.0 – Norddeutsche Energiewende“.
Ziele zum Ausbau der Elektromobilität
Im Jahr 2016 besiegelten die Städte Hamburg und Berlin, mit ihren Verkehrsunternehmen Berliner Verkehrsbetriebe (BVG), Hamburger Hochbahn AG und Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein GmbH (VHH), die politische „Beschaffungsinitiative E-Bus“ zur Beschaffung von emissionsfreien Linienbussen im öffentlichen Nahverkehr. Mittlerweile sind weitere zwölf Verkehrsunternehmen aus deutschen Großstädten der Initiative beigetreten.
Die „Initiative Elektrobus“ verfolgt das Ziel, die Kommunikation zwischen den Verkehrsunternehmen und beteiligten Partnern zu fördern. Beteiligt sind Fahrzeug- und Ladeinfrastruktur-Hersteller, Länder, Städte, Kommune und Verbände. Ziel ist der Wissenstransfer zwischen allen Beteiligten. Hierzu werden Informationen und Erfahrungswerte ausgetauscht. Dadurch wird die Grundlage für einen gemeinsamen Weg der Branche geschaffen, um Elektromobilität in Deutschland voranzubringen.
Weitere Antriebstechniken
Neben den konventionellen Verbrennungsmotoren (Dieselmotor, Ottomotor) gibt es Fahrzeuge mit so genannten „alternativen Antrieben“ in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. Es gibt außer Elektrofahrzeuge auch Erdgasfahrzeuge, Fahrzeuge mit Biodiesel, Hybridfahrzeuge oder Fahrzeuge mit Brennstoffzellen. Doch welches dieser Fahrzeug ist nun umweltfreundlicher und um wie viel?
Fahrzeuge mit alternativen Antriebstechniken nutzen ganz unterschiedliche Kraftstoffe, können unterschiedlich weit fahren und benötigen bei der Herstellung ganz unterschiedliche Ressourcen. Oft wird die Frage danach, was umweltfreundlicher ist, nur auf die Emissionen und auf den Treibhauseffekt oder die Schadstoffe im Abgas bezogen. Doch das greift zu kurz, denn wichtige Wirkungen werden dann vergessen oder bewusst nicht beachtet. Wirklich faire Vergleiche berücksichtigen deshalb den gesamten Lebensweg (die gesamte Ökobilanz) von allem, was dazu gehört: die Herstellung von Fahrzeugen, Batterien, Kraftstoffen, Straßen, Parkplätzen, Werkstätten, Tankstellen usw.
Erdgasfahrzeuge
Die Technik eines mit Erdgas betriebenen Motors ist relativ einfach, da alle Verbrennungsmotoren Gas verbrennen. Meist ist es ein Treibstoff-Luft-Gemisch. Erdgasmotoren unterscheiden sich durch wenige Zusätze von einem Benzin-betriebenen Motor: Gemischaufbereiter, Druckregler, Eindüsung und elektronische Motorsteuerung sowie natürlich die Druckflasche für das Erdgas kommen hinzu.
Die meisten Erdgas-Pkw werden bivalent betrieben, d. h. dass sie wahlweise mit Erdgas oder auch mit Benzin betrieben werden können. Das Umschalten von einem Kraftstoff auf den anderen erfolgt automatisch, sobald einer der beiden Kraftstoffe verbraucht ist. Bei den mit Erdgas betriebenen Bussen und Lkw handelt es sich zum Teil um umgebaute Dieselmotoren, die nach der Umrüstung ausschließlich mit Erdgas betrieben werden, also um monovalente Fahrzeuge.
Die Kraftstoffsteuer auf Erdgas ist niedriger als die für Benzin oder Diesel, deshalb ist Erdgas günstiger und für die Nutzer wirtschaftlicher. Erdgas ist fast reines Methan (96 % CH4), es enthält viel weniger Kohlenstoff als Benzin oder Diesel, also entstehen bei der Verbrennung auch geringere CO2-Emissionen. Erdgas verbrennt zudem sauberer und leiser als Benzin oder Diesel: Gasbusse fahren also umweltfreundlicher. Ökobilanzen zeigen jedoch, dass bei der Förderung und beim Transport von Erdgas Methan (ein starkes Treibhausgas) entweicht und so einen großen Teil der geringeren CO2-Emissionen kompensiert. Sie sind also beim Fahren in der Stadt sauberer, verursachen aber Emissionen an anderer Stelle.
Fahrzeuge mit Biodiesel
Biodiesel ist ein Kraftstoff, der biologisch leicht abbaubar ist (innerhalb von 28 Tagen werden 99 % des Biodiesels durch Mikroorganismen „aufgefressen“). Schon heute könnte er in fast allen Dieselfahrzeugen problemlos eingesetzt werden. Dafür müssten die Motoren und vor allem die Filter und Dichtungen in den Kraftstoffleitungen allerdings umgerüstet werden. Biodiesel wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, in Deutschland im Moment vor allem aus Raps, weltweit zum Beispiel auch aus Palmöl und Sojaöl.
Biodiesel enthält, wie moderner Diesel, generell sehr wenig Schwefel, bildet beim Verbrennen weniger Ruß als normaler Diesel und enthält kein Benzol. Fahrzeuge mit diesem Kraftstoff stoßen also weniger Ruß und Benzol aus. Das ist gut, denn beides sind wichtige Luftschadstoffe, aber dafür werden mehr Stickoxide und mehr giftiges Benzo(a)phyren freigesetzt.
Bei der Verbrennung von Biodiesel entsteht zwar nur so viel CO2, wie die Pflanze beim Wachstum aufgenommen hat, aber ganz so einfach ist die Klimabilanz von Biodiesel nicht. Beim Anbau von Raps wird Dünger eingesetzt, aus dem die Bodenbakterien Lachgas (ein sehr wirksames Treibhausgas) bilden und für die Herstellung von Palmöl werden zum Beispiel Wälder gerodet. Durch die Brandrodung wird dann erst einmal sehr viel Kohlendioxid freigesetzt und bei der Herstellung von Palmöl werden große Mengen Methan (auch ein wirksames Treibhausgas) frei. Mehr Biodiesel bedeutet also vor allem dann, wenn er aus Palmöl und Soja hergestellt wird, nicht mehr Klimaschutz.
Hybridfahrzeuge
Der Antriebsstrang von Hybridfahrzeugen besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Energiewandlern (Motoren) und meistens auch zwei unterschiedlichen Speichern. Sie sind der Versuch, die positiven Eigenschaften unterschiedlicher Antriebe in einem Antriebssystem zu vereinen. Ein Beispiel sind Elektro-Hybridfahrzeuge: Sie kombinieren einen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor und verfügen sowohl über einen Kraftstofftank als auch über einen Speicher für Elektroenergie (Batterie oder Supercup).
Hybridfahrzeuge sollen helfen, Antriebsenergie einzusparen und so auch weniger Schadstoffe und Treibhausgase freizusetzen. Das Prinzip ist einfach: Verbrennungsmotoren haben bei geringen Leistungen einen schlechten Wirkungsgrad, elektrische Komponenten jedoch relativ gute. Die Idee ist es nun, den Verbrennungsmotor immer dann zu nutzen, wenn er einen guten Wirkungsgrad hat, also wenn viel Kraft gebraucht wird, wie beim Beschleunigen. Wenn hingegen nur geringe Leistung gebraucht wird, arbeitet der Elektromotor.
Vor allem im Stadtverkehr verbraucht ein Hybridfahrzeug weniger Kraftstoff und erzeugt dadurch weniger vom Treibhausgas CO2. Bei gleichmäßiger Fahrt auf Autobahnen kann kein Kraftstoff eingespart werden.
Elektrofahrzeuge
Der Elektroantrieb ist die älteste und eine technisch weitgehend erforschte Alternative zum Benzinmotor. Die Stromversorgung erfolgt über eine Batterie. Elektromotoren sind leise, beschleunigen sehr gut und produzieren beim Fahren keine Abgase, das ist der wichtigste Vorteil. Die Nachteile der Elektrofahrzeuge liegen darin, dass die noch Batterien vergleichsweise teuer sind und dass Elektrofahrzeuge eine geringere Reichweite haben als Dieselfahrzeuge.
Für die Ökobilanz von Elektrofahrzeugen ist entscheidend, wie der Strom hierfür hergestellt wird – vorzugsweise sollte es Ökostrom sein, wie ihn die Verkehrsunternehmen im hvv nutzen. Außerdem muss die Herstellung und das Recycling der benötigten Batterien noch verbessert werden.
Fahrzeuge mit Brennstoffzellen/Wasserstoff-Fahrzeuge
Dieser Antrieb arbeitet völlig abgasfrei, aus dem Auspuff kommt nur Wasserdampf. Wasserstoff an sich ist also eine saubere Sache, er wird jedoch meist aus Erdgas oder durch Elektrolyse hergestellt und dabei entstehen auch Treibhausgase: entweder bei der Stromerzeugung im Kraftwerk oder bei der Förderung und beim Transport von Erdgas.
Der Brennstoffzellenantrieb hat einen höheren Wirkungsgrad als Benzin-, Erdgas- oder Dieselmotoren. Es kann also mehr der Energie, die im Kraftstoff gebunden ist, genutzt werden. Der Wirkungsgrad vom Tank bis zum Rad liegt bei etwa 45-50 % (Diesel ca. 32-35 %). Wirft man nun einen Blick auf die gesamte Energiekette (siehe Ökobilanz), kommt nur etwas mehr als ein Fünftel der am Windrad oder am Solarpanel erzeugten Energie auch am Rad des Fahrzeugs an, der Rest sind Verluste. Das ist nicht mehr als bei einem modernen Diesel von der Ölförderung bis zum Rad.
Der Hauptnachteil der Brennstoffzellentechnik liegt darin, dass bei der Produktion von Wasserstoff durch Elektrolyse sehr viel Strom verbraucht wird. Nur wenn zusätzlicher regenerativ erzeugter Strom – aus Sonne, Wind- oder Wasserkraft – dabei zum Einsatz kommt, kann die Brennstoffzellentechnologie als wirklich umweltfreundlich gelten. Denn andernfalls würden bei der Herstellung von Wasserstoff große Mengen fossiler Brennstoffe verbraucht und entsprechend viel CO2 und Luftschadstoffe freigesetzt.