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Funktionsweise und Vergleich der Stärken und Schwächen von Verbrennungs-, Elektro- und Wasserstoff-Motoren

Lesezeit: 2 Minuten In Zeiten des Klimawandels, der steigenden Feinstaubbelastungen in Städten und dem Anstieg von Herz- und Kreislauferkrankungen, kommen immer mehr Alternativen zum konventionellen Verbrennungsmotor auf. Bereits heute werden von einigen Automobilherstellern Fahrzeuge mit Elektro- oder Hybridmotor, einer Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor, auf dem Markt angeboten. Ein weiteres Konkurrenzsystem ist der Wasserstoffverbrennungsmotor.

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Funktionsweise und Vergleich der Stärken und Schwächen von Verbrennungs-, Elektro- und Wasserstoff-Motoren

Funktionsweise und Vergleich der Stärken und Schwächen von Verbrennungs-, Elektro- und Wasserstoff-Motoren

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Doch welches System kann was? Welches hat welche Vor- und Nachteile? Und wie etabliert und erfolgsversprechend sind die neuartigen Systeme? Können Sie tatsächlich mit dem Verbrennungsmotor konkurrieren? Diese und weitere Fragen sollen im Folgenden geklärt werden.

Verbrennungsmotoren werden herkömmlich mit Diesel oder Benzin betrieben. Dabei wird die im Treibstoff vorhandene chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Das geschieht im Brennraum, wo ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft verbrannt wird. Der Wirkungsgrad der Verbrennungsmotoren ist dabei vergleichsweiße schlecht. Ottomotoren haben einen Wirkungsgrad von 40%, Dieselmotoren von 43%. Das bedeutet, dass nur 40% bzw. 43% der im Kraftstoff vorhanden chemischen Energie in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Das durch die Verbrennung entstandene Abgas besteht hauptsächlich aus Ruß und Kohlenwasserstoffen und ist gesundheitsschädigend.

Elektromotoren

Bei Elektromotoren wird statt chemischer Energie aus Brennstoffen, elektrische Energie, die in Akkumulatoren gespeichert ist, in mechanische Energie umgewandelt. Hierzu wird die Kraft, die durch Induktion entsteht, genutzt. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor, haben Elektromotoren ihr maximales Drehmoment schon im Stillstand und können daher auch schon im niedrigen Drehzahlbereich stark beschleunigen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Elektroautos somit meist kein Schaltgetriebe benötigen. Elektrofahrzeuge beschleunigen besser, als die meisten Verbrennungsmotoren. Weitere Vorteile sind das niedrigere Lärmniveau, die geringen Vibrationen und, dass Elektroautos keine direkten Emissionen freisetzen. Elektromotoren haben einen sehr hohen Wirkungsgrad. Nachteile sind hingegen die oft relativ geringe Reichweite, die mittels einer Akkuladung erzielt werden kann. Modelle wie Tesla beweisen aber, dass auch Reichweiten von bis zu 600 Kilometer möglich sind.

Durch ein Combined Charging System (CCS) können die Akkus von Elektroautos mit Gleichstrom schnell geladen werden (innerhalb weniger Minuten). Betrachtet werden muss aber auch die Bereitstellung der elektrischen Energie zur Ladung der Akkus. Wie wird diese erzeugt? Kommt die elektrische Energie aus einem Kohle- oder Atomkraftwerk, verpufft der ökologische Vorteil der Elektroautos. Bei Gewinnung durch Solarzellen, Windkraft oder Wasserkraft, gibt es diese ökologischen Vorteile gegenüber der Nutzung von Benzin oder Diesel. Um den Kauf von Elektroautos zu fördern, planen Bund, Länder und Kommunen verschiedene Subventionen, Vorteile beim Betrieb sowie Steuervorteile. Dadurch soll der hohe Kaufpreis von Elektroautos ausgeglichen werden.

Mit Wasserstoff fahren

Daneben gibt es Verbrennungsmotoren, die statt Benzin oder Diesel Wasserstoff nutzen. Wasserstoff ist dabei keine Primär-, sondern Sekundärenergie, also umgewandelte Primärenergie. Für die Umwandlung ist Energie nötig. Bei der chemischen Reaktion in einem Wasserstoffverbrennungsmotor oder in einer Brennstoffzelle wird die eingesetzte Energie teilweise wieder freigesetzt. Durch die geringe Dichte von Wasserstoffgas enthält es massenbezogen mehr Energie pro Gewichtseinheit als andere Brennstoffe.

Aufgrund des hohen Volumens des Wasserstoffgases, muss dieses stark komprimiert werden. Die Kompression bedarf weiterer Energie. Ein klarer Vorteil ist, dass die Abgase aus reinem Wasserdampf bestehen und somit für Mensch und Umwelt unschädlich sind. Bisher gibt es kaum Infrastruktur für Wasserstofffahrzeuge. In Deutschland gibt es lediglich 30 Wasserstofftankstellen. So lange die Herstellung von Wasserstoff außerdem weiterhin durch fossile Energieträger umgesetzt wird, gibt es keine Umweltvorteile gegenüber herkömmlicher Treibstoffe. Diese Vorteile entstehen erst, wenn die Herstellung durch erneuerbare Energien erfolgt. Elektroautos sind jedoch deutlich effizienter als Wasserstofffahrzeuge, da sie keine zusätzliche Energieumwandlung benötigen.

Um speziell Elektrofahrzeuge auf dem Markt zu etablieren, gibt es verschiedene Strategien zur Förderung und Subvention. Dazu zählen Steuervorteile und Sonderparkrechte in Städten mit kostenloser Lademöglichkeit. Um diese Vorteile und Rechte durchzusetzen, könnten Elektroautos besondere Kennzeichen erhalten, um diese von anderen Fahrzeugen unterscheiden zu können. Günstige Kennzeichen kann man einfach online bestellen.

Bildnachweis: © Olena Yakobchuk/123rf.com Lizenzfreie Bilder

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