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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Elektromobilität

Elektrische Antriebe für die Mobilität von Morgen

Fahren mit Strom: Elektroautos nutzen über 90 Prozent der Energie aus ihren Akkus für den Vortrieb. Autos mit Verbrennungsmotor wandeln nur knapp 30 Prozent (Benzin) und 40 Prozent (Diesel) der Kraftstoff-Energie in eine Drehbewegung um. Der Rest verpufft als Wärme.

Wer über den Verkehr der Zukunft spricht, spricht über Elektromobilität. Dabei ist die Technologie sogar älter als die der Verbrennungsmotoren.

Bereits 1879 präsentiert Werner von Siemens auf der Berliner Gewerbeausstellung die erste elektrisch angetriebene Lokomotive. 18 Jahre später findet die Gründungsversammlung des Mitteleuropäischen Motorwagen-Vereins in Berlin statt. Hier führt der Vereinspräsident Oberbaurat a.D. Adolph Klose aus: „Als Motorfahrzeuge machen sich zur Zeit drei Gattungen bemerkenswert, nämlich: durch Dampf bewegte Fahrzeuge, durch Ölmotoren bewegte Fahrzeuge und durch Elektrizität bewegte Fahrzeuge.“

Um die Wende zum 20. Jahrhundert konkurrieren also noch unterschiedliche Antriebsarten. Elektroantriebe setzen sich auf der Schiene durch, nicht aber auf der Straße. Hier fahren die Benziner voraus. Die Gründe: höhere Geschwindigkeit durch immer bessere Motoren, billiger Kraftstoff aus Erdöl sowie wesentlich größere Reichweiten als die Elektromotoren mit ihren schwachen Batterien.

Renaissance auf allen Ebenen

100 Jahre später sieht das anders aus – und das Elektrofahrzeug erlebt eine Renaissance auf allen Ebenen. Denn die Grundlage für Verbrennungsmotoren sind vornehmlich fossile Energieträger, die jedoch nicht unbegrenzt verfügbar sind. Durch das Wachstum der Weltbevölkerung sowie die zunehmende Industrialisierung der Schwellenländer steigt zudem die Nachfrage. Als Folge werden sich mittel- und langfristig die Preise für alle Rohstoffsektoren erhöhen. Neue Lösungen und alternative Antriebe sind daher notwendig, um der Verknappung der fossilen Brennstoffe zu begegnen sowie zum Umweltschutz und zur Emissionsvermeidung beizutragen. In ihrem „BLUE Map Szenario“ mit dem Ziel, die Treibhausgasemissionen bis 2050 auf die Hälfte zu reduzieren, rechnet die International Energy Agency (IEA) damit, dass 2050 nahezu 80 Prozent der verkauften Pkw Plug-in-Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeuge sein werden.

„Eigentlich ist der Elektromotor der perfekte Antrieb“

„Eigentlich ist der Elektromotor der perfekte Antrieb“, sagt Dr. Karsten Michels, der bei Siemens die Entwicklung der Geschäftseinheit „Inside e-Car“ leitet. Betrachtet man nur den Motor, so sind Elektromotoren drei- bis viermal effizienter als Verbrennungsmotoren. Doch die fahrzeugspezifische Entwicklung und Optimierung des Gesamtsystems dauert ihre Zeit, und auch die bisherigen Technologien werden immer weiter entwickelt.. Deswegen gibt es auch keinen Königsweg in Sachen Elektromobilität, die Hersteller setzen auf eine Vielzahl verschiedener Lösungen.

Das Elektroauto als Bestandteil des künftigen Energiesystems

Elektromobilität ist also mehr als nur der Austausch der Antriebsenergie – sie hat Auswirkungen auf das Gesamtfahrzeug und zudem auf das gesamte Verkehrssystem. Es ist nicht damit getan, einfach nur das bestehende Fahrzeug zu elektrifizieren. Schon allein, da Elektroautos mit dem Stromnetz verbunden sein müssen, um ihre Akkus aufzuladen. Notwendig ist daher auch eine Anpassung der elektrischen Infrastruktur – das Elektroauto wird plötzlich ein aktiver Bestandteil des elektrischen Energiesystems der Zukunft.

Nur eine aufeinander abgestimmte Verkehrsinfrastruktur wird künftig eine möglichst reibungslose Mobilität sicherstellen können. Elektrisch betriebene Fahrzeuge, die auf erneuerbaren Energien basieren und dadurch die Umwelt schonen, werden ein wichtiger Bestandteil sein. Und sie werden oft als Car-Sharing-Fahrzeuge genutzt werden und dadurch wesentlich häufiger zum Einsatz kommen als heutige Autos, die oft 23 Stunden am Tag auf Parkplätzen oder in Garagen stehen. Ein Beispiel: Ein Reisender steigt am Airport aus dem Flugzeug und fährt ohne Wartezeit mit der vollautomatischen U-Bahn oder dem Elektrotaxi in das Stadtzentrum. Alternativ setzt er seine Reise mit dem Hochgeschwindigkeitszug fort. Das Ziel ist die intelligente Vernetzung der Verkehrsströme auf der Schiene, der Straße und in der Luft. Von der Stromversorgung über die Betriebsführungssysteme für die Bahn- und Straßenverkehrstechnik bis zu den Schienenfahrzeugen für den Nah-, Regional- und Fernverkehr und sogar vielen Lösungen für Flughäfen verfügt Siemens dafür über alle notwendigen Produkte und Kompetenzen.

Elektrisch zu Land, zu Wasser und in der Luft

In Wien beispielsweise überzeugt die erste Elektrobusflotte. Zudem fördert Siemens die Elektromobilität nicht nur dem Lande, sondern auch auf dem Wasser und in der Luft. So entwickelt Siemens elektrische Antriebskonzepte für eine ressourcenschonende Schifffahrt. Zusammen mit der norwegischen Werft Fjellstrand hat Siemens zudem die Technologie für die erste elektrisch angetriebene Autofähre der Welt entwickelt. Auf dem bayerischen Königsee dagegen verkehren bereits seit Anfang des 20. Jahrhunderts mit Siemens-Motoren angetriebene Elektroboote, deren Antriebe aber nun ausgetauscht werden.

Damit aber die neuen Ideen zur Elektromobilität eine Chance haben, müssen sie für Kunden bezahlbar werden. Noch sind Elektrofahrzeuge teurer als konventionelle. Die Erfahrung zeigt jedoch auch, dass einige Nutzer - die sogenannten Early Adopters - durchaus bereit sind, anfangs höhere Preise zu bezahlen. Wenn auch die Rahmenbedingungen stimmen, zum Beispiel mit besonderen Fahrspuren für Elektrofahrzeuge, reservierten Parkplätzen oder steuerlichen Anreizen, steigt die Attraktivität weiter an – und der Wettbewerb ist ein guter Treiber für Innovationen: Je besser sich der Markt entwickelt, desto mehr sinken die Kosten und desto mehr Menschen werden sich für alternativ angetriebene Fahrzeuge entscheiden.

 

Gitta Rohling