Hybridfahrzeuge

 

 

»Für die viel gepriesenen Hybridfahrzeuge fanden sich nicht einmal 13.000 Kunden. Das sind weniger als im Jahr davor«, entsprechend also einem Markt-Anteil von etwa 4 Promille, heißt es dann weiter in o. g. Meldung. Anders als reine Elektroautos, die praktisch nur als Konzeptstudien und Vorzeigemodelle existieren, werden Hybridfahrzeuge aber in manchen Ländern schon in nennenswerten Stückzahlen verkauft. Als Grund zum Kauf eines Hybridfahrzeugs wird fast immer Energie-Einsparung angegeben oder angenommen. Dann verwundert es allerdings ein wenig, dass Hybrid-PKW allesamt mit Benzinmotoren ausgestattet sind. Auf eine entsprechende Frage an einen Aussteller von Volkswagen auf dem Tag des Hybrids 2009 der RWTH Aachen hieß es dann – anders formuliert zwar, aber sinngemäß: »Der Dieselmotor ist zu gut. Man muss einen schlechteren Motor verwenden, damit der Zusatz des Hybrid-Antriebs überhaupt noch zu irgendeiner Einsparung führt.« Dies bestätigt sich auch gleich beim zweiten Treffer (nach Wikipedia), wenn man im Internet nach »V2G« forscht: Nur Benzin-Hybridfahrzeuge tauchen dort in der Definition auf; Diesel findet keine Erwähnung.

Der Einspar-Effekt des zusätzlichen Gewichts und Preises eines zweiten, zusätzlichen Antriebssystems liegt darin, dass ein Verbrennungsmotor sich relativ schlecht zum Einsatz bei wechselnden, niedrigen Geschwindigkeiten eignet. Ein Generator und ein Akkumulator belasten den Verbrennungsmotor zusätzlich, wenn dieser gerade unterfordert wird, und buttern zu, wenn hohe Leistung abverlangt wird. Entsprechend kleiner kann der Verbrennungsmotor gewählt werden. Jedenfalls theoretisch ist das so. Praktisch handelt es sich bei diesen Fahrzeugen meist um solche der Oberklasse, denen hierdurch noch eine Sonderportion Spurtkraft zusätzlich vergönnt wird.

Lohnt nur bei ineffizienten Motoren

»Leider« eignet sich ein Dieselmotor mit seinem besseren Wirkungsgrad bei Teillast und über ein größeres Drehzahlband schon etwas besser für diese Betriebsart, so dass das zusätzliche Gewicht eines Hybrid-Antriebs den diesem eigenen Vorteil wieder aufzehrt.

Warum setzt sich dann der Hybrid in manchen Ländern gegen den Dieselmotor durch und wird zum Teil sogar staatlich gefördert?

Eine vernünftige Erklärung gibt es hierfür nicht. Diesel-Fahrzeuge genießen in manchen Ländern – als klassische Beispiele werden die USA und China genannt – ein sehr schlechtes Ansehen und dürfen unter Umständen noch nicht einmal in die Innenstädte hinein fahren. Um hier die bestehenden Auflagen zu erfüllen, muss ein Hybrid her. Ob dies der Luftreinhaltung am Ende wirklich dient, bedürfte einer gesonderten Untersuchung.

Nach oben

Wann ist ein Antrieb »hybrid«?

Die Fülle ist unüberschaubar. Es gibt parallele und serielle Antriebe, je nach dem, ob der Verbrennungsmotor auch direkt oder ausschließlich auf dem Umweg über Generator, Akkumulator und Elektromotor auf die Räder wirken kann. Es gibt den »vollen« und den »milden« Hybrid, je nach dem, welcher Anteil an der Gesamtleistung elektrisch erbracht werden kann. Was früher einmal »Start-Stopp-Automatik« hieß, darf sich heute schon »Mikro-Hybrid« nennen! Es gibt den Hybrid zum Einstöpseln (plug-in), den man auch an der Steckdose aufladen und über kurze Strecken wie ein reines Elektrofahrzeug fahren kann – das dann allerdings mit seiner bescheidenen Motorleistung und Akkumulator-Kapazität auch noch einen untätigen Benzinmotor mit sich herum schleppen muss.

Wie anders sähe das aus, würde man diese Konzepte auf die viel schwereren Bahnfahrzeuge übertragen! Dort läge echtes Potenzial. Doch dort redet bislang noch niemand von hybriden Antriebssystemen – und wenn, dann sind es auch wieder Halbheiten mit einem Diesel- und einem Elektromotor auf derselben Welle, so dass widersinnigerweise auch der Elektromotor auf ein verlustreiches hydraulisches Getriebe arbeitet. Entsprechend erschließen diese Konzepte nur einen Bruchteil des dort großen Sparpotenzials – oder erschöpfen sich ganz und gar auf der sprachlichen Ebene, indem man das uralte Konzept der dieselelektrischen Kraft-Übertragung in »hybrid« umbenennt!

Tabelle 3
Tabelle 3
Tabelle 3: Übersicht der Daten einiger Hybrid- und vergleichbarer konventioneller Fahrzeuge

Fragen an den Hybrid

So wird es vorerst eine offene Frage bleiben müssen, wie es denn Energie einsparen soll, wenn man mechanische zuerst in elektrische Energie umwandelt, speichert, aus dem Speicher wieder heraus holt und sodann in mechanische Energie zurück verwandelt statt diese sofort dem Antrieb der Räder zuzuführen. Erschwerend kommt hinzu, dass der Li-Ionen-Akkumulator nahezu ideale Voraussetzungen für das Elektroauto mit sich bringt: Kaum Selbst-Entladung und fast keine chemischen Verluste, so dass lediglich die ohmschen Verluste (Stromwärme) beim Laden und Entladen übrig bleiben. Da diese proportional zum Quadrat der Stromstärke verlaufen, kann ein solcher Akku einen Lade-Entlade-Wirkungsgrad von nahezu 100% erreichen, wenn er langsam entladen und langsam wieder aufgeladen wird. Im Hybrid-Automobil jedoch wird dieser Vorteil wieder zunichte gemacht, weil hier eine große Leistung – sowohl bei der Ladung wie bei der Entladung – von einem viel kleineren Akku gefordert wird als er in einem reinen E-Auto zum Einsatz käme.

Wie eine Lösung irgendwelcher real existierender Probleme sieht das alles nicht aus, trotz aller Argumente, die hierfür immer wieder angeführt werden, wie z. B. die Nutzbremsung (Rückspeisung von Strom in den Akku beim Bremsen): Der Effekt ist minimal, denn der – wie gesagt meist recht schwächliche – Elektroantrieb kann nicht stärker bremsen als er auch beschleunigen kann. Die Erfordernis zu bremsen kommt aber für den Fahrer meist mehr oder weniger überraschend, und dem entsprechend muss dann der Löwenanteil der Bremskraft eben doch wieder von der konventionellen Bremse aufgebracht werden. Ein Elektromotörchen von z. B. 27 kW zusätzlich zu einem Diesel von 120 kW (Citroën DS 5) kann hierzu so gut wie keinen Beitrag leisten.

Bild 6
Bild 6: Auskuppeln, rollen lassen – mal sehen, was passiert

Bei Talfahrt kann man froh sein, wenn das Auto von selbst rollt (Bild 6). Meist muss man noch zusätzlich »Gas geben«, damit es überhaupt mit der gewünschten Geschwindigkeit den Berg hinunter fährt. 1% Gefälle sind mindestens erforderlich, damit das Auto erst einmal anfängt zu rollen. Bei 6% ist eine Endgeschwindigkeit von 170 km/h realistisch. Eine Eisenbahn würde bei 1,8% Gefälle schon 330 km/h erreichen – wenn man ihr denn dazu einige Stunden Zeit ließe.

Toyota beziffert folglich bei seinem Prius die durch Rückspeisung erzielbare Einsparung mit 2% (in Worten: Zwei Prozent – kein Kommafehler)! Entsprechend ernüchternd sieht die Bilanz dann auch aus, wenn man sich die Daten einiger solcher Fahrzeuge ansieht (Tabelle 2): Die Amortisation für den Mehrpreis kann bei 500.000 km liegen, oder sie kann von vornherein negativ sein, wenn man mit dem kombinierten Verbrauch innerorts / außerorts rechnet. Dabei ist der NEFZ für Elektro- und Hybridfahrzeuge noch vorteilhafter als für konventionelle.

Da hilft es auch nichts, wenn ein großer bekannter Autozulieferer den Antrieb, der auch bremsen kann, in »iBooster« umtauft und als eine Bremse verkauft, die auch antreiben kann. Um »bis zu 20%« soll sich dadurch die Reichweite eines E-Fahrzeugs erhöhen – gerade als ob die Möglichkeit zur Rückspeisung in einem E-Auto nicht schon als Standard enthalten wäre, sondern erst jetzt neu erfunden und hinzu gefügt werden müsste. Wie sich die Ersparnis errechnet, steht dort nicht, wohl aber, das Gerät ermögliche eine rekuperative Bremsverzögerung von »bis zu 0,3 g«. In einem Fahrzeug, das voll beladen z. B. 2 t wiegt und bei 200 km/h mit »bis zu 0,3 g« bremst, müsste das Gerät also eine Leistung von »bis zu« 1100 kW erzeugen. Das klingt nicht sonderlich wahrscheinlich. Der arme Akku! Wird die volle Bremskraft aber z. B. erst bei 100 km/h erreicht, so sind 75% der Energie schon weg, konventionell verbremst, in der Umwelt verteilt und verloren – wie bislang üblich. Es ist das gleiche Dilemma wie immer: Machbar nur im Stadtverkehr, aber da lohnt es sich nicht. Bei hoher Geschwindigkeit würde es sich vielleicht lohnen, ist dafür aber nicht machbar. Eine Bremsung von 50 km/h auf 0 erbringt brutto 192 kJ oder etwa 0,3% der Akku-Kapazität, rettet also netto vielleicht 0,2%.

Ähnliche Bilanz für Hybridfahrzeuge

Erst recht hilft es nichts, wenn die Bundesregierung seit 2016 jedem Käufer eines Steckerhybrids 3500 € schenkt. Das Ergebnis wird sein, dass jeder Autokäufer zum Hybrid greifen wird, wenn diese Version seines Wunschautos für einen Aufpreis von z. B. 2500 € erhältlich ist, da 2500 € mehr für ihn 1000 € weniger bedeuten – ganz egal, ob das Fahrzeug jemals an irgendeiner Steckdose aufgeladen wird.

Energie sparen und Umweltschutz haben extrem hohe »Scheinwerte«, aber sehr niedrige »Lesefaktoren«, denn angesichts ihres ununterbrochenen Erscheinens in den Medien scheinen sie hohes Ansehen und viel Bedeutung für das tägliche Leben zu genießen, aber beim Lesen bleibt es dann in der Regel.

»Letztlich geht es in den Energiespardiskussionen doch gar nicht um das Energie sparen«, erklärte vor einiger Zeit der frühere Chefredakteur der Schweizer Zeitschrift für angewandte Elektrotechnik, »sondern um Luxus und Komfort«. Darum dürfte es auch beim Kauf eines Hybridfahrzeugs gehen, und wenn dieses dann vom Fahrer selbst ebenso wie dessen Umwelt für »umweltfreundlich« gehalten wird, ist für ihn die (Um)Welt in Ordnung! Man gönnt sich ja sonst nichts.