Der Begriff Alternative Antriebstechnik (Synonym „Alternative Antriebe“) umfasst Konzepte zum Antrieb von Fahrzeugen, die sich hinsichtlich Energieart oder konstruktiver Lösung von den auf dem Markt verbreiteten Antriebstechniken unterscheiden.
Mit solchen Techniken verbindet sich die Hoffnung, dass sich abzeichnende Probleme herkömmlicher Antriebe wie Umweltbelastung oder Erschöpfung fossiler Treibstoff-Quellen (Erdöl) lösen lassen. Eine Umstellung auf alternative Antriebe ist der Grundstein für eine Energiewende im Verkehr.
Elektrifizierung des Antriebsstrangs Bearbeiten
Hier werden Antriebskonzepte behandelt, die im Wesentlichen aus einer Kombination aus konventionellen Antrieben mit Verbrennungsmotor sowie einem mehr oder weniger großen Anteil elektrischer Antriebskomponenten bestehen. In dem dargestellten Schema sind auch konventionelle Antriebe ohne elektrischen Anteil aufgenommen. Beim reinen Elektrofahrzeug sowie bei Brennstoffzellenfahrzeugen (oder Mischformen) ist zum Teil kein konventioneller Anteil mehr vorhanden.
Hybridantrieb Bearbeiten
Bei Hybrid-Fahrzeugen werden Energieumwandlung und Energieabgabe durch Energiespeicher zeitlich getrennt und/oder es werden zwei Energieumwandlungsmaschinen parallel benutzt (Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine). Als Energiespeicher für den Elektroteil des Antriebs werden Akkumulatoren oder Doppelschichtkondensatoren benutzt.
Im Stadtverkehr, gekennzeichnet durch kleinere Fahrtstrecken, geringere Geschwindigkeiten sowie häufiges Beschleunigen und Abbremsen, hat der Hybridantrieb in der Regel Vorteile im Energieverbrauch. Beim Überlandverkehr, also eher längeren Fahrtstrecken bei höheren Geschwindigkeiten, wirkt sich ein Hybridantrieb eher als Nachteil für den Energieverbrauch aus, weil in diesem Modus ohnehin meist nur der Verbrennungsmotor läuft und der Hybridantrieb den Nachteil der höheren Masse mit sich bringt.
Beispiele für aktuell produzierte Hybridantriebe sind Toyotas Hybrid Synergy Drive und der Voltec-Antrieb von General Motors.
Elektroantrieb Bearbeiten
Elektrofahrzeuge beziehen die Energie zumeist aus mitgeführten Energiespeichern, die zuvor ausreichend betankt bzw. aufgeladen werden. Brennstoffzellen erzeugen elektrischen Strom direkt aus einem Kraftstoff. Solarfahrzeuge führen zumeist kleinere Energiespeicher mit und können zusätzlich durch mitgeführte Solarzellen Strom durch Sonnenenergie aufnehmen. Jedoch können nur sehr verbrauchsarme Fahrzeuge und Boote mit direkter Sonneneinstrahlung fahren, da für die meisten Fahrzeugen die benötigte Energie wesentlich höher ist, als der Ertrag aus mitgeführten Solarzellen (siehe auch Elektroauto, Elektromobilität).
Zu den Elektroantrieben gehören auch solche, deren Energie nicht in Form von Elektrizität gespeichert ist (etwa in einer Lithium-Ionen-Batterie), sondern in Form eines noch umzuwandelnden Kraftstoffs, beispielsweise Wasserstoff. Die Umwandlung würde in diesem Fall in einer Brennstoffzelle geschehen, die so gewonnene elektrische Energie würde dem Antrieb zur Verfügung gestellt werden. In dem Falle spricht man auch von einem Brennstoffzellenfahrzeug.
Alternative Kraftstoffe mit herkömmlicher Verbrennungskraftmaschine Bearbeiten
Alternative Kraftstoffe können helfen, die Abhängigkeit von fossilen Kraftstoffen und die Netto-Emissionen von CO2 zu verringern. Die Effizienz ist besonders bei neuen Kraftstoffen noch verbesserbar, wodurch sich die Umweltbilanzen noch verschieben könnten.
Auch für den herkömmlichen Straßenverkehr mit konventionellen Verbrennungsmotoren werden bereits in großem Stile alternative Kraftstoffe eingesetzt, zumeist als Beimischung zum handelsüblichen Benzin oder Diesel. EU-weit werden zum herkömmlichen Benzin bis zu 10 % Ethanol beigemischt, zum herkömmlichen Diesel bis zu 7 % aus Biomasse gewonnenes umgeestertes Pflanzenöl (Biodiesel).
Auch alternative Kraftstoffe erfordern eine Anpassung der Kraftfahrzeugtechnik. Dies mag die Kraftstoffversorgung, die Speicherung im Auto, die Verbrennungskraftmaschine oder die Sicherheitseinrichtungen betreffen.
Dieselmotoren können prinzipiell mit reinem Biodiesel arbeiten, die meisten Fahrzeuge sind aber nur für max. 10 bis 20 % freigegeben, da technische Probleme bei Dichtungen auftraten. Die Verdünnung des Motoröls ist ein weiteres Problem, ließe sich jedoch überwachen. Partikelfilter sind ebenso wie beim Dieselbetrieb einsetzbar.
Weitere Konzepte Bearbeiten
Hier werden noch eine Reihe anderer Konzepte aufgeführt, weil sie auch alternative Antriebe im Sinne dieses Lemmas darstellen. Man muss jedoch davon ausgehen, dass hiermit keinerlei wirtschaftliche Relevanz im Automobilsektor verbunden ist, sei es aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen. In anderen Sektoren können jedoch durchaus Nischenanwendungen mit solchen Konzepten abgedeckt werden, beispielsweise bei der stationären Energieerzeugung oder in Bereichen, die kritisch bzgl. der Abgaserzeugung sind.
- Gasexpansionsmotor
- Wärmekraftmaschinen mit äußerer Verbrennung (Ericssonmotor, Stirlingmotor, Vakuummotor)
- Druckluftauto
- Vielstoffmotor
- Holzgasmotor
- Elektro-Schubanhänger
Hubkolbenmotoren Bearbeiten
Anforderungen für den Einsatz alternativer Antriebe Bearbeiten
Um kostspielige Fehlinvestitionen zu vermeiden, müssen besonders bei gewerblich genutzten Flotten die Technologien auf den Anwendungsfall abgestimmt werden, da sie selten alle Vorteile des Verbrennungsmotors zugleich in sich vereinigen. Die wesentlichsten Kriterien sind:
- Reichweite
- maximale Leistung (Beschleunigung, Steigungen)
- Stabilität bzw. Konstanz der gespeicherten bzw. an Bord vorgehaltenen Energie
- akzeptable Tankprozedur in Bezug auf Sicherheit, Dauer und Wirkungsgrad der Gesamtenergiekette von der Quelle bis zum Rad
- Sicherheit für Insassen und Umgebung
Literatur Bearbeiten
- Helmut Tschöke (Hrsg.): Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs, Springer Vieweg, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-04643-9
- Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis, Hanser, 2. aktualisierte Auflage, München 2017, ISBN 978-3-446-45099-8
- Bernd Ostmann (Hrsg.): Alternative Antriebe: So fahren wir in Zukunft, Motorbuch Verlag, Stuttgart 2011, ISBN 978-3-613-03346-7
Weblinks Bearbeiten
- (Memento vom 15. Oktober 2012 im Internet Archive)
- EU-Strategie zur Verbreitung Alternativer Kraftstoffe
- Übersicht zu alternativen Antriebstechniken
- Aktuelle Informationen rund um das Thema nachhaltige individuelle Mobilität
- Informationsportal rund um Alternative Antriebe und Biokraftstoffe
- Alternative Antriebe – Informationen des Bundesamts für Energie
Quellen Bearbeiten
- Braess, Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, Aufl. 3 aus 2003; S. 138