Elektro und Hybrid vs. Verbrennermotoren

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aha Jugendinfo

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31. März 2023

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Mit einiger Sicherheit hat jeder von uns schon einmal von Elektro und Hybridautos gehört. Sie gewannen in den letzten Jahren immer mehr Aufsehen auf dem Automobilmarkt und werden als Klimaneutrale Autos der Zukunft gepriesen. Doch wie funktioniert ein solches Auto und was macht es Klimaneutral? Welche Vor-und Nachteile bringt es und kann sich der Durchschnittsbürger ein solches Auto überhaupt finanzieren?

Ein kurzer Sprung in die Geschichte des Autos

Ein Automobil ist es ein Fahrzeug, welches mit einem Motor fährt und Keine «fremde» Fahrhilfe benötigt. 250 Jahre vor heute reisten die Menschen noch mithilfe von Pferden und Kutschen oder ganz klassisch zu Fuss. Der Franzose Nicholas Cugnot erfand 1769 das erste Automobil. An einer riesigen Dreirad-Kutsche hatte er am vorderen Rad einen Dampfkessel befestigt. Dieser war über zwei Kolben mit dem vordersten Rad verbunden. Wenn sich genügend Dampf aufgebaut hatte, wurden die Kolben vom Dampf nach unten gepresst und brachten das Rad in Bewegung. Allerdings war die Kutsche alles andere als lenkbar denn das Gewicht des Dampfkessels wurde ausschliesslich vom vorderen Rad getragen und landete so eines Tages in einer Wand. (Der erste aufgezeichnete Verkehrsunfall der Welt). Nicholas Kutsche wurde daraufhin verboten und für den Rest seiner Existenz weggesperrt. Heute kann man die Kutsche im Tampa Bay Automobile Museum in Florida betrachten.

Bild: Dennis Kartwatka (Techdirection) 1

1881 treffen wir auf das erste elektrisch betriebene Auto der Geschichte. Der Erfinder Gustave Trouvé hatte hierfür ein dreirädriges Fahrrad verwendet, in welchem er die Miniversion eines Motors von einem anderen Erfinder testete.

Im Jahr 1882 erfand Werner Siemens den ersten elektrisch angetriebenen Kutschenwagen. Die Kutsche funktionierte über eine zweipolige Oberleitung und ist der Vorläufer der heutigen Oberleiterbusse.

Etwas später erfanden Ayrton und Perry das erste akkubetriebene Dreirad. Mit einem Energiegehalt von 1,5 kWh und einer Spannung von 20 Volt leistete der Motor knappe ½ PS. Das Fahrzeug reichte bis zu 40 Kilometer mit einer Höchstgeschwindigkeit von ca. 14 km/h. Erst 1886 erfand Carl Benz den ersten Personen-Motorwagen, welcher mit Fossilen Brennstoffen funktionierte. Bis heute zählt man seine Erfindung als den Beginn des Automobilmarktes.

Das erste Hybridauto kam 20 Jahre später auf den Markt. Bekannt unter dem Namen Lohner-Porsche mixte. Der Elektromotor wurde mithilfe eines Verbrennungsmotors angetrieben. Das ursprüngliche Fahrzeug hatte lediglich einen Vorderradantrieb. In einer Spezialfertigung hatte das Auto jedoch einen Allradantrieb. Somit war es nicht nur das erste Hybridauto, sondern auch das erste Auto mit einem Allradantrieb.

Ein Blick unter die Motorhaube

Da der Viertaktmotor den Verbrenner-Markt dominiert gehen wir nur kurz auf diesen ein uns lassen alle anderen Motoren ausser Acht (Zweiertakt, Kreiskolbenmotor usw.)

Der Viertaktprozess:

Takt: Ansaugen: Der Kolben wird nach unten gedreht und saugt während dieser Bewegung Luft aus dem Einlassventil an. Zur selben Zeit wird Kraftstoff (Diesel, Benzin) eingespritzt.
Takt: Verdichten und Zünden: Die Offenen Ventile werden verschlossen und der Kolben nach oben gestossen. Dabei wird das Gemisch aus Kraftstoff und Luft zusammengepresst (verdichtet).
Takt: Arbeiten: Ein Funke entzündet das verdichtete Gemisch. Durch den dabei entstandenen Verbrennungsprozess wird der Kolben erneut nach unten gedrückt.
Takt: Ausstossen: Der Kolben wird nach oben gestossen und drückt das entstandene Abgas über das geöffnete Auslassventil aus dem Zylinder in den Auspuff und von dort in die Umwelt.

Hier wird der Verbrennermotor gut veranschaulicht.

Bei den Elektrofahrzeugen funktioniert der Prozess etwas anders. Im Fahrzeug ist ein sogenannter synchroner Wechselstrommotor verbaut. Er funktioniert über Elektromagneten bzw. dem stillstehenden Stator und dem sich drehenden Rotor. Stator und Rotor produzieren beide ein Magnetfeld, der Stator durch Gleichstrom und der Rotor durch Wechselstrom. Dadurch werden die Elektromagneten durchgehend angezogen und wieder abgestossen. Dieses Anziehung und abstossen führt dazu, dass sich der Rotor bewegt und das Auto antreibt.

Hybridautos sind nicht direkt eine Mischung aus beiden Automotoren. Egal ob Mildhybrid oder Vollhybrid wird das Auto entweder via Elektromotor, Verbrennermotor (4-Takt) oder durch beides betrieben. Im kurzen: Ein Vollhybrid kann bis zu einer Geschwindigkeit von 50 km/h über den Elektromotor betrieben werden. Überschreitet die Geschwindigkeit die 50 km/h Grenze wird der Verbrennermotor aktiviert.

Wenn man auf der Autobahn beispielsweise überholt, wird über die im Auto verbaute Batterie (vorausgesetzt der Ladestand reicht aus) Energie ins System geleitet, um die beiden aktiven Motoren zu unterstützen.

Was macht Hybrid und Elektroautos klimafreundlich?

Elektroautos

Die meisten der heutigen Elektroautos besitzen Lithiumionen Akkus. Eine kleiner Version dieses Akkus trägt jeder in seiner Hosentasche, denn unsere Smartphones werden durch diese betrieben. Lithium zählt zu den «seltenen Erden» und werden vor allem in Trockenen Gebieten gewonnen. Dabei verursacht die Gewinnung grosse Schäden an der Umwelt, verseucht das Trinkwasser und zerstört den Lebensraum der Region.

Derzeit sind Elektroautos aber gerade für den Gebrauch in der Stadt von Vorteil. Da sie keinen direkten Ausstoss von Abgasen haben kann sich das Luftklima in Städten eindeutig verbessern, wenn jeder Anwohner auf ein Elektroauto umsteigt. Nicht nur die Luft verbessert sich, sondern auch die Lärmbelastung. Elektroautos sind «Grundsätzlich» Leise bzw. sie sind mit einem Warnsignal ausgestattet welches sich ab einer Geschwindigkeit von unter 20km/h aktiviert. Durch diese geringe Lärmbelastung könnten sich Vögel und andere Tiere wieder in den Städten ansiedeln und somit die Artenvielfalt fördern. Die Klimaneutrale Bilanz von Elektroautos wird sogar gefördert, wenn die Autos über Ökostrom betrieben werden.

Leider sind Elektroautos derzeit für noch nicht für weite Reisen brauchbar, da viele unserer Nachbarn keine oder nur wenige Ladestationen für Elektroautos bieten.

Hybridautos

Hybridautos sind dagegen auch für solche Weitstrecken brauchbar. Gerade auf der Autobahn werden sie grösstenteils über den Verbrennermotor betrieben und können einfach und schnell an einer Tankstelle getankt werden. Durch den Kraftstoffverbrauch fördern sie leider aber auch den direkten Ausstoss von Abgasen. In Städten bieten sie jedoch eine gute Möglichkeit Klimaneutral zu fahren. Wie bereits erwähnt fahren Vollhybride bis zu einer Geschwindigkeit von 50 km/h via Elektromotor und besitzen in diesem Bereich die gleichen positiven Vorteile wie ein Elektroauto.

Wie finanziert man sich ein solches Auto mit einem Durchschnittsgehalt?

Solange man bei einem Elektroauto nicht von Luxusmodellen wie Teslas oder on Audi e-Trons spricht fallen auch hier, wie bei Verbrennern, Durchschnittspreise von 35-40’000 Franken an. Besitz man erst einmal ein Elektroauto welches einen durchschnittlichen Verbrauch von 15 kWh/ 100 km hat zahlt man für die Strecke von 100km ca. 5 Franken für den Strom. Das sind 4 Franken weniger die man sonst für einen Verbrenner ausgibt. E-Autos haben noch einen kleinen weiteren Vorteil im Gegensatz zu Verbrennern. In ihnen werden weniger Teile verbaut, was wiederum dazu führt, dass man seltener in die Wartung muss und hierbei Ausgaben spart.

Für Hybridautos zahlt man je nach Art des Wagens mehr oder weniger. So liegt der Durchschnittspreis für einen Kleinwagen bei 25’000 CHF und der Durchschnittspreis für einen Mittelklassewagen bei 40’000 CHF. Bei Hybridautos ist es schwer genau zu sagen wie viel sie tatsächlich verbrauchen. Meiner Schätzung nach liegen sie in einem Mittelbereich zwischen Elektrofahrzeug und Verbrenner. Grundsätzlich kann man davon ausgehen, dass man auch bei einem Hybridauto genauso oft in die Wartung muss wie bei einem Verbrenner und verringert damit diese Kosten nicht.

Fazit

Hybridautos sind für einen Durchschnittsbürger, der das Auto nur für die Alltagsnutzung braucht, keine gute Wahl. Die Kosten überwiegen die Umweltfreundlichen Vorteile und sind nebenbei angemerkt ein Auto für Menschen ohne Durchschnittsgehalt.

Elektroautos hingegen gibt es in einer sehr weiten Bandbreite. Von Kleinwagen zu Luxusmarken ist alles dabei und selbst der durchschnittliche Bürger kann sich ein solches Auto leisten. Nebenbei spart man einige Kosten und unterstützt die Lokale Umwelt mit Klimafreundlichen Fahrten. Für den Alltag eignen sich Elektroautos sehr gut, bei längeren Fahrten rät sich, auf den Verbrenner zurückzugreifen, aber auch hier dürfen wir in den nächsten paar Jahren noch einen Ausbau der Ladestationen auch im Ausland verfolgen.