13.04.2017 - 10:12 Uhr
Weiden in der OberpfalzOberpfalz

OTH-Professor Peter Kurzweil über die Zukunft von Akku und Brennstoffzelle An Lösungen für morgen arbeiten

Das erste Elektrofahrzeug wurde im Jahr 1839 von Robert Anderson in Aberdeen gebaut. In Deutschland bot im Jahr 1888 der Coburger Andres Flocken das wahrscheinlich erste vierrädrige Elektroauto der Welt an. Es sah in der Frühzeit des Automobils sogar so aus, als würde das Elektroauto siegen. In den USA waren um 1900 rund 40 Prozent der Automobile Dampfwagen, 38 Prozent Elektroautos, aber erst 22 Prozent Benzinautos. In den Großstädten überwogen sogar die Elektroautos.

Elektrotechnik-Absolvent Simon Ott forscht hier an der Optimierung von Li-Ion-Akkus für das OTH-eigene Rennauto „Running Snail“, das schon seit Jahren elektrisch fährt.
von Auto Motor SpezialProfil

Gewicht zunächst kein Problem

Da Autos am Anfang überwiegend im Stadtverkehr eingesetzt wurden, machten die geringe Reichweite und das hohe Gewicht der Bleiakkus nicht viel aus. Doch während der Verbrennungsmotor rasche Fortschritte machte, änderte sich an der Akkumulatorentechnik lange nichts. Sogar heute noch haben unsere Autos die alten Bleiakkus zum Starten des Motors.

Während Elektromotoren längst ausgereift und dank moderner Leistungselektronik auch leicht regelbar sind, ist das Akku-Problem heute der Verbreitung der E-Mobilität hinderlich. Doch auf diesem Gebiet wird enorm geforscht: Auch ganz nahe, nämlich an der Ostbayerischen-Technischen Hochschule (OTH) in Amberg. Dort sitzt einer der führenden Experten Deutschlands im Bereich der Brennstoffzellenforschung, Professor Dr. Peter Kurzweil. Der Chemiker kennt sich natürlich auch mit Akkumulatoren aus. Die „Auto-Motor-spezial“-Redaktion besuchte ihn und plauderte über Zukunftsvisionen bei elektrischen Automobilantrieben.

Allmähliche Ablösung

„Der Verbrenner wird allmählich zurückgedrängt und nur noch für lange Strecken Bedeutung haben“, glaubt er, widerspricht damit aber auch der oft gehörten These, schon in wenigen Jahren würde der Verbrennungsmotor schlagartig aus dem Verkehr gezogen. Die Entwicklung in der Akkumulatorentechnik ist noch lange nicht am Ende. Der Trick bei den heute fast immer verwendeten Lithium-Ionen-Akkus: Die Li-Ionen sind sehr klein und schieben sich in das Elektrodenmaterial, zum Beispiel zwischen die Schichten von Graphit. Weil das Platz und Material spart, ist die Energiedichte von Li-Ionenakkus so hoch.

Metall-Ionen-Akkus

„Doch Li-Ionen-Akkus sind erst die Einstiegs-Technologie“. ist sich Kurzweil sicher. Zurzeit werde massiv an anderen Metall-Ionen-Akkus geforscht, die zum Beispiel mit dem in fast unbegrenzten Mengen verfügbaren Natrium arbeiten. „Das steckt noch total in den Kinderschuhen“.

Außerdem ist er überzeugt: „Das Thema Reichweite wird an Bedeutung verlieren, nur für den Fernverkehr ist es wirklich relevant“. Auch lasse sich die Lithium-Technologie weiter ausbauen, zum Beispiel mit Li-Schwefelakkus oder Li-Luftakkus, die rund eine Verdoppelung der spezifischen Energie ermöglichten.

Thema Energiedichte

Ein grundsätzliches Problem kann aber auch die modernste Akkutechnik nicht beseitigen: Die Energiedichte ist immer geringer als bei einem Brennstoff. Und auch von den kurzen Betankungszeiten des Verbrenners bleibt die Ladezeit weit entfernt. Abhilfe könnte man
hier nur schaffen, wenn der elektrische Strom für die Motoren erst im Auto erzeugt wird, und das aus einem erneuerbaren Brennstoff und mit hohem Wirkungsgrad. Das gibt es schon lange: Die Brennstoffzelle.

Brennstoffzelle aktuell

Bei ihr wird Wasserstoff ohne Hitzentwicklung verbrannt und elektrische Energie gewonnen. „Das Thema ist nach wie vor aktuell“, urteilt Professor Kurzweil. Er arbeitete selbst bei Dornier in Friedrichshafen, „der Keimzelle der deutschen Brennstoffzelle“. Und er kennt die Vorteile. „Die neuen Wasserstoff-Gasflaschen lassen sich nahezu so schnell wie Benzintanks füllen“. Und weil der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle bei fast 100 Prozent liegt, kommt man in Zusammenarbeit mit Elektromotoren auch auf ähnliche Reichweiten wie beim Verbrennungsmotor.

Energielösung der Zukunft?

Ist also die Brennstoffzelle die endgültige Lösung, um die fossilen Energieträger im Auto zu ersetzen? Ganz so einfach ist es auch nicht. Es muss ebenfalls zuerst eine Infrastruktur an Tankstellen eingerichtet werden. Bis heute gibt es nur eine Handvoll in Deutschland. Auch muss der Wasserstoff durch Elektrolyse gewonnen werden und der Strom dafür regenerativ, also durch Solaranlagen. Und um Strom in dieser Menge zu erzeugen, muss man wohl in die Sahara gehen.

Pipelines andenken

Von da aus kann man entweder den Wasserstoff über Pipelines nach Europa bringen, oder gleich am Entstehungsort den Strom erzeugen und über HGÜ (Hochspannungs-Gleichstromübertragung) unter dem Mittelmeer ins europäische Stromnetz einspeisen.

Professsor Kurzweil entwickelt unseren Gedanken noch weiter. Wenn man dann so viel Strom zu Verfügung hat, könnte man auch gleich über „a g'scheite“ Wasserpipeline entsalztes Meerwasser in die Dürregebiete im Süden Afrikas schicken. Eines scheint sich jedenfalls abzuzeichnen: Die vollständige globale Verwirklichung des Elektroantriebs für Autos kann man nur in einem ebenfalls globalen, regenerativen Energiesystem sinnvoll umsetzen.

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