Umwelt vor 601 Tagen

Elektromobilität - Vision von gestern?

Am Anfang war das Elektrofahrzeug und mit nanoFlowcell® wird die Vision einer nachhaltigen und sauberen Mobilität nun endlich möglich.

Mitte des 19. Jahrhunderts lag nicht nur das Glück der Erde auf dem Rücken der Pferde, sondern sie waren auch das allgegenwärtige Transportmittel und dominanter Wettbewerber der ersten Dampf- und Elektrofahrzeuge. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor gab es noch nicht. Eine Pferdekutsche war in Anschaffung und Unterhalt erheblich günstiger als die autonomen Mobile, die in der Bevölkerung auf breite Ablehnung stießen. Sie galten eher als eine Spielerei für skurrile und wohlhabende Technik-Aficionados, denn als zukunftsweisender Fortschritt der Individualmobilität.

Doch es gab bereits Vertreter einer "Umweltbewegung", die vor zu hohen Emissionen warnten und saubere Städte forderten. So etwa in New York gegen Mitte des 19. Jahrhunderts. Die New Yorker Stadtplaner warnten vor einer Zunahme des Pferde-Kutschen-Verkehrs, denn sie fürchteten, dass bis 1910 meterhoher Pferdemist die Straßen der Stadt gänzlich verstopfen könnte. Auch im London der 1870er Jahre befürchtete man, dass die Straßen der britischen Hauptstadt in Pferdemist versinken könnten. In den Metropolen der Welt bestand akuter Handlungsbedarf.

Spulen wir an dieser Stelle die Geschichte um einige Jahre zurück und blicken auf die Anfänge der Elektromobilität.

Der bedeutende Naturforscher und Experimentalphysiker Michael Faraday zeigte 1821, wie mit dem Elektromagnetismus eine kontinuierliche Rotation erzeugt werden konnte und schuf damit die Grundlage des Elektroantriebs.

Aus den unterschiedlichsten Elektromotor- und Batterie-Varianten entstanden ab den 1830er Jahren verschiedene Elektrofahrzeuge. Thomas Davenport, gelernter Grobschmied und Autodidakt, erhielt das weltweit erste Patent auf einen Elektromotor. 1835 baute er mit diesem Elektromotor ein Modell eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs auf einem Schienenkreis von 1,20 Metern Durchmesser. Seine Entwicklung war ein technischer Durchbruch, doch hatte sie zunächst keine praktische Anwendung, da die Dampfmaschine zu diesem Zeitpunkt noch effizienter und ökonomischer war.

Das erste bekannte Elektroauto baute 1888 die Coburger Maschinenfabrik A. Flocken. Der Flocken Elektrowagen ist der erste vierrädrige elektrisch angetriebene Personenkraftwagen weltweit. Ein 100 kg schwerer Akku mit einer Energiedichte von 27 Wh/kg speiste einen 0,7 kW starken Elektromotor, der den Kutschenwagen auf eine Höchstgeschwindigkeit von 15 km/h beschleunigte. Die Reichweite dieser historischen Elektrofahrzeuge betrug zwischen 40 und 100 Kilometer.

Rekordfahrer wie Camille Jenatzy, der mit seinem fast lautlosen und mehr als 100 km/h schnellen Elektromobil die lauten und qualmenden Benziner seiner Zeit hinter sich ließ, musste bereits nach wenigen Kilometern diese wieder an sich vorbei ziehen lassen. Die Batterie-Elemente des "La Jamais Contente" genannten Elektromobils waren bereits nach kurzer Zeit erschöpft.

Dennoch, eins war mittlerweile absehbar: Die Entwicklung des Automobils schritt schneller voran als die Evolution der Pferdekutsche.

Visionäre und Automobilpioniere wie Henry Ford trotzten dem Druck der Öffentlichkeit: "Wenn ich die Menschen gefragt hätte, was sie wollen, hätten sie gesagt: schnellere Pferde", so Henry Ford über seine anfängliche Motivation, Automobile zu entwickeln und zu produzieren.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts zählten Elektrofahrzeuge mit zu den populärsten Kraftwagen. Um 1900 fuhren in den USA rund 40 % der Autos mit Dampf, 38% mit Elektrizität und nur 22% mit Benzin. In der Stadt New York betrug der Anteil an Elektrofahrzeugen sogar 50%. Ihren Höhepunkt hatten Elektroautos um etwa 1912, doch sie sollten schnell schon unpopulär werden.

Mit der Erfindung des elektrischen Anlassers in 1911, der das lästige Ankurbeln des Verbrennungsmotors per Hand überflüssig machte, wurde das Autofahren komfortabler. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor setzten sich durch. Sie hatten eine sehr viel größere Reichweite und fossiler Kraftstoff war mittlerweile günstig verfügbar. Elektrofahrzeuge spielten im öffentlichen Straßenverkehr kaum noch eine Rolle. Die individuelle Massenmobilität, angetrieben von fossilem Brennstoff, kündigte sich an.

Erst in den 1990er Jahren wurde die Entwicklung und Produktion von Elektrofahrzeugen wieder aufgenommen. Motiviert von der durch den Irakkrieg ausgelösten Ölkrise und wissend, dass autofreie Sonntage der 1970er Jahre in einer auto-mobilitätsbasierten Gesellschaft keine Option mehr sind, begannen einige wenige Automobilhersteller Elektroantriebe für PKW zu entwickeln. Mit zunehmendem Umweltbewusstsein und einhergehenden gesetzlichen Regelungen, welche die stufenweise Einführung von Emissionshöchstgrenzen für Fahrzeuge regelten, wurde später die gesamte Automobilindustrie in die Pflicht genommen, umweltverträgliche Produktentwicklungen voranzutreiben.

Seit der letzten Jahrtausendwende erleben Elektrofahrzeuge über alle Segmente hinweg eine schwelende Renaissance. Sie entflammten bislang aber noch keine konsumrelevante Begeisterung, die sie an ihre historischen Markterfolge anknüpfen lässt. Der Elektroantrieb ist weiterhin unpopulär, obwohl er dem herkömmlichen Antrieb mit Verbrennungsmotoren in wichtigen Eigenschaften überlegen ist. So kann der Elektroantrieb beispielsweise eine vorteilhaftere Drehmoment- und Leistungscharakteristik vorweisen. Zudem sind Elektromotoren dank eines deutlich besseren Wirkungsgrads und dem fehlenden Leerlauf wesentlich energieeffizienter, und im Betrieb emissionsfrei in Bezug auf Schadstoffe und Lärm.

Mögliche Einsparung an Gewicht durch den Wegfall diverser Baugruppen gegenüber dem Verbrennungsmotorenantrieb wird aufgewogen durch das hohe Gewicht der benötigten Akkumulatoren. Aktuelle Elektrofahrzeuge sind daher nicht unbedingt leichter als entsprechende Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Auch ist ihre Reichweite beschränkter als die von Verbrennern und das Wiederaufladen der Akkumulatoren ist nicht ohne Umstände.

Kurzum, mit Elektrizität zu fahren ist vielen Autofahrern noch zu "unbequem": Langwierige Batterie-Ladevorgänge, geringe Reichweiten und unzureichende Höchstgeschwindigkeit. Um den gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsobergrenzen im Flottenverbrauch zu entsprechen, müssen Automobilhersteller jedoch zunehmend mehr Kunden von Elektromobilität überzeugen. Das geht jedoch nur, wenn das Produktangebot interessant genug für die Allgemeinheit wird.

Zu den größten Herausforderungen in der Elektromobilität gehört daher die Entwicklung leichter und effizienter Akkumulatoren, die viel Leistung liefern und sich schnell wieder aufladen lassen. In der Industrie gab es bislang verschiedene Konzepte für die Energiespeicherung bei Elektroautos, wovon der Lithium-Ionen-Akkumulator derzeit die größte Verbreitung hat.

In der Vergangenheit nutzten die meisten Elektroautos Bleiakkumulatoren, die eine Fahrtzeit von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit zuließen, oder für Fahrstrecken zwischen 40 und 130 Kilometer ausreichten. Bleiakkumulatoren besitzen eine geringe Energiedichte, oder anders gesagt, sie sind sehr schwer für die in ihnen enthaltene Energie.

Mit modernen Akkumulatoren auf Lithiumbasis werden derzeit Reichweiten zwischen 300 und 500 Kilometer erreicht. Leider neigen diese Akku-Typen zum thermischen Durchgehen, was die Sicherheit eines solchen Antriebs in Frage stellt. Darüber hinaus sind auch Lithium-Ionen-Akkumulatoren den flüssigen Kraftstoffen sowohl in punkto Energiedichte als auch in punkto Wirtschaftlichkeit noch unterlegen.

In jüngster Zeit werden jedoch große Fortschritte mit Akkumulatoren des Typs Redox-Flowcell gemacht. Den Durchbruch schaffte Nunzio La Vecchia, Chief Technology Officer der nanoFlowcell AG mit seiner auf der Redox-Flowcell basierende nanoFlowcell®-Technologie. Im ersten Prototypen der Firma - dem QUANT E von 2014 - konnte der nanoFlowcell®-Antrieb mit eindrucksvollen Leistungen debütieren: die nanoFlowcell® hat eine Energiedichte von 600 Wh/l und ein Wirkungsgrad von 80 Prozent. Der nanoFlowcell®-Antrieb beschleunigt den Sportler von 0 auf 100 km/h in unter 2.8 Sekunden und spornt ihn zu einer Höchstgeschwindigkeit von 380 km/h an.

Die nanoFlowcell® ist trotz ihrer Leistung sehr kompakt und auch in einem Sportwagen lassen sich die großen Elektrolyt-Tanks von insgesamt 400 Litern flexibler positionieren, als ein annährend vergleichbares, 750 kg schweres Lithium-Ionen-Akkusystem mit aufwendiger Reihenschaltung und Leitungsführung sowie einem separaten Kabelbaum für die exakte Überwachung aller einzelnen Zellen

Erreichte der QUANT E mit einer 400-Liter-Tankfüllung eine Reichweite von 600 Kilometern, so schafft der aktuelle QUANTiNO, das weltweit erste Elektroauto mit Niedervoltantrieb powered by nanoFlowcell®, mit rund 300 Litern Elektrolytflüssigkeit bereits Reichweiten jenseits der 1.000 Kilometer.

Vorteile der nanoFlowcell® sind ihr emissionsfreier Betrieb, der Einsatz umweltfreundlicher und toxikologisch unbedenklicher Elektrolytflüssigkeiten, die weder brennen noch explodieren können sowie ihr relativ simpler Aufbau und das Fehlen von Metallen der Seltenen Erden im gesamten Antriebssystem.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektrofahrzeugen mit Lithium-Ionen-Technologie braucht ein Fahrzeug mit nanoFlowcell®-Antrieb keine extensiven Ladezeiten und komplexe Ladestationen. Verbrauchte Elektrolytflüssigkeit wird einfach nachgetankt, ähnlich wie bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Auch im Rahmen des Rohstoffrecyclings ist die nanoFlowcell® dank ihrer ausgedehnten Lebensdauer vorbildlich: aktuell bewältigt die nanoFlowcell® bis zu 10 mal mehr Ladevorgänge als konventionelle Lithium-Ionen-Akkusysteme (Bleiakku: ca. 500; Li-Ion-Akku: ca. 1.000) und übertrifft damit die durchschnittliche Lebensdauer eines modernen Automobils. Ein Memory-Effekt stellt sich bei der nanoFlowcell® während dieser Zeit nicht ein.

Mit ihrer hohen Effizienz und Umweltverträglichkeit entspricht die nanoFlowcell® den automobilen Kundenbedürfnissen und eröffnet darüber hinaus neue Perspektiven in vielen Bereichen. Mit Recht steht nanoFlowcell® im Mittelpunkt aktueller Debatten über die zukünftige Gestaltung einer nachhaltigen und sauberen Elektromobilität.

Wie sagte ein weitsichtiger Mann: "Das weite Land wird von Oelmotorfahrzeugen durcheilt werden und die glatte Asphaltfläche der großen Städte wird von mit Sammlerelektrizität getriebenen Wagen belebt sein."

Dies ist kein Auszug aus einer aktuellen Studie zur Elektromobilität der Zukunft, sondern die verkündete Vision des Oberbaurat a.D. Klose, Präsident des Mitteleuropäischen Motorwagen-Vereins, auf der Gründungsversammlung des Vereins im Jahr 1897. Die Erfüllung seiner Prophezeiung ist näher denn je. Denn aufgrund ihrer Produkteigenschaften und ihrem positiven Effekt auf die Individualmobilität, wird es nicht lange dauern, bis sich Elektrofahrzeuge mit nanoFlowcell®-Antrieb am Markt durchsetzen.

Der nanoFlowcell®-Technologie gehört die Zukunft.

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