Es braucht Saft (1/2)

Um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen, braucht es Energie. Dabei gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten: Entweder das Fahrzeug führt die erforderliche Energie mit sich mit, zum Beispiel in Form von Tanks, oder aber die Energie wird permanent von außen zugeführt, was mit Hilfe eines „Fahrdrahtes“ oder einer Stromschiene geschieht.

Saft im Tank: Erdölprodukte

Billiger Saft im Tank ermöglichte erst die Massenmotorisierung. Der Preis wird aber weiter anziehen – sowohl der an der Tankstelle als auch der für nachfolgende Generationen. Foto: © Viktor Mildenberger, pixelio.de

Mutter Natur hat mit Erdöl und dem daraus raffinierbaren Benzin oder Diesel (oder anderem) ein ganz dolles Zeug zusammengebraut. Es hat eine sehr hohe Energiedichte, liegt in flüssiger Form – und nicht in gasförmiger – vor, ist damit leicht handhabbar und dank der massenhaften Förderung/Produktion unglaublich billig. Wie absolut alles im Leben hat es aber auch ein paar Nachtteile, diese sollten hinlänglich bekannt sein.

So ist es prinzipiell nicht möglich, Diesel klimaneutral zu verwenden. Von Biodiesel, dass eher eine Art Alkohol ist, hat man inzwischen Abstand genommen. Man kann nur versuchen, den Treibstoffkonsum eines Fahrzeugs zu optimieren und die Abgase noch im Fahrzeug zu behandeln, wo man in den letzten Jahren gerade bei den Bussen beachtliche Fortschritte erzielte.

Der größte Nachteil von Erdölprodukten aller Art ist dessen Endlichkeit, irgendwann haben sich die Ölfelder ausgesprudelt und lange vorher wird es nicht mehr so billig wie jetzt sein. Schon heute gut ablesbar an der Tatsache, dass Ölsande – zum Beispiel in Kanada – abgebaut werden, was in der Herstellung ziemlich teuer ist. Noch schlimmer wirkt die dabei einhergehende, gigantische Umweltzerstörung, die perverse Züge annimmt.

Erdölprodukte sind zweifelslos das Optimum was Energiedichte und Handhabung angeht, die Zukunft gehört ihnen jedoch nicht. Der Preis wird steigen, so sicher wie das Amen in der Kirche.

Saft auf dem Dach: Wasserstoff

Brennstoffzellenbusse sind besonders gut an ihren hohen Dachaufbauten zu erkennen. Dort befinden sich die Druckbehälter, in dem der Wasserstoff gespeichert wird. Foto: Aktron, Wikipedia

Zeit, um sich langsam nach Alternativen umzugucken. Zum Beispiel Wasserstoff. Leider hat auch das Nachteile: Es ist gasförmig, damit schwer handhabbar, und die Herstellung ist energieintensiv. Dafür entstehen am Fahrzeug keinerlei schädliche Emissionen.

Bekanntlich kommt der Strom nicht aus der Steckdose (ebenso wie Diesel nicht aus dem Zapfhahn kommt) und auch der Wasserstoff fällt nicht anwendungsfertig vom Himmel. Dieser wird aus Strom hergestellt. Man verwandelt mittels Elektrolyse Wasser und Strom in Wasserstoff, pumpt dieses in ein Fahrzeug und verwandelt ihn an Bord, mit Hilfe einer Brennstoffzelle, wieder zurück in Strom, welches dann von Elektromotoren in Bewegungsenergie umgesetzt wird. Auf diesem langen Weg geht ziemlich viel Energie verloren. Das Verhältnis von dem, was man zuerst reingesteckt hat und dem, was man am Ende herausbekommt, wird als Wirkungsgrad bezeichnet. Dieser ist nicht berauschend. Immerhin kann – was in Hamburg auch so durchgeführt wird – der Strom aus regenerativen Quellen kommen, so produzierter Wasserstoff gilt dann klimaneutral. Das ändert jedoch nichts an seiner vergleichsweise bescheidenen Effizienz.

Wasserstoff hat zurzeit keinerlei Bedeutung. Von Rund 800 Bussen in Hamburg verkehren ganze sechs mit dieser Technik – und damit hat Hamburg sogar noch eine der größten Flotten der Welt. In den nächsten Jahren wird sich das auch nicht großartig ändern; die derzeit eingesetzten sechs Busse werden durch zehn neue ersetzt. Es sind keine Serienfahrzeuge – die gibt es nämlich noch gar nicht – sondern Prototypen. Ihre Lebensdauer ist arg begrenzt, dafür liegt der Anschaffungspreis in schwindelerregender Höhe, was Prototypen nun mal so an sich haben. Und die nötige Infrastruktur – Werkstätten, Tankanlagen – ist nur auf einem von 5 Betriebshöfen der HOCHBAHN vorhanden. Wobei noch anzumerken ist, dass die Tankanlage selbst – an denen der Wasserstoff auch hergestellt wird – noch in den Kinderschuhen steckt.

Brennstoffzellenbusse sind deutlich teurer bei den Betriebskosten. Muss ein Dieselbus alle 3 Monate technisch überprüft werden, verhält es sich bei einem Brennstoffzellenbus anders. Die Wasserstofftanks und die Brennstoffzelle müssen laufend überprüft werden, die eigentliche Brennstoffzelle hat nur eine sehr begrenzte Lebensdauer. Läuft diese ab, wird die Zelle komplett ausgetauscht – auf Dauer keine billige Sache.

Anschaffungspreis sowie die Betriebskosten werden noch auf Jahre hinaus einem Großflotteneinsatz im Wege stehen, was auch niemand erwarten darf, denn schließlich handelt es sich um Prototypen.

Saft gespeichert: Batterie

Batterien (in Reihe geschaltete Akkus) sind schwer und zickig. Sie dürfen nie zu „voll“ und nie zu „leer“ sein, sonst verlieren sie schnell an Leistung. Nur als Zwischenpuffer bei großen Fahrzeugen sinnvoll. Foto: © androm31, pixelio.de

Es liegt nahe, den Strom direkt im Fahrzeug zu speichern, ohne den verlustreichen Umweg über Wasserstoff, mittels einer Batterie. Problem hierbei ist, das die Energiedichte vergleichsweise miserabel ist, Batterien äußerst zickig (anspruchsvoll) und auch noch sehr schwer sind. Ist eine Batterie „leer“, wiegt sie immer noch soviel als wäre sie „voll“ – anders als beim flüssigen Diesel oder dem gasförmigen Wasserstoff, welcher übrigens nach Kilogramm bemessen wird. Der Wirkungsgrad ist hier besonders mies und die Umweltbilanz katastrophal; Batterien (die aus Akkus gebildet werden) sind in der Herstellung besonders schädlich. Teuer sind sie auch noch und was die Lebensdauer angeht, sollte man besser keine Wunder erwarten. Als alleiniger Energiespeicher bei Großserien ungeeignet.

Gute Dienste leisten Batterien (oder alternativ Superkondensatoren) in Verbindung mit einer primären Energiequelle, Diesel oder Wasserstoff zum Beispiel. In dem Falle kann die Batterie deutlich schlanker ausfallen, da sie als Zwischenpuffer dient, was im Hybridbus zur Anwendung kommt. Indem man die Bremsenergie gewinnt, kann der Wirkungsgrad des Fahrzeugs erhöht werden.

Zwischenfazit

Die zum Antrieb nötige Energie an Bord mitzuführen hat zweifelslos Charme. Im Bereich der Schienenfahrzeuge kommt bisher nur die Dieselvariante zum Zuge, Projekte mit Akkutriebwagen verliefen stets im Sande, im Busbereich verhält es sich nicht anders. Diesel ist halt vergleichsweise billig und sehr leicht handhabbar, ihm gehört aber aus verschiedenen Gründen nicht die Zukunft. Andere Möglichkeiten befinden sich noch mehr in der Forschung als im praktischen Betrieb; gemein ist ihnen allen, in Anschaffung und Betrieb kostspielig zu sein.

Grundvoraussetzung ist klimaneutral produzierter Strom, was bekanntlich möglich ist und so-oder-so die Zukunft darstellt. Das ist jedoch ein so komplexes Thema, das es in einem Nahverkehrsblog nur tangiert werden kann. Ein wichtiger Punkt ist die Effizienz, mit der Energie verbraucht wird und der Nahverkehr ist ein bedeutender Verbraucher. Effizienz meint hier nicht nur den Umweltgedanken, sondern – da der Nahverkehr prinzipiell eh ökologischer als jedes Auto ist – vor allem der Blick auf die Betriebskosten.

Einzige effektive Möglichkeit, einmal produzierten Strom direkt in Bewegungsenergie umzuwandeln, besteht darin, auf sämtliche Zwischenstufen zu verzichten und sie permanent dem Fahrzeug zuzuführen. Man erspart sich auch als kleinen, netten Nebeneffekt die schweren Tanks, die ja auch in Fahrt gebracht werden wollen. Seit über 100 Jahren wird dies bei Schienenfahrzeugen – sowie bei Oberleitungsbussen, auch als Trolleybusse bekannt – erfolgreich praktiziert.

Im zweiten Teil geht es um Stromschiene und Oberleitungen.
— OR/HS; Titelbild: © Jörg Siebauer, pixelio.de

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One response to this post.

  1. Posted by Juwie on 25.05.2010 at 10.30

    Schoen ist es, dass viele der Moeglichkeiten im Nahverkehr ausprobiert werden, Also in der Praxis wirklich einmal in Bussen Bremsenergie in Kondensatoren gespeichert, Wassersoff als Treibstoff benutzt, oder Solarzellen auf einem Alsterschiff gepackt werden. Auch wenn es dabei mit Sicherheit meisst darum geht, zu sehen wie man mit anderen Technologien billiger fahren kann (oder irgendwann einmal koennen wird!).

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