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Elektromobilität

Definition: Fortbewegung unter Verwendung elektrischer Energie, die auf der Fahrstrecke zugeführt oder einem Energiespeicher entnommen wird

Englisch: electric mobility

Kategorien: elektrische Energie, Fahrzeuge, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 12.02.2013; letzte Änderung: 22.01.2018

Unter Elektromobilität versteht man die Fortbewegung mit Fahrzeugen, deren Antrieb mit elektrischer Energie funktioniert, also mit Elektromotoren. Solche Fahrzeuge müssen entweder auf der Strecke elektrisch versorgt werden, z. B. über ein Oberleitungssystem, oder einen elektrischen Energiespeicher mitführen. Wenn elektrische Energie erst an Bord des Fahrzeugs erzeugt wird, z. B. mit Hilfe eines Verbrennungsmotors (bei Hybridantrieben und bei dieselelektrischer Antrieb), spricht man nicht von Elektromobilität.

Grundlegende Vor- und Nachteile der Elektromobilität

Elektrische Antriebe weisen eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Antrieben (z. B. mit Verbrennungsmotoren) auf:

  • Elektromotoren sind sehr energieeffizient, und zwar nicht nur bei ihrer Nennleistung, sondern in einem weiten Leistungsbereich, also auch bei Teillastbetrieb. Im Stillstand benötigen sie keine Energie, während ein Verbrennungsmotor bereits im Leerlauf einen erheblichen Kraftstoffverbrauch hat.
  • Sie arbeiten abgasfrei und meist sehr leise.
  • Sie sind für eine gegebene Leistung relativ kompakt und leicht.
  • Die Lebensdauer ist meist sehr lang, da kaum Verschleiß auftritt.
  • Beim Bremsen ist die Rückgewinnung von Bremsenergie (Rekuperation) möglich, falls die erzeugte elektrische Energie gespeichert oder in eine Oberleitung eingespeist werden kann. Dies erhöht die Energieeffizienz noch weiter.
  • Es gibt verschiedensten Quellen insbesondere auch von erneuerbarer Energie, die für Elektroantriebe nutzbar sind. Auch die nachträgliche Umstellung auf andere Primärenergieformen ist problemlos möglich.

Allerdings entstehen wesentliche Nachteile dadurch, dass elektrische Energie nicht gut speicherbar ist. Wenn die Energie nicht auf der Fahrstrecke zugeführt kann (z. B. mit Oberleitungen), werden Akkumulatoren (aufladbare Batterien) benötigt. Diese führen zu schweren Nachteilen von Elektroantrieben:

  • Ihre Produktion ist teuer. Bereits ein relativ kleines Elektroauto wird dadurch erheblich verteuert.
  • Die Produktion hat auch einen hohen Energieaufwand (→ graue Energie).
  • Aufgrund der geringen Energiedichte bieten sie nur eine sehr begrenzte Reichweite des Fahrzeugs.
  • Das Aufladen benötigt eine lange Zeit – selbst mit Schnellladungen viel länger als das Auftanken eines Benzintanks. Wechselakkusysteme könnten hier eine Lösung sein.

Fahrzeuge für die Elektromobilität

Öffentlicher Verkehr

Eisenbahnen werden schon sehr lange mit Hilfe elektrischer Energie betrieben. Anfangs wurden zwar meist Dampfmaschinen genutzt, und heute noch sind viele Diesellokomotiven im Einsatz. Die Elektrifizierung des Bahnverkehrs bot jedoch große Vorteile und ist deswegen sehr weit fortgeschritten. Ähnliches gilt für Straßenbahnen. Neuere Formen des öffentlichen Verkehrs wie z. B. Schwebebahnen wurden von vornherein auf der Basis elektrischer Energie implementiert. In manchen Städten fahren auch Elektrobusse, die wie Straßenbahnen durch Oberleitungen gespeist werden. Sie bieten niedrige Betriebskosten und einen abgasfreien Betrieb, jedoch ist die Infrastruktur der Oberleitungen teuer zu errichten.

Individualverkehr

Im Bereich der Kraftfahrzeuge (Autos) für den Individualverkehr wie auch für gewerblichen Einsatz gibt es heute verstärkte Bestrebungen, die Elektrifizierung durchzuführen. Elektroautos gab es zwar schon in der sehr frühen Zeit der Automobile, jedoch konnten sie sich gegen den mit Benzin (und später mit Dieselkraftstoff) angetriebenen Fahrzeugen nicht durchsetzen, insbesondere weil die Leistung und die Reichweite begrenzt waren. Noch heute sind dies wesentliche Probleme, obwohl die Motivation für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen aufgrund des knapper werdenden Erdöls und der Klimagefahren inzwischen wesentlich verstärkt wurde und deswegen energischer an der Lösung der technischen Probleme gearbeitet wird. Ein Hauptproblem sind immer noch die Begrenzungen durch die Akkumulatoren (aufladbaren Batterien), die oben bereits genannt wurden.

Graduelle Verbesserungen der Batterien durch weitere technische Entwicklung sind zu erwarten, jedoch erscheint es sehr schwierig, die durch die Benzin- und Dieselautos entstandenen Ansprüche an Kosteneffizienz, Leistung und Reichweite sowie Platzangebot und Komfort mit Elektroautos auch nur annähernd zu erfüllen. Deswegen ist es zu erwarten, dass mittelfristig die Elektroautos die bisherigen Autos, welche fossile Energieträger benötigen und Klimagefahren verursachen, nicht in einem großen Umfang ersetzen werden. Nur wenn die Konsumenten bereit wären, sich mit wesentlich kleineren, sehr leicht gebauten Fahrzeugen zufrieden zu geben, wäre der Elektroantrieb gut und mit vernünftigen Kosten realisierbar.

Für den Kurzstreckenverkehr sind Elektroautos auch heute im Prinzip schon vielfach gut geeignet; hierfür genügt eine relativ geringe Reichweite. Allerdings wird ein Elektroauto oft selbst dann nicht gekauft, wenn es 95 % der vorgesehenen Fahrten problemlos leisten könnte, da für die 5 % der anderen Fälle dann umständlich eine andere Lösung gesucht werden muss.

Relativ problemlos wird es möglich, leichte Kleinfahrzeuge insbesondere auch im Bereich der Zweiräder mit elektrischem Antrieb zu realisieren. Für solche Elektroräder (vor allem für solche mit Tretunterstützung) werden nur relativ kleine Batterien benötigt, so dass das Kostenproblem gut zu bewältigen ist.

Gewerblicher Verkehr

Für einen gewissen Teil des gewerblichen Verkehrs erscheinen Elektrofahrzeuge sehr geeignet – insbesondere in Sektoren, in denen die Nachteile von Verbrennungsmotoren besonders schwerwiegend sind. Hierzu zählen der innerstädtische Lieferverkehr (vor allem die Post), aber auch Taxis. Aufgrund der starken Nutzung solcher Fahrzeuge (viele Kilometer pro Jahr) fallen die höheren Investitionskosten weniger ins Gewicht, und die Effizienz- und Abgasvorteile sind im Stadtverkehr besonders wichtig.

Es gibt auch Pläne, Autobahnen mit Oberleitungen auszustatten, wie es sonst bei den Eisenbahnen und für Elektrobusse im Stadtverkehr üblich ist. Solche Oberleitungen könnten vor allem von großen Lastkraftwagen genutzt werden, die allerdings einen Hybridantrieb benötigen würden, um auch außerhalb der elektrifizierten Strecken fahren zu können.

Hybridantriebe als Zwischenschritt

Hybridantriebe, bei denen ein elektrischer Antrieb mit einem Verbrennungsmotor kombiniert wird, können als ein Schritt in Richtung zur vollständigen Elektrifizierung angesehen werden. Hier wird die Batterieproblematik stark entschärft, da nur noch eine relativ kleine Batterie benötigt wird. Eine große Reichweite wird weiterhin durch die hohe Energiedichte eines flüssigen Kraftstoffs garantiert. Allerdings wird immer noch Kraftstoff benötigt, nur eben in geringeren Mengen, vor allem im Stadtverkehr.

Die spätere Umstellung auf Plug-in-Hybride und schließlich auf reine Elektrofahrzeuge wäre ein technisch einfacher Schritt, sobald die Batterien entsprechend entwickelt sind und eine Ladeinfrastruktur aufgebaut ist. Beides dürfte jedoch einige Zeit brauchen.

Bedeutung einer Ausweitung der Elektromobilität

Der Verkehrssektor ist heute sehr stark von Erdöl abhängig, und dies schafft diverse Probleme: steigende Kraftstoffkosten, zu befürchtende Knappheitsprobleme und die hohen CO2-Emissionen, die im Lichte der Klimagefahren auf Dauer nicht toleriert werden können. Im Prinzip könnte eine starke Ausweitung der Elektromobilität über Elektroautos und andere Elektrofahrzeuge diese Probleme lösen, wobei hier einige Dinge zu beachten sind:

  • Natürlich muss die dafür benötigte elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen gewonnen werden, und zwar zusätzlich zu der sonst im Stromsektor genutzten erneuerbaren Energie. Würde man nur Ökostrom den Fahrzeugen zuschreiben und entsprechend mehr Strom aus fossilen Energieträgern (z. B. Kohle) für andere Zwecke verwenden, so würde dies dem Klimaschutz nichts nützen. Mittelfristig sollte es allerdings möglich sein, entsprechende erneuerbare Kraftwerkskapazitäten zu schaffen.
  • Im Prinzip käme auch elektrische Energie aus Kernkraftwerken für eine annähernd CO2-neutrale Elektromobilität in Frage, zumal es sich (mit geeignetem Lastmanagement) um eine Art von Grundlast handelt. Jedoch ist kaum damit zu rechnen, dass hierfür benötigte Kraftwerkskapazitäten in einer nennenswerten Zahl von Ländern aufgebaut werden. Selbst dort, wo kein Atomausstieg stattfindet, ist oft schon der Ersatz alter Kernkraftwerke schwierig, so dass die Kapazitäten eher noch zurückgehen.
  • Es würde ebenfalls nichts nützen, wenn Elektroautos den öffentlichen Verkehr konkurrenzieren, der in der Regel energieeffizienter ist. Solche Rebound-Effekte sind leider schwer auszuschließen.
  • Es würde eine neue Infrastruktur benötigt, um all die Elektrofahrzeuge auftanken zu können. Man beachte, dass hierfür nicht nur Ladesteckdosen installiert werden müssen; wegen des hohen Leistungsbedarfs (vor allem für Schnellladestationen) sind auch Verstärkungen der Nieder- und Mittelspannungs-Stromnetze notwendig, wo viele Elektroautos aufgeladen werden sollen.
  • Vor allem aber müssten Elektrofahrzeuge auf dem Markt besser konkurrenzfähig werden. Wegen der oben beschriebenen Batterie-Problematik erscheint dies vorerst schwierig.

Förderung der Elektromobilität

Staaten können anstreben, dass der Anteil der Elektromobilität beispielsweise beim Individualverkehr zunimmt, um damit ökologische Vorteile (beispielsweise einen Beitrag zum Klimaschutz) und eine Verringerung der Abhängigkeit vom Erdöl zu erreichen. (Es sei allerdings angemerkt, dass Elektroautos nicht zwangsläufig Klimaschutz-Vorteile bringen, und das selbst dann die damit verbundenen CO2-Vermeidungskosten recht hoch sein können.)

Für die Förderung der Elektromobilität durch die Staaten gibt es diverse Möglichkeiten, für die einige Beispiele genannt werden:

  • Die Anschaffung von Elektroautos kann durch staatliche Zuschüsse erleichtert werden.
  • Bei der Kraftfahrzeugsteuer sind Erleichterungen für Elektrofahrzeuge möglich.
  • Behörden können angewiesen werden, vorzugsweise Elektroautos anzuschaffen, wo diese für die jeweiligen Aufgaben geeignet sind.
  • Es können gewisse Privilegien für Elektrofahrzeuge eingeführt werden, beispielsweise die kostenlose Benutzung von Parkplätzen in Innenstädten oder die Benutzung von Busspuren, soweit die Kommunen die Voraussetzungen hierfür schaffen. Eine weitere wichtige Voraussetzung hierfür ist die einfache Erkennbarkeit von Fahrzeug mit Elektroantrieb, was durch das seit dem Juni 2015 geltende Elektromobilitätsgesetz mithilfe neuer Nummernschilder erreicht wird, wo die Aufschrift bei Elektrofahrzeugen mit “E” endet.
  • Die Flottengrenzwerte für den CO2-Ausstoß von Fahrzeugen eines Herstellers können gesenkt werden, sodass ein starker Anreiz für einen möglichst großen Anteil von Elektrofahrzeugen entsteht.
  • Die Forschung an wichtigen Komponenten für Elektrofahrzeuge (beispielsweise von Batterien) kann staatlich gefördert werden.

Mögliche Alternativen zur Elektromobilität

Es gibt diverse andere Möglichkeiten, die Vorteile der Elektromobilität zumindest teilweise mit anderen Methoden zu erreichen:

  • Erdöl kann durch Biokraftstoffe ersetzt werden. Dies würde eine Substitution durch erneuerbare Energie mit wesentlich geringeren Anpassungen an Infrastruktur und Fahrzeugen ermöglichen. Allerdings ist das Potenzial der Erzeugung von Biokraftstoffen wegen der geringen Flächenproduktivität recht begrenzt. Vielleicht könnten verbesserte Verfahren der Biomassevergasung eine deutliche Verbesserung bringen, vor allem wenn gleichzeitig bessere Brennstoffzellen entwickelt würden.
  • Verbrennungsmotoren können weiter optimiert werden, und leichtere Fahrzeuge würden ebenfalls ermöglichen, den Kraftstoffverbrauch erheblich zu senken. Allerdings steht die Gewichtsreduktion im Konflikt mit Ansprüchen der Konsumenten an das Platzangebot im Fahrzeug, an andere Komfortaspekte, an niedrige Herstellungskosten sowie an die Fahrzeugsicherheit.
  • Der Bedarf an Fahrleistung im Individualverkehr kann durch verschiedene Maßnahmen reduziert werden: etwa durch geeignete Städteplanung (z. B. für kurze Wege zwischen Arbeits- und Wohnorten) oder durch ein gutes Angebot des öffentlichen Verkehrs. Auf Seiten der Konsumenten kann ein steigendes Umweltbewusstsein die Bereitschaft vergrößern, solche Möglichkeiten als eine Art der Suffizienz zu nutzen, selbst wenn es manchmal weniger bequem ist.

Da weder die Elektrifizierung noch andere Ansätze die in den letzten Jahrzehnten entstandenen enormen Mobilitätsansprüche auf umweltverträgliche und bezahlbare Weise erfüllen können, werden Kompromisse notwendig sein. Es liegt auch nahe, veränderte Mobilitätskonzepte zu entwickeln bzw. stärker zu realisieren, um die Problematik zu entschärfen. Beispielsweise könnten Elektroautos, die an Bahnhöfen einfach und kostengünstig gemietet werden können, die Nutzung des Bahnverkehrs für einen Großteil der Strecken erleichtern. Freilich wäre ein Großteil des Nutzens schon dann erreicht, wenn diese Fahrzeuge nicht elektrisch angetrieben würden.

Literatur

[1]Blog-Artikel: Elektromobilität am falschen Ort zum falschen Zweck
[2]Blog-Artikel: Autonom fahrende Autos: Was ändert das an unserer Mobilität?

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: elektrische Energie, Elektroauto, Hybridantrieb, Elektrifizierung
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Fahrzeuge, Grundbegriffe

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