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Automobilität - Wunsch und Wirklichkeit Test

ZUM BUCH
Technologie

Der Diesel ist tot! Es lebe das E-Auto?

Die Euphorie verdient eine nähere Betrachtung – und wer offen ist für Fakten, sieht das Thema möglicherweise skeptisch.

Elon Musk, Gründer des innovativen E-Autoherstellers Tesla Inc., hat zweifellos die Automobilindustrie und deren Markt auf den Kopf gestellt. Zu lange haben die Platzhirschen der Autoindustrie zukunftsfähige, nachhaltige Antriebstechnologien verschlafen. Die Debatte über Antriebsarten, ausgelöst durch den betrügerischen Diesel-Skandal bestimmter Hersteller, ist leider arm an Fakten. Die Debatte läuft eher emotional und interessengesteuert – und wegen der problematischen Luftqualität in vielen Städten auch unter Zeitdruck. Weitere Hektik bewirkt die Entscheidung des deutschen Bundesverwaltungsgerichts, dass Diesel-Fahrverbote in Städten zulässig seien. Ein Urteil, das sich kaum nur alleine auf Deutschland auswirken dürfte.

Der erste Hybrid ist von 1912

Semper Vivus

Die Nachteile des E-Autos

Nun, der Elektroantrieb an sich ist nicht das Problem. Die große Frage ist, woher kommt der Fahrstrom dafür? Denn selbst die noch immer sehr teure Wasserstoff-Brennstoffzelle erzeugt letztlich elektrische Energie. Zunächst klingt es ziemlich verlockend, dass es derzeit keinen effizienteren Antrieb gibt als den elektrischen: Um eine mechanische Kilowattstunde im Fahrzeug zu haben, sind „nur“ 1,4 Kilowattstunden beispielsweise aus einem Photovoltaik-Kraftwerk nötig. Ein Verlust von nur 30 Prozent von der Erzeugungsquelle des Stroms bis zum Rad gilt als vergleichsweise äußerst gering.

Die Probleme lauern woanders:

  • Generell würde ein E-Auto-Boom den Strom massiv verteuern, weil die Nachfrage steigt.
  • Für die Stromerzeugung brauchen wir noch über viele Jahre oder gar Jahrzehnte hinweg weiterhin nicht-erneuerbare, also "schmutzige" Energien. Also verlagern wir beim Akku-basierten E-Auto die Abgase weitgehend nur vom Auspuff zum Kamin fossiler Kraftwerke. Der Bürger sieht es nur nicht. Einzig die Schadstoffbelastung auf Kniehöhe (Auspuff) in z.B. Städten geht zurück, und die Kamine im Kraftwerk haben bessere Filter als ein Auto.
  • Im Grunde bestehen die Akkus für E-Autos – in ihren Komponenten aus den handelsüblichen aufladbaren Batterien (Batteriezellen genannt) die wir auch im Haushalt verwenden – nur eben massenhaft zum großen Akku gebündelt. Rasch kommt ein Gewicht von bis zu 750 Kilogramm zusammen.

Übrigens verdanke ich es auch meinem hochgeschätzten Freund Dr.-Ing. Ulrich Bez, einem der herausragendsten und erfahrendsten internationalen Autobosse, dass ich über dieses Thema so viel dazu gelernt habe. Mein Dank für die Unterstützung am Faktencheck für diesen Artikel gebührt zudem meinem österr. Freund Prof. Dr.-Ing. Manfred Weissenbacher, ein Profi für das Thema um Energie und insbesondere Batterien, vom Institut für nachhaltige Energien an der Universität von Malta.

Automobilität - Wunsch und Wirklichkeit Test

Der Diesel ist tot! Es lebe das E-Auto?

Die Euphorie verdient eine nähere Betrachtung – und wer offen ist für Fakten, sieht das Thema möglicherweise skeptisch.

Elon Musk, Gründer des innovativen E-Autoherstellers Tesla Inc., hat zweifellos die Automobilindustrie und deren Markt auf den Kopf gestellt. Zu lange haben die Platzhirschen der Autoindustrie zukunftsfähige, nachhaltige Antriebstechnologien verschlafen. Die Debatte über Antriebsarten, ausgelöst durch den betrügerischen Diesel-Skandal bestimmter Hersteller, ist leider arm an Fakten. Die Debatte läuft eher emotional und interessengesteuert – und wegen der problematischen Luftqualität in vielen Städten auch unter Zeitdruck. Weitere Hektik bewirkt die Entscheidung des deutschen Bundesverwaltungsgerichts, dass Diesel-Fahrverbote in Städten zulässig seien. Ein Urteil, das sich kaum nur alleine auf Deutschland auswirken dürfte.

Also fahren wir eben E-Auto, heißt es sofort. Die E-Mobilität kommt als wundersame Zukunftslösung daher, auf die die europäische Automobilindustrie nun vorwiegend setzt – was kein Wunder ist angesichts der Getriebenheit durch Politik und Medien. Doch das strombetriebene Auto ist nicht nur unter Nachhaltigkeitsaspekten zu kurz gedacht. Zahlreiche weitere Schwierigkeiten stehen kaum im Licht der Diskussion, obwohl sie außerordentlich wichtig sind.

Sicher, wir müssen die Herausforderung des Klimawandels und des Umweltschutzes so schnell wie möglich angehen. Ein globaler Ansatz ist notwendig. Wir geben sinnlos Milliarden aus, um bestimmte lokale, aber global minimale Effekte zu erzielen. Daher sollten wir klüger und mit vernünftigen Prioritäten handeln, um sicherzustellen, dass wir dabei unsere ausgezeichneten und soliden wirtschaftlichen, technologischen und sozialen Lebensbedingungen in Europa nicht zerstören. Laut BP's Energy Outlook 2020 verbraucht der gesamte Verkehrssektor 21 % der globalen Energie, während der Industriesektor 45 % und der Wohn- und Geschäftsgebäudesektor 29 % verbraucht. Dabei entfallen vom Endenergiebedarf im Verkehrssektor ca. 42 % auf Lkws, 35 % auf Personenkraftwagen, 8 % auf den Schiffsverkehr, 2 % auf den Schienenverkehr und 13 % auf den Luftverkehr.

Wir sollten auch bedenken, dass etwa 3 Milliarden Menschen immer noch an einem offenen Feuer in ihren Häusern heizen und kochen. Solarbetriebene kostengünstige Heiz- oder Kochgeräte könnten die Lebensbedingungen für solche Menschen dramatisch verbessern, aber sie können sie sich nicht leisten.

Der erste Hybrid ist von 1912

Semper Vivus

Wussten Sie eigentlich, dass das erste auch elektrisch betriebene Auto schon 1902 serienreif war?

Der Lohner-Porsche „Semper Vivus“ war der erste Hybrid der Welt – mit 2,7 PS und 35 km/h Spitze. E-Autos gab es bereits früher. 40 Prozent der US-Autos fuhren damals mit Strom. Grund war auch das lästige Kurbeln zum Anlassen von Verbrennungsmotoren, dabei gab es bei einem Rückschlag öfter arge Verletzungen. Im Jahr 1911 sprang dann aber erstmals ein Cadillac mit elektrischem Anlasser an, so begann der Siegeszug des Verbrennungsmotors. Benzin gab es damals übrigens auch noch in der Apotheke.

Die Elektromobilität näherte sich also nicht erst durch Tesla-Gründer Elon Musk der Machbarkeit, auch wenn es ihm zuzuschreiben ist, als Disrupter den gesamten Automarkt ins Schleudern zu bringen. Und so cool Teslas Autos auch sein mögen: Tesla schreibt noch Quartal für Quartal gigantische Verluste. Auch per Hochglanzmarketing angekündigte Investitionen werden darüber kaum hinwegtäuschen. Er muss erst noch den Beweis antreten, damit auch dauerhaft Geld erwirtschaften zu können. So einfach, wie es scheint, ist es offenbar nicht.

Die global tonangebende europäische Autoindustrie hätte viel Zeit gehabt mit Vollgas ökologische und nachhaltige Technologien zu entwickeln. Aber sie hat es nicht getan. Man hat sich lieber auf die Interessen der Aktionäre, oft Öl-Produzenten, und auf Profite und den Shareholder-Value konzentriert. Damit hat man sich, uns und dem Klima einen schlechten Dienst erwiesen – denn jetzt fehlen die Lösungen, die wir brauchen und die möglicherweise längst da sein könnten. Und so werden wir noch Jahrzehnte mit Übergangs- und Kompromisslösungen leben müssen. Lassen Sie uns aber überlegen, wie es um die Entwicklung der Antriebstechnologien in der näheren Zukunft bei sachlicher Betrachtung steht.

Stickoxide und Feinstaub – ein relatives Problem

Als Problem-Emissionen stechen immer wieder heraus: Kohlendioxid, Stickoxide und Feinstaub. Eine Einordnung tut hier gut: Nicht nur die Verbrennungsmotoren unserer Autos pusten diese Stoffe in die Luft. Auch Hausbrände, Industrie, Luft- und Schifffahrt tragen massiv zu dieser Umweltverschmutzung bei.

Zumal die Emissionsverursacher im Straßenverkehr auch noch Reifen und Bremsen mit ihrem Abrieb sind – in den Städten ganz besonders. Diesen Feinstaub haben wir also auch bei E-Mobilen.

Dann stellen Sie nur einmal den alten Mini-Cooper – erstmals gebaut 1959 – und den heutigen MINI von der BMW Group nebeneinander, und Sie haben den nächsten Emissionsverursacher: unser Bedarf an immer größeren und schwereren Autos, was in Städten und Parkhäusern immer hinderlicher wird (ruhender Verkehr, Platzverschwendung - „space pollution“). Selbstverständlich brauchen Motoren Power – aber je mehr Sprit ein Motor frisst, desto höher sind die Emissionen. Zumal der Verbraucher ohnehin immer mehr nach stärkeren Motoren nachfragt, ohne zu bedenken, wie sich Hubraum und Leistung auf die Emissionen auswirken. Und es ist dies ein völliger Widerspruch, dass die Motorleistungen immer größer und die erreichbaren Geschwindigkeiten im Tagesgeschehen durch die zunehmende Verkehrsdichte und Geschwindigkeitsbeschränkungen immer kleiner werden, wir somit eigentlich doch immer weniger Leistung bräuchten.

Der Diesel wird erhalten bleiben – dank Wirkungsgrad

Wie aber ist der Diesel nun zu bewerten? Zunächst: Generell bleibt uns der Dieselmotor erhalten. Wegen des hohen Wirkungsgrades beim Diesel werden Lastkraftwagen und Bagger künftig kaum mit Sonnenenergie oder Strom fahren. Auch moderne Diesel-Technologien, welche die neuesten Euro-6-d-TEMP bzw. Euro-7-Norm-Vorgaben erfüllen, sind an sich wieder salonfähig. Erst recht deren künftige Weiterentwicklungen, denn der Dieselmotor mitsamt seiner Abgasreinigung wird kontinuierlich optimiert und verbessert. Die Euro 7-Emissionsnorm wird im Gegensatz zu dem, was von der deutschen Industrie und Politik vorgeschlagen wird, nicht zum Aus von Benzin- und Dieselfahrzeugen führen. Ein diesbezüglich endgültiger Entwurf der Europäischen Kommission soll im November 2021 angenommen werden. Die "Euro 7 Norm" ist eine machbare, die Motoren etwas verteuerende Anstrengung die allerdings wahrscheinlich erst 2027 obligatorisch sein wird. Insofern bleibt der Diesel gerade bei größeren PKWs mit hoher Wahrscheinlichkeit im Dienst. Auch der Verbrauch ist schließlich um 15 Prozent geringer als beim Benziner, was dem globalen Klima zugutekommt.

Und noch ein Punkt kommt hinzu: Dieselmotoren können inzwischen die Stickoxid-Grenzwerte von Benzinern erreichen – das kostet, ist aber möglich. Außerdem produzieren die hochgerüsteten Direkteinspritzer-Ottomotoren deutlich mehr Ultrafeinstaub als Dieselmotoren. Schließlich bedeuten mehr Benziner auf der Straße anstelle von Dieselmotoren zwangsläufig auch höhere Kohlenmonoxid-Emissionen.

Feinstaub | particulate matter

Natürlich brauchen wir Alternativen, nicht nur alleine schon aus Gründen der Umwelt, sondern auch zur Diversifizierung unserer Transportenergiesicherheit, um einer alleinigen Ölabhängigkeit zu entkommen. Der modernste Diesel an sich ist also nicht zu verteufeln. Das alles soll kein Lobgesang auf den Diesel sein, denn insgesamt steht der Benziner noch immer besser da bei den Emissionen. Wenngleich ein ernstes Problem unbestritten ältere Dieselmotoren sind (Euro 4 und früher). Nachrüstungen, selbst für Euro 5, also bei bereits bestehendem Partikelfilter, sind aus mehreren Gründen skeptisch zu sehen und wohl erst ab Euro 6 zielführend.

Wie auch immer: Hersteller wie Fiat und Toyota haben den Abschied aus der Diesel-Produktion bereits verkündet, Volvo den Vollumstieg auf Elektro ab 2019.
Vor allem konzentriert sich die Industrie nun aber aufs E-Auto.

Doch da gibt es feine, aber wichtige Unterschiede zu verstehen. Über welches E-Auto beispielsweise sprechen wir? Über ein rein Akku-basiertes und daher nur an der Steckdose aufladbares „Battery-Only Electric Vehicle“ (BOEV) oder über ein „Plug-in Hybrid Auto“ (PHEV), das neben einem Verbrennungsmotor auch noch einen Akku-basierten Elektroantrieb hat, ebenso aufzuladen über die Steckdose? Oder sprechen wir über Hybrid-Fahrzeuge, die ihren Akku auch oder nur über den Verbrennungsmotor aufladen? Über Autos, die Energie teilweise über die Bremsen rückgewinnen (Rekuperation)?

Die Nachteile des E-Autos

Nun, der Elektroantrieb an sich ist nicht das Problem. Die große Frage ist, woher kommt der Fahrstrom dafür? Denn selbst die noch immer sehr teure Wasserstoff-Brennstoffzelle erzeugt letztlich elektrische Energie. Zunächst klingt es ziemlich verlockend, dass es derzeit keinen effizienteren Antrieb gibt als den elektrischen: Um eine mechanische Kilowattstunde im Fahrzeug zu haben, sind „nur“ 1,4 Kilowattstunden beispielsweise aus einem Photovoltaik-Kraftwerk nötig. Ein Verlust von nur 30 Prozent von der Erzeugungsquelle des Stroms bis zum Rad gilt als vergleichsweise äußerst gering.

Die Probleme lauern woanders:

  • Generell würde ein E-Auto-Boom den Strom massiv verteuern, weil die Nachfrage steigt.
  • Für die Stromerzeugung brauchen wir noch über viele Jahre oder gar Jahrzehnte hinweg weiterhin nicht-erneuerbare, also "schmutzige" Energien. Also verlagern wir beim Akku-basierten E-Auto die Abgase weitgehend nur vom Auspuff zum Kamin fossiler Kraftwerke. Der Bürger sieht es nur nicht. Einzig die Schadstoffbelastung auf Kniehöhe (Auspuff) in z.B. Städten geht zurück, und die Kamine im Kraftwerk haben bessere Filter als ein Auto.
  • Im Grunde bestehen die Akkus für E-Autos – in ihren Komponenten aus den handelsüblichen aufladbaren Batterien (Batteriezellen genannt) die wir auch im Haushalt verwenden – nur eben massenhaft zum großen Akku gebündelt. Rasch kommt ein Gewicht von bis zu 750 Kilogramm zusammen. Und bekanntermaßen befinden sich in Batterien äußerst fragwürdige Innereien. Im Stahlgehäuse findet sich eine Mischung aus Ressourcen, die in aller Herren Länder häufig unter unmenschlichen Arbeitsbedingungen abgebaut und unter enormem logistischen Aufwand zusammengetragen werden müssen – Lithium aus chilenischen Salzseen, meist umweltbelastend zu reinigendes Graphit, in Kinderarbeit abgebautes Kobalt, und viele Zutaten mehr, die den Akku erst zu einem Produkt machen. Ähnlich ist dies auch mit Elektronik und Kondensatoren, dafür braucht es Coltan, Tantal, etc. das Kupfer für die Kabel. Das meiste davon ist alles andere als nachhaltig und fair produziert ist.
  • Um die Batteriezellen für ein E-Auto herzustellen, ist immens viel Energie nötig. Kommt diese Energie aus ökologisch nicht erneuerbaren ("schmutzigen") Quellen, entsteht dabei so viel Kohlendioxid, als fahre man sieben bis acht Jahre mit einem Verbrennungsmotor. Zur Nutzung der frevlerisch hergestellten Batterien steht das in keinem Verhältnis, da die Batterien nur etwa vier Jahre halten – sie werden rasch schwächer. Man erinnere sich nur an den Aufschrei von Apple's iPhone Kunden als klar wurde, dass die Leistung von iPhone Vorgängermodelle absichtlich gedrosselt wurde, um die Leistungsverschlechterung der Akkus zu kompensieren. Die Energiebilanz ist schon alleine deshalb deutlich schlechter als beim Verbrennungsmotor, und dabei ist eben der Fahrstrom, das Aufladen der Batterien, noch gar nicht berücksichtigt, ist damit also noch kein einziger Kilometer gefahren. Kurz: Die Energiebilanz des E-Autos ist eine einzige Katastrophe. Das will aber kaum ein Politiker wahrhaben.
  • Strategisch braucht die europäische Autoindustrie mindestens zehn Werke zur Batteriezellenherstellung mit je rund drei Milliarden Euro Investitionsvolumen. Ansonsten gerät die Industrie ebenso in Abhängigkeit von asiatischen Akku-Produzenten, wie sie bisher von den erdölexportierenden Ländern abhängig war. Das Technologie-Know-how und die einhergehende Wettbewerbsfähigkeit anderen Kontinenten zu überlassen, wäre fatal – das wissen wir spätestens seit dem Schicksal der europäischen Photovoltaik-Hersteller. Die asiatische Konkurrenz hat sie ausgetrickst und weitgehend vom globalen Markt gefegt.
  • Sind die Akkus dann am Ende, folgt ein aufwändiges Recycling oder die wiederum umweltbelastende Entsorgung. Bestenfalls folgt zunächst eine Zweitverwertung als Akku mit geringerer Leistung beispielsweise als Energiespeicher bei Photovoltaikanlagen.
  • Damit lauert eine weitere Falle: Die durchschnittliche Lebensdauer eines Pkw mit Verbrennungsmotor von dzt. rund 17 Jahren erreicht ein E-Auto wegen mehr Elektronik, schnelleren Technologiewandels und des Akkus wohl nur eher zur Hälfte – und das auch nur bei teuren Akkuwechseln. Entsprechend müssen erheblich mehr Neufahrzeuge produziert werden. Das mag die Industrie freuen, ist aber kaum nachhaltig: Laut BP Energy Outlook 2018 verdoppelt sich nämlich die Zahl der Pkw bis 2040 sowieso schon auf rund zwei Milliarden, insbesondere wegen des steigenden Wohlstands in China und Indien; die Stückzahl steigt von derzeit rund 84 Millionen Neufahrzeugen pro Jahr auf voraussichtlich 100 Millionen im Jahr 2030.
  • Schließlich stelle man sich vor, dass fast jedes E-Auto täglich mehrere Stunden an der Steckdose parken muss. Abgesehen vom Andrang stellt sich spätestens hier die Frage, wie unsere Stromnetze und E-Werke dieser gigantischen Energiebereitstellung standhalten sollen. In Norwegen – dank staatlicher Förderung das Land mit dem größten Elektroauto-Marktanteil weltweit – rät die Elektro-Lobby seit September 2017 vom Stromer-Kauf ab, sofern man das Auto nicht zuhause aufladen kann. Zu wenig Kapazitäten!

Allein das Schneckentempo beim Breitbandausbau für das schnelle Internet sowie der Probleme und dem Widerstand beim Ausbau von Stromtrassen in Deutschland zum Transport von Windstrom vom Norden in den Süden zeigt, dass eine Rundum-Versorgung von Ladeplätzen für alle eher illusorisch ist.

Am norwegischen Beispiel zeigt sich: Der E-Auto-Hype ist eine nicht zu Ende gedachte Revolution. Insofern wird wohl auf Dauer nur eine Technologie mit Wasserstoff unsere Probleme rund um saubere Energie und Energiespeicherung wirklich und nachhaltig lösen. Im Lichte dessen ist es verständlich, warum Toyota und Hyundai schon länger auch Wasserstoff-Fahrzeuge anbieten und weiterhin massiv in diese Technologie und Zukunft investieren.

Der Irrtum, Wasserstoff sei gefährlich

Das Problem beim Wasserstoff, übrigens das im Universum häufigste Element: Ein Elektrofahrzeug mit einer wasserstoffbetriebenen Brennstoffzelle braucht etwa doppelt soviel Ausgangsenergie wie ein Akku-basiertes E-Auto. In der Brennstoffzelle reagiert der Sauerstoff aus der Umgebungsluft mit dem Wasserstoff aus dem Drucktank kontrolliert zu Wasser – und setzt dabei elektrische Energie und etwas Abwärme frei.

Solange die Energie für die Wasserstofferzeugung (Elektrolyse) – ob flüssig oder gasförmig – aber nicht überwiegend oder nur noch aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Wasserkraft und Sonne kommt, stimmt die Ökobilanz auch dieser Technologie noch nicht. Dies, obwohl solche Energiequellen schier unerschöpflich verfügbar wären. Die Reichweite beim Wasserstoff und Brennstoffzelle ist zwar den Reichweiten von Benzin und Diesel ähnlich, und das Tanken geht schnell; aber weil Wasserstoff bisher meist mit Dampfreformierung aus Erdgas erzeugt wird, ist er so, mit einem Verlust von rund 70 % bis zum Rad, leider nicht attraktiv genug. Aber bei einer 15-17 Jahresbilanz schon heute in der Gesamtbetrachtung immerhin besser als ein E-Auto.

Sind die an sich unbegrenzt gegebenen, erneuerbaren Energiequellen eines Tages erst einmal durchweg genutzt und als Energie für uns permanent verfügbar – also auch nachts und bei Windstille in Form von Wasserstoff gespeichert –, ist das gewiss der Durchbruch.

Übrigens: das Schreckgespenst der horrenden Kosten zur Errichtung einer Infrastruktur für ein Wasserstoff-Tankstellen-Netz ist völlig zu vernachlässigen angesichts der riesigen Kosten für unwiederbringlich verbrannte fossile Kraftstoffe. Und auch zwei weitere hartnäckige Legenden zum Wasserstoff sind falsch:

  • Die Tanks sind kein Problem – die Drucktanks sind inzwischen dichter als jene von Benzinern.
  • Im schlimmen Fall explodiert der Tank nicht, sondern es folgt eine Deflagration, also ein rascher Abbrand.

Wobei auch Batterien nicht ungefährlich sind – denken Sie nur an Medienberichte über explodierte Handyakkus, infolge gab es ein Smartphone-Verbot gewisser Modelle auf Flügen, und über Brände ganzer Parkgaragen ausgelöst durch E-Bikes an der Ladestation. Hinzu kommt der Umstand, dass die Akkus beim E-Auto Hochvoltbatterien sind mit entsprechend höherem Kurzschlussrisiko wegen der hohen Energiemenge auf engstem Raum. Deshalb auch immer wieder die Stories vom plötzlichem Vollbrand von E-Autos während der Fahrt.

Es gilt eben generell, dass man mit allen größeren Energiemengen in hoher Dichte vorsichtig agieren sollte, ob Wasserstoff, Benzin, Diesel oder auch mit Batterien, im Worst-Case könnte eben auch alles explodieren.

Und, zum Schluss, auch die Hochvolt-Strahlung auf der man in einem E-Auto sitzt (Akkubetrieb) ist nicht zu ignorieren und eventuell auf die Dauer gesundheitsschädlich.

Wasserstoff im Verbrennungsmotor

Eine interessante Übergangslösung könnte sein, was Diplom-Ingenieur Dr. Ulrich Bez, einer der wohl herausragendsten Autobosse der Welt, am Nürburgring demonstriert hat. Dr. Bez war von 2000 bis 2014 CEO und Chairman des britischen Luxus-Sportwagenhersteller Aston Martin, davor Top-Manager bei Porsche, BMW und Daewoo. Dr. Ulrich Bez fuhr im Jahr 2013 mit einem fast serienmäßigen Aston Martin, Modell Rapide, weltweit einen der ersten wasserstoffbetriebenen Rennwagen für das 24h Nürburgring-Rennen erfolgreich auf den zweiten Platz seiner Klasse, also in einem anerkannten Rennen. Dabei konnte er jederzeit alternativ auf Benzin umschalten und sogar im Mix fahren. Dieser sozusagen Wasserstoff-Verbrennungsmotor (HICE) ist eine Übergangstechnologie, die die Zero-Emission-Fähigkeit (ZEV - Null-Emission) mit bestehenden Technologie ermöglicht und die Entwicklung eines Wasserstoffverteilungsnetzes vorantreiben könnte.

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Mit dieser Lösung könnte man beispielsweise in Städten – wo ein solches Tankstellennetz rascher, einfacher und günstiger aufzubauen ist – zügig mit vorwiegend Wasserstoff fahren, Emissionen weitgehend reduzieren und bei Überlandfahrten weiterhin auf die altbewährten Kraftstoffe wie Benzin oder Diesel setzen.

Als willkommener Nebeneffekt käme die Automobilzulieferindustrie, eine unserer Schlüsselindustrien in der EU, nicht so schnell in Bedrängnis: Denn ein Auto mit Verbrennungsmotor besteht aus rund 2.500 Teilen, ein E-Auto nur noch aus weit unter 1.000 Teilen. Zugleich würden wir durch ein solches Modell schon bald mehr Erfahrung sammeln, wenn es um Wasserstoff, die erforderliche Infrastruktur und nachhaltige Antriebstechnologien der Zukunft insgesamt geht.

Wie auch immer, wir werden jedenfalls in nächster Zeit und dann noch lange einen Mix aus verschiedensten Antriebstechnologien auf unseren Straßen sehen, vermutlich eine Art 25/25/25/25, der BP Energy Outlook 2018 prognostiziert für das Jahr 2040 über 300 Millionen E-Autos, das entspräche einem weltweiten Anteil von 15 %. Was sich letztlich dann auf Dauer durchsetzt, steht heute noch in den Sternen.

Übrigens verdanke ich es auch meinem hochgeschätzten Freund Dr.-Ing. Ulrich Bez, einem der herausragendsten und erfahrendsten internationalen Autobosse, dass ich über dieses Thema so viel dazu gelernt habe. Mein Dank für die Unterstützung am Faktencheck für diesen Artikel gebührt zudem meinem österr. Freund Prof. Dr.-Ing. Manfred Weissenbacher, ein Profi für das Thema um Energie und insbesondere Batterien, vom Institut für nachhaltige Energien an der Universität von Malta.

Automobility - desire and reality test

Diesel is dead! Long live the e-car?

All the euphoria deserves a closer look - and even those who are open to the facts may be sceptical.

Elon Musk, founder of the innovative e-car manufacturer Tesla Inc., has, without a doubt, disrupted the car industry and market. For too long, the automotive industry's incumbents have ignored developing future-oriented, sustainable drive technologies. Unfortunately, the debate over engine types, triggered by the fraudulent diesel scandal of certain manufacturers, is lacking in evidence-based arguments. The debate is more emotional and interest controlled. Furthermore, because of the problem of air quality in many cities, there is an increase in pressure for something to happen quickly. The latest decision by the German Federal Administrative Court, which says diesel cars may be banned in cities, makes the argument even more complex. Moreover, the effect of this decision is hardly isolated to Germany but will be felt across several other EU Member States.

One might immediately jump to the conclusion that we must only drive e-cars in the future. E-mobility is being touted as the miraculous solution for the future, to which the European automotive industry now predominantly relies upon, backed by support from both the media, as well as national governments. However, considering the electric car solution as the ultimate sustainable route is rather short-sighted. In truth, sustainable automobility faces many other challenges that are scarcely being discussed, despite their importance.

Sure, we need to tackle the challenge of climate change and environmental protection as fast as possible. A global approach is necessary. We are pointlessly spending billions to achieve certain local, but globally minimal, effects. On the contrary, we should act wisely and with the most compelling priorities, to ensure that we are not destroying our excellent and solid economic, technological, and social living conditions in Europe in the process. According to BP’s 2020 Energy Outlook, the whole transport sector consumes 21 % of global energy, while the industrial sector consumes 45 %, and the residential and commercial buildings sector consumes 29 %. And the total final energy demand in the transport sector is further broken down as follows: approx. 42 % by trucks, 35 % by passenger vehicles, 8 % by marine transport, 2 % by rail, and 13% by aviation.

We should also keep in mind that about 3 billion people still heat and cook on an open fire in their homes. Solar-powered low-cost heating or cooking devices could dramatically improve the living conditions for such people, yet they cannot afford them.

1912: The year of the first hybrid

Semper Vivus

Few know that the first electrically powered car was ready for serial production in 1902.

The Lohner-Porsche "Semper Vivus" was the first hybrid in the world - with 2.7 hp and a 35 km / h speed limit. Electric cars existed even earlier than that. 40 percent of US cars were powered by electricity at the time. This was due to the annoying cranking required to start an internal combustion engine (ICE) by hand, causing frequent serious injuries when it kicked back. But then in the year 1911, the first ICE Cadillac with an electric self-starter was available on the market. This was the dawn of the triumphant internal combustion engine. Incidentally, petrol was still available at a pharmacy at that time.

Thus, Tesla founder Elon Musk was not the first to bring electromobility closer to feasibility, even though he is credited with being the disrupter that sent the entire car market into a tailspin. And as cool as Tesla's cars may be: Tesla is still writing gigantic losses quarter after quarter. Even glossy marketing will hardly disguise this. He still has to prove that Tesla can make money in the long term. It is obviously not as easy as it seems.

The global trend-setting European car industry would have had plenty of time to develop green and sustainable technologies in full throttle. But for some reason, it did not act. It instead focused on the interests of its shareholders, often being oil producers, maximising shareholder value. This has done them, us and the climate a disservice. The solutions we need so desperately are missing, and they could have possibly existed already and in use today. If that would have happened, we will likely already have lived with such solutions for decades, rather than the compromised solutions being proposed today.

But let's consider objectively speaking about the situation with the development of the propulsion technologies in the near future. Nitrogen oxides and fine dust: a relative problem

The emissions problem continues to be brought up time and again: carbon dioxide, nitrogen oxides and fine dust are the key culprits here. Of course, such emissions do not just stem from the internal combustion engines that our cars emit but also from domestic coal and fuel, manufacturing, aviation and shipping industries which all contribute massively to this pollution. Moreover, perpetrators of the emissions in road transport also stem from the abrasion coming from tires and brakes - particularly in cities. This particulate matter also exists with e-cars. If you put an old Mini Cooper, first built in 1959, and the current MINI from the BMW Group next to each other, you have the obvious evidence of the next polluter: our demand for larger and heavier cars, which is becoming more and more obstructive in cities and parking, resulting in stationary traffic, and a general waste of space, known as "space pollution".

Of course, engines need power - the more fuel an engine consumes, the higher the resulting emissions. Us consumers are increasingly in demand for more powerful engines, yet have little regard for how engine displacement and power affect emissions. All this despite the complete contradiction that the engine power gets ever larger and the achievable speeds in the day-to-day use are decreasing due to the increasing traffic density and speed limits. In fact, we actually need less and less power.

The diesel will be preserved - thanks to efficiency

How is diesel rated nowadays? First off, it is important to point out that in general, diesel engines are likely to be retained. This is because of the high level of diesel efficiency in trucks and excavators, which will probably not operate on renewable energy or electricity in the near future. Even when it comes to modern diesel technologies which meet the latest ‘Euro-6-d-TEMP’ and ‘Euro 7’ standard specifications, these technologies will probably continue to exist, even more so thanks to the future developments and improved emission control systems that are continuously being optimised. The ‘Euro 7’ emission standard, contrary to what is suggested by German industry and politics, will not lead to the elimination of gasoline and diesel vehicles. A final draft from the European Commission is to be adopted in November 2021. The ‘Euro 7’ will be an achievable additional effort and will probably not be mandatory until 2027. The limit is defined as an overall budget for a defined route. Cars with ‘Euro 7’ standard specifications will only become marginally more expensive. Therefore, diesel has a high probability of remaining in service, especially in larger or heavy passenger cars. Also, a diesel engine consumes 15 % less than petrol, which in turn, benefits the global climate. The performance optimisation of diesel engines instead of consumption and exhaust optimisation seems, in retrospect – although very profitable for carmakers – to be wrong.

And there's another point: diesel engines can now meet the nitrogen oxide limits of petrol engines - albeit costing more. In addition, the highly equipped direct-injection gasoline engines produce significantly more ultrafine dust than its diesel counterpart. After all, the more petrol engines on the road inevitably mean higher carbon monoxide emissions versus the diesel engine counterpart.

Feinstaub | particulate matter

Of course, we need alternatives anyway, not just for the sake of the environment, but also for the sake of energy diversity for the transport industry and its dire need to move away from oil-dependency. Diesel itself, at least the most modern versions, should not be demonized. Having said that, it also should not be a credo for diesel, as gasoline, in general, is still better off with regards to emissions. True that there is a serious problem with older diesel engines (Euro 4 and earlier). And retrofits, even for Euro 5 with existing particulate filters, are considered sceptical for several reasons.

However, carmakers like Fiat and Toyota have already announced their departure away from diesel production and sales in the near future. Volvo will undergo a full conversion to electric from 2019.
The entire industry is now focusing on the electric car.

However, it is essential to understand the subtle differences here.

Which e-car, for example, are we talking about? A purely accumulator-based one and therefore only rechargeable at the recharging unit - a "battery only electric vehicle" (BOEV)? A "plug-in hybrid car" (PHEV), which operates in addition to an internal combustion engine also with a rechargeable battery-based electric drive that is rechargeable at the charging station via power supply? A hybrid vehicle that charges their battery partly or totally via the combustion engine? Or cars which also partially recycle and recharge energy via brake energy (recuperation)?

The disadvantages of the electric car

The electric powertrain itself is not the problem. The big question is, where does the current (electric) energy come from? Because even the still very expensive hydrogen fuel cell ultimately generates electrical energy. At first, it sounds quite tempting to believe that there is currently no more efficient propulsion technology than electric. Let’s look at the numbers. To get a mechanical kilowatt-hour into a vehicle, "just" 1.4 kilowatt-hours are needed from for example a photovoltaic power station. A loss of only 30 percent of energy to the wheel is considered to be extremely low.

The problems lie elsewhere:

  • Generally speaking, an electric car boom would make electricity more expensive as a result of increased demand.
  • To generate nationwide electricity we, unfortunately, will need primarily non-renewable ("dirty") energies for many years or even decades. Therefore, for battery-based e-cars, we are essentially just shifting the exhaust gas pollution from the car exhaust to the fossil power plants chimney. Most citizens wouldn’t realise this. To be fair, there is at least some upside as the emissions at knee level (exhauster) particularly that occurs in cities is reduced, and the chimneys in the power plants have better filters than a car.
  • Batteries, or rather its so-called battery-cells, for e-cars, are almost identical to the commercially available ones we use at home but are rechargeable and bundled en masse. This quickly adds up to a weight of up to 750 kilograms. And as we all know, batteries consist of an extremely questionable interior. In the steel casing there is a mix of resources that often need to be mined all over the world through inhumane working conditions and collected under enormous logistical efforts, like lithium from Chilean salt lakes, graphite which is often cleaned under pollutive circumstances, cobalt mining which is often driven by child-labour, amongst many other increasingly scarce resources that make up a battery. And this does not stop here, as the electronics and capacitors also require coltan and tantalum, and copper is needed for the cable. Unfortunately, most of them are anything but sustainable or fairly-produced.
  • To produce the battery cells, an immense amount of energy is needed. If, as is usually the case, this energy doesn’t come from ecologically renewable ("dirty") sources then the process to get just one battery-set for an e-car cause as much carbon dioxide as driving seven to eight years with a combustion engine. The use of such sacrilegiously manufactured batteries is disproportionate since the batteries only last for about four years - and over the course of the batteries lifetime, rapidly becoming weaker. Just recall the outcry of Apple‘s iPhone customers as it became clear that the performance of the iPhone predecessor models was deliberately throttled to compensate for the battery degradation. This energy footprint is already much worse than the one of an ICE. And remember, this calculation does not even incorporate the pollutants emitted from the generated electricity that is needed for the ongoing charging of the batteries, so that's not a single mile drive. In short: the energy footprint of the electric car is currently a disaster. But hardly any politician either knows or wants to accept it.
  • Strategically, the European car industry needs at least ten manufacturing plants to produce battery cells, and each one requires around three billion euro of investment. Otherwise, our EU car-industry will depend, as per today, on Asian battery producers as it had been dependent on the oil-exporting countries in the past. It would be a disastrous move to leave the technological know-how and the accompanying competitiveness to other continents - The EU has experienced and suffered that already since the fate of European photovoltaic manufacturers. The Asian competition had them outmanoeuvred and swept clean from the global market.
  • Once the batteries are at the end of their life cycle, what fate do they face?  Likely a complex recycling process or pollutive disposal follows. At best, there could be an intermediate stage, causing a second life as storage batteries with less power such as for photovoltaic systems. A more circular approach is still needed where the precious resources found in these batteries can continuously be cycled and put to work at the near-maximum utility.
  • Another challenge for the e-car lies in waiting: the average lifespan of a car with a combustion engine is around 17 years, whereas that of an electric car is probably just half that. This is primarily due to more electronics and the need for faster technology updates. As a result, significantly more new electric vehicles must be produced to sustain the demand. That may make the car industry happy, but it is hardly sustainable: According to BP Energy Outlook 2018, in fact, the number of cars will double by 2040 to around two billion, particularly due to the rising prosperity in developing economies such as China and India; the current number of 84 million new vehicles produced per year will increase to an estimated 100 million by the year 2030.
  • Finally, imagine that almost every used e-car has to park several hours at a charging station on a daily basis. Here the question arises of whether our power grids and plants have the capacity to withstand this gigantic increase in energy demand. In Norway, the country with the largest electric cars market share worldwide thanks to government funding, the electricity motorists lobby advised the general public not  to purchase e-cars since September 2017, unless one would have a charging station at home. This caused an energy capacity problem.

Increasing the energy capacity evolves at a snail's pace. One can only look at the many challenges of broadband expansion for the fast internet and the same applies to the high-voltage transmission lines in the financially strong country of Germany, considering the power transmission troubles of wind-generated electric power from the north to the south shows that an all-round supply of charging stations is rather illusory.

The Norwegian example shows that the electric car hype is not very thoroughly thought through revolution. In that sense, in the long term, only technology with hydrogen will really solve our problems around clean energy and energy storage sustainably. In light of this, it is understandable why Toyota and Hyundai have offered for quite some time hydrogen vehicles and remain undeterred in their strategy to continue to invest heavily in this technology and its future.

The fallacy of saying that hydrogen is dangerous

It is important to keep in mind though that hydrogen is the most abundant element in the universe. The problem with hydrogen is that an electric vehicle with a fuel cell for hydrogen consumes about twice as much output power as a battery-based electric car. Fuel cells are different from batteries in requiring a continuous source of fuel and oxygen (usually from the ambient air) to sustain the chemical reaction for producing electricity (and some waste heat and forming water).

As long as the energy for liquid or gaseous hydrogen fuel production (electrolysis) is not predominantly or only generated from renewable sources such as wind, hydropower or sun, the life cycle assessment for this technology is not consistent. Such renewable energy sources would be almost inexhaustible. The range of hydrogen fuel cell cars is indeed similar to the ranges of gasoline and diesel, and refuelling is also fast; but because hydrogen fuel is still mostly produced by steam reforming of natural gas, causing a loss of approximately 70 percent of energy to the wheel this is still not attractive enough. But in the overall view of today's lifespan of a car of 15-17 years, at least better than an e-car.

If the renewable sources of energy were unlimited in themselves and can be continuously used, with energy still available at night and when there is no wind since stored as hydrogen, then this certainly would be the breakthrough.

By the way: the spectre of horrendous costs for the establishment of an infrastructure for a hydrogen filling station network is completely negligible given the huge irretrievable costs of burned fossil fuels.

Two more persistent legends about hydrogen are also wrong:

  • The tanks are not a problem - the pressure tanks are now denser than those of gasoline cars.
  • In the bad case, the tank does not explode, but it is followed by a deflagration, meaning a rapid burn.


But batteries are not without danger, just think of media reports on exploded cell phone batteries followed by a ban of certain smartphone models on flights and fires of entire parking garages triggered by e-bikes at the charging station. Added to this is the fact that the batteries in the e-cars are high-voltage batteries with a correspondingly higher risk of the short circuit because of the high amount of energy in a small space. Therefore, also stories of a sudden fire of e-cars while driving ending in total destruction are, in fact, not unheard.

It is generally true that you should always act carefully with high concentration and volumes of energy irrespective of the fuel, as in the worst-case everything could explode.

Lastly, consider the radiation effects of sitting in an e-car (high-voltages battery operation) with a probable health effect in the long run.

Hydrogen for the ICE - internal combustion engine

An interesting interim solution could be what Dr.-Ing. Ulrich Bez Hon DTech, one of the most outstanding managers of the global car industry, demonstrated at the Nurburgring. Dr. Bez was from 2000 to 2014 CEO and Chairman of the British luxury sports car manufacturer Aston Martin, prior to that a C-level top-manager at Porsche, BMW and Daewoo. Dr. Ulrich Bez drove in 2013 an almost standard Aston Martin model Rapide successfully to 2nd in class as a world’s-first hydrogen-powered race car for the Nurburgring 24h race, hence in a recognised race. This hydrogen internal combustion engine (HICE) is a transition technology allowing zero emissions (ZEV) capability with existing technology and helping to drive the development of a hydrogen distribution network. He could always switch to gasoline and even gasoline and hydrogen working in tandem.

2013astonmartin_nurburgring_side

With this technological solution, one could for example predominantly drive in cities - where such a hydrogen gas service station network is faster, easier and cheaper to set up -  and hereby largely reduce emissions and still use gasoline for a long-range or cross-country trips.

As a welcomed side-effect, the automotive supply industry, one of the key industries in the EU, would not be in such a dire strait, particularly because a car with an internal combustion engine consists of around 2,500 parts, but an e-car is well below 1,000 parts. At the same time, such a model would soon give us more experience when it comes to hydrogen use and the associated infrastructure. This will lead to meaningful propulsion technologies as a whole and for the sustainable future.

Anyway, in the near future and then for a long time we will see a mix of different drive technologies (maybe a 25/25/25/25 mix) on our roads, probably four similar types. The BP Energy Outlook 2018 predicts more than 300 million electric cars in 2040 that corresponds to around 15 % across the globe. Which of propulsion technology ultimately prevails, in the long run, is still written in the stars.

Incidentally, I owe it to my esteemed friend Dr.-Ing. Ulrich Bez, one of the most outstanding and experienced top-executives in the international car-industry, that I have learned so much about this topic. And my thanks extend to my Austrian friend Prof. Dr.-Ing. Manfred Weissenbacher, for his support regarding the fact-checking of this article as he is an expert in the field of energy, particularly batteries from the Institute for Sustainable Energy at the University of Malta.

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