Rein elektrischer Antrieb mit treibhausgasarmem Verbrennungsmotor
OBRIST Powertrain, eine Entwicklungsgesellschaft aus Lustenau am Bodensee in Österreich, zeigt im Rahmen der Frankfurter IAA eine theoretisch bereits bekannte (siehe solarify.eu/synthetische-kraftstoffe-rettung-des-verbrennungsmotors) Antriebsneuheit seinen „HyperHybrid“: Bei diesem System wird das Fahrzeug ausschließlich elektrisch angetrieben; aber es verbindet einen – sehr kleinen und sehr sparsamen – vibrationsfreien Verbrennungsmotor mit einer Batterie und einem Elektromotor.
Zapfhähne-OME-H2-Solarstrom – Foto © MPI CEC
Die automobile Zukunft wird mehr und mehr elektrisch. Zwei Systeme dominieren bisher den Markt – der Antrieb ausschließlich über einen Elektromotor, der seine Kraft aus einer Batterie zieht; und die Kombination aus Elektro- und Verbrennungsmotor bei dem beide Systeme parallel für Vortrieb sorgen. In beiden Fällen wird an Steckdosen nachgeladen – entweder schnell an entsprechenden Ladestationen oder langsam zuhause. Beide Systeme haben unbestreitbare Vorteile: die rein elektrisch agierende Variante ist im Fahrbetrieb emissionsfrei, wenn Ökostrom getankt wird; der Hybrid kann die bestehende Infrastruktur der Tankstellen weiter nutzen und schnell „nachladen“.
Beide Systeme haben aber auch Nachteile: Das Elektroauto braucht eine sehr große – und teure – Batterie, um auf akzeptable Reichweiten zu kommen; der Hybrid fährt zwei Antriebssysteme herum – mit entsprechenden Nachteilen für Gewicht (und damit Verbrauch), Bauraum und Kosten. Die Lösung dieses Problems haben die Österreicher mit ihrem HyperHybrid gefunden.
Verbrenner nur zum Batterie laden
Deren Verbrennungsmotor ist ein mit einem Generator zur Erzeugung von Strom gekoppelten Zweizylinder-Einliter-Benziner mit 54 PS. Der Strom fließt in die Batterie – Schaltung und Getriebe entfallen. Wenn der Motor läuft, läuft er nur im optimalen Drehzahlbereich. Bei diesem Verhältnis können alle Brennstoff-Moleküle vollständig mit dem Luftsauerstoff reagieren, ohne dass Sauerstoff fehlt oder unverbrannter Kraftstoff übrig bleibt – es kommt zu einer vollständigen Verbrennung. Das bedeutet, dass dieser Motor keine Luftschadstoffe mehr ausstößt, dass also aufwändige Nachbehandlungen des Abgases nicht mehr nötig sind. Das gesamte Aggregat ist zudem auf Laufruhe optimiert – dank gegenläufiger Kurbelwellen werden jegliche Vibrationen weggefiltert – Obrist spricht von einem „Zero Vibration Generator“ und verspricht eine Laufruhe, welche die eines Zwölfzylindermotors noch übertrifft. Doch damit nicht genug, diese Kombination wird eingekapselt, sodass sie nahezu unhörbar wird.
Dieses stille Kraftwerk erlaubt dann für den HyperHybrid eine – im Vergleich zu rein elektrischen Fahrzeugen – kleine Hochleistungsbatterie; dafür werden dann nicht 9.000 bis 12.000 € fällig, sondern nur rund 2.000. Der gesamte HyperHybrid Antriebsstrang hat damit ein deutlich niedrigeres Kosten Niveau als ein reines Elektrofahrzeug, liegt im Bereich eines heutigen Dieselantriebstrangs.Kleiner Motor, kleine Batterie und weniger Fahrwerksteile wirken sich auch positiv auf die Kosten aus – und damit auf den Preis: die Basisversion eines kleineren Mittelklassewagen mit HyperHybrid könnte unter 13 000 € kosten, das gehobenere Modell liegt mit 17 000€ rund 10 000 € niedriger als zum Beispiel ein Elektrogolf. Die rein elektrische Reichweite liegt bei 50 bis 100 Kilometer und hängt vom Energiegehalt der Zellen sowie der Fahrzeugplattform ab.
Wesentlich leichter
Das System ist dann beliebig zu kombinieren mit einem Elektromotor für die Hinterachse, oder für einen Allrad mit jeweils einem Motor für die Hinter- und die Vorderachse; oder in einer Hochleistungsversion mit vier Elektromotoren für alle vier Räder. Das alles ist dann deutlich leichter als allein die Batterie bei einem rein elektrischen Fahrzeug; erst recht leichter als ein klassischer Hybrid. Dank dieser Gewichtsersparnis ist der HyperHybrid besonders effizient – er kommt im realen täglichen Fahrbetrieb mit weniger als drei Liter aus und schlägt damit vergleichbare Hybridfahrzeuge um Längen; seine Reichweite ist mit über 1.000 Kilometern unschlagbar. Der Fahrzeughersteller muss nur 25 g CO2/km (1,05 l/100 km) nach Brüssel melden und unterschreitet damit die gesetzlichen Vorgaben von heute (95 g CO2/km) und von 2030 (ca. 70 g CO2/km) bei weitem.
Zudem verträgt der Motor Designer Fuels. Diese, mit erneuerbaren Energien gewonnen, stehen nicht im Wettbewerb zur Nahrungsmittelerzeugung und benötigen bei Ihrer Herstellung auch keine Trinkwasser, ihre CO2-Bilanz ist deshalb ausgeglichen. OBRIST Powertrain arbeitet bereits mit diesen Kraftstoffen der Zukunft, welche die aktuelle Raffinerie- und Tankstelleninfrastruktur nutzen können. Das stellt auch hinsichtlich der benötigten Investitionen ein klaren Vorteil gegenüber der reinen Elektrofraktion dar.
Prof. Robert Schlögl, Direktor am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin und am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr, propagierte in der Welt den seriellen Hybrid als eine neue Art des Elektroantriebs. Angetrieben mit synthetischen Kraftstoffen, auch alternative Treibstoffe, Designer- oder E-Fuels genannt (siehe: solarify.eu/alternative-kraftstoffe-synthetische-treibstoffe-desinger-fuels-e-fuels). Sie können aus CO2 hergestellt und wie Benzin oder Diesel in herkömmlichen Motoren verbrannt werden. Ihr Energiegehalt ist genauso hoch wie der heute üblicher Kraftstoffe. Schlögl propagiert eine neue Art des Elektroantriebs: “Der Strom für diese Motoren sollte allerdings nicht aus einer Batterie kommen, sondern von einem besonderen Verbrennungsmotor, in dem synthetische Kraftstoffe verbrannt werden. Die Turbine versorgt eine kleine Batterie mit der Energie, die zum Betrieb des Elektromotors benötigt wird. Diese verglichen mit reinen Elektrofahrzeugen kleine Batterie kann überdies die beim Bremsen zurückgewonnene Energie aufnehmen.” Dieser Antrieb werde bereits vielfach eingesetzt – “in praktisch allen großen Maschinen”, etwa bei den Azipod-Antrieben von Schiffen. Wichtig beim Design der Treibstoffe: die rückstandsfreie Verbrennung.
OBRIST hat mit einem Prototyp (Mark I) in 6 Jahren 15.000 Kilometer zurückgelegt und die theoretischen Daten auch im realen Fahrbetrieb bei allen Witterungsbedingungen nachgewiesen. Zurzeit wird ein neuer Versuchsträger (Mark II) vorbereitet. OBRIST verhandelt mit namhaften Automobilherstellern über Lizenzen zur Übernahme des Systems; mit einem prominenten Marktteilnehmer wurde ein erster Lizenzvertrag geschlossen.
Prof. Reinhard Hüttl, Chef des Potsdamer Geoforschungsinstituts und Vizepräsident von Acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften – erläuterte im August in der Wirtschaftswoche das Prinzip der seriellen Hybride, „bei denen ein Verbrennungsmotor die Batterie nur als Generator lädt und der eigentliche Antrieb voll elektrisch ist. Das Fahrzeug ist leichter und billiger als beim Parallel-Hybrid, die Verbrennungsmotoren würden kompromisslos nur im optimierten Bereich arbeiten – weitgehend abgasfrei und verbrauchsarm. Moderne serielle Hybride erfüllen bereits heute Abgas- und Verbrauchswerte, die in der EU von 2030 an gelten sollen. Auch hier würde die bestehende Infrastruktur (Tankstellen) weiter genutzt werden können.“
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