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PKW-Antriebe: Alles über Hybrid, Elektro & Brennstoffzelle

Nie war die Auswahl für PKW-Antriebe größer als heute. IMTEST beleuchtet die verschiedenen Konzepte und erklärt, für wen sie sich eignen.

Elektroauto wird aufgeladen
© Eren Goldman / Unsplash

Welcher PKW-Antrieb ist der richtige für Vielfahrer, Kurzstreckenpendler oder eilige Piloten? Eine Frage, die sich aktuell viele Autofahrer stellen. Denn wir leben in einer Zeit des Umbruchs, auch hinsichtlich unserer Mobilität. Nach dem Willen der Bundesregierung gehört allein dem Elektroauto die Zukunft. Auf dem Weg dorthin hat man derzeit aber noch die Wahl zwischen weiteren Konzepten wie (Plug-in-)Hybriden, Brennstoffzellenautos und Verbrennern mit Diesel-, Benzin- oder Gasmotor. IMTEST klärt über die Vor- und Nachteile der PKW-Antriebe auf.

Brennstoffzellenautos: PKW-Antrieb mit Wasserstoff

Der exklusivste PKW-Antrieb ist zweifelsohne die Brennstoffzellentechnik, denn es gibt auf dem Markt aktuell genau zwei Serienmodelle: Den Hyundai Nexo mit 162 PS und laut Werk 666 Kilometern Reichweite pro Tankfüllung sowie den Toyota Mirai (182 PS, 650 Kilometer Reichweite). Eine Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff in elektrische Energie um, die, über eine Batterie als Zwischenspeicher, von einem oder mehreren Elektromotoren in Vortrieb umgesetzt wird. Wie beim Elektroauto ist ein Rekuperieren, also ein Zurückspeisen von Bremsenergie, möglich, was Reichweite und Effizienz verbessert.

Dennoch liegt der Wirkungsgrad des Brennstoffzellenantriebs nur bei rund 40 bis 50 Prozent, wohingegen ein batterieelektrischer Antrieb auf 70 bis 80 Prozent kommt. Bei einer Gesamtbetrachtung inklusive der Wasserstoffherstellung und der verlustreichen Speicherung im Fahrzeugtank unter enormem Druck von rund 700 bar schneidet das Brennstoffzellenauto noch deutlich schlechter ab. Zudem existieren deutschlandweit derzeit nur rund 100 Wasserstofftankstellen. Überdies ist die aufwändige Brennstoffzellentechnik teuer: Hyundais Nexo kostet ab 77.290 Euro, der Toyota Mirai ab 63.900 Euro.

Brennstioffzellen-Auto beim Tanken
Ein Hyundai Nexo beim Wasserstofftanken. © Hyundai

Die Vorteile des Wasserstoffantriebs

Zum einen fällt im Vergleich zu einem batterieelektrischen Auto bei der Herstellung aufgrund des kleineren Akkus weniger CO2 an. Und zum zweiten kann das Brennstoffzellenauto wie ein Verbrenner in lediglich drei bis vier Minuten vollgetankt werden. Diese Rechnung geht allerdings nur auf, wenn sich tatsächlich eine der raren Wasserstofftankstellen in der Nähe befindet und nicht erst eine lange Anfahrt in Kauf genommen werden muss, die wiederum Reichweite und Effizienz verschlechtert. Und so sieht es derzeit danach aus, dass sich die komplexe Brennstoffzellentechnik im Pkwvorerst nicht durchsetzen wird.


Wallbox: Alles über die E-Auto-Ladestation

Mit einer Wallbox lässt sich ein E-Auto auch zuhause aufladen. Darauf müssen Sie achten.


Elektroautos – die Zukunft schon heute?

Die Zukunft gehört dem Elektroauto – so sieht es die Bundesregierung und unterstreicht dies mit einer Förderprämie von bis zu 9.000 Euro sowie zehnjähriger Befreiung von der Kfz-Steuer. Das ist prinzipiell richtig – fraglich ist nur, wann diese Zukunft beginnt. Denn im Moment kämpft das E-Auto noch mit allerlei Kinderkrankheiten. Angefangen damit, dass eben bei weitem nicht jeder Bürger über eine Lademöglichkeit oder gar eine Garage mit Wallbox verfügt, weshalb Elektroautos aktuell eher von finanziell Bessergestellten gekauft werden. Klar, auch Laternenparker könnten in Zukunft am Bordstein laden, denn der Strom liegt ja bereit – eben in der Laterne. Bis aber Straßenlaternen in nennenswerter Anzahl mit einer Lademöglichkeit versehen sind, wird noch viel Zeit ins Land gehen. Bis dahin also das Ladekabel vom Haus über den Bürgersteig zum Auto legen? Keine gute Idee, denn das ist eine Stolperfalle, wie jüngst ein Gericht entschied.



Die Ladeinfrastruktur ist oft noch ein Ärgernis

Dann gibt es noch die öffentlichen Ladesäulen, die allerdings immer noch dünn gesät, teuer und in der Praxis oft defekt oder besetzt sind – mitunter von einem falsch geparkten Verbrenner. E-Auto-Fahrer brauchen also gute Nerven. Auch, weil das Hauptproblem des E-Autos bis auf weiteres seine geringe Reichweite bleibt. Der Energieinhalt eines gefüllten Benzin- oder Dieseltanks beträgt bis zum Einhundertfachen (!) eines gleich schweren Akkus auf Lithiumbasis. Durch seinen wesentlich besseren Gesamtwirkungsgrad von rund 65 Prozent kann das Elektroauto hier gegenüber dem Verbrenner (zirka 20 Prozent “Tank-to-Wheel”-Wirkungsgrad) immerhin zum Teil kontern. Dennoch: Bei einem angenommenen Verbrauch von 15 Kilowattstunden pro 100 Kilometer wiegt der für diese Distanz nötige Akku derzeit rund 150 kg. Für 1.000 Kilometer Praxisreichweite, die manch ein Diesel mit einer 50-Liter-Tankfüllung schafft, käme die Batterie also auf 1,5 Tonnen.

E-Auto wird in der Stadt mit Strom geladen
Klein und elektrisch: Der Renault Twingo fährt rein elektrisch. © Renault

Akkus im Auto: Der schwere Antrieb

Ein Beispiel aus der Praxis: Das 100-kWh-Lithium-Ionen-Akkupack des reichweitenstärksten Tesla S (ab 96.990 Euro) wiegt 750 Kilogramm und sorgt für eine Reichweite von 610 Kilometern nach der WLTP-Norm. Im Winter und bei flotter Fahrweise können es aber auch nur die Hälfte sein. Durch die hohe Batteriemasse geraten viele E-Auto-Hersteller gewichtsmäßig in eine Aufwärtsspirale, in der dann auch Bremsen, Fahrwerk und viele andere Komponenten entsprechend kräftiger dimensioniert werden müssen, was das Gewicht dann doch weiter nach oben treibt. So wiegt manches Elektroauto bis 2,5 Tonnen und mehr, was sich letzten Endes wiederum negativ auf Effizienz und Reichweite auswirkt. Ein neben Tesla weiteres Beispiel für ein nach dem Maximalprinzip gebautes E-Auto ist der Mercedes EQS (ab 106.374 Euro), dessen riesiger 108-kWh-Akku trotz der über 2,5 Tonnen Fahrzeuggewicht laut Werk mehr als 700 Kilometer Reichweite ermöglichen soll. In der Praxis sind es bei normaler Fahrweise eher 400, bei extrem sparsamer bis zu 500 Kilometer.



Ökostrom für E-Autos

Es kommen immer mehr große, schwere E-Autos mit über 500 (oder gar 1.000) PS auf den Markt, deren riesige Akkus sich nur an entsprechenden Schnellladestationen in akzeptabler Zeit aufladen lassen. Mit 230-Volt-Haushaltsstrom braucht man diesen Boliden gar nicht erst zu kommen, selbst an einer Wallbox dauert das vollständige Laden viele Stunden. Diese teuren High-End-Stromer à la Audi e-tron GT (ab 99.800 Euro) oder Porsche Taycan (ab 85.453 Euro) zeigen zwar das technisch Mögliche.

Für die breite Akzeptanz und den Durchbruch der Elektromobilität wären mehr kleine, leichte und bezahlbare E-Autos, die man auch an der heimischen Steckdose laden kann, allerdings wichtiger. Denn im Umkehrschluss reicht einem kompakten, leichten Stromer für eine ordentliche Reichweite ein kleinerer, leichterer Akku. BMW ging in dieser Hinsicht den konsequenten Weg und sorgte beim i3 dank Leichtbau inklusive Carbon-Fahrgastzelle für ein vergleichsweise niedriges Gewicht von 1.350 Kilogramm. Mit “nur” 170 beziehungsweise 184 PS bot der BMW i3 eine sehr ansprechende Fahrdynamik. Die Carbon-Bauweise machte den Kleinwagen allerdings teuer (ab 39.000 Euro). Ein kommerzieller Erfolg wurde er daher nicht, die Produktion ist mittlerweile ohne Nachfolger eingestellt.

Blick von Rückbank ins Cockpit des Audi RS e-Tron GT
Kommandozentrale: Das hohe Maß an Fahrdynamik und Komfort ist beim Audi RS e-Tron GT auf den ersten Blick zu sehen.

Doch es gibt glücklicherweise auch einige bezahlbare Stromer wie etwa den Dacia Spring (ab 20.490 Euro), Fiat 500 (ab 26.790 Euro), Opel Corsa-e (ab 29.000 Euro), Renault Twingo Electric (ab 21.790 Euro) oder Smart Fortwo/Forfour (ab 21.940 Euro).

Eines muss allerdings klar sein: Wirklich öko ist ein Elektroauto nur, wenn der Strom tatsächlich aus erneuerbaren Energien stammt.



PKW-Antrieb Hybrid: Die Kraft der zwei Herzen

Das lateinische Wort “hybrid” bedeutet “von zweierlei Herkunft”. Ein Hybridauto vereint zweierlei Antriebe, Verbrenner und Elektromotor(en). Hybrid-Pionier in der Großserie war ab 1997 der Toyota Prius. Die Vorteile dieser aufwändigen Antriebtechnik liegen darin, dass der Verbrennungsmotor, in der Regel ein Benziner, meist in einem verbrauchsgünstigen Drehzahlbereich arbeitet, während er die Batterie lädt. Ferner kann Bremsenergie durch Rekuperieren in den Akku gespeist werden. Anfahren und Rückwärtsfahren geschieht in der Regel rein elektrisch. Aufgrund der kleinen Batterie übernimmt dann aber recht bald der Verbrennungsmotor den Vortrieb. Das Jonglieren mit den beiden Antrieben geschieht ohne Zutun des Fahrers, jedoch können meist unterschiedliche Fahrprogramme gewählt werden, etwa für besonders sparsames Fahren.

Detailaufnahme Kennung für ein Hybridauto unter der Rücklichtleuchte
Den Hybrid-PKW Honda Jazz erkennt man leicht an der Bezeichnung “e: HEV”. © Honda

Doch auch das eigentlich clevere Hybridkonzept hat Nachteile. Es ist technisch aufwändiger als ein reiner Verbrenner, womit bei der Produktion mehr CO2 anfällt. Zudem sind Hybride teurer und schwerer, was die Effizienz unterm Strich wieder etwas mindert. Und die im Prospekt angegebenen, extrem niedrigen Verbrauchswerte sind im Alltag erfahrungsgemäß kaum zu erreichen. Fährt man einen Hybriden flott und fordert den Verbrennungsmotor entsprechend, geht der Verbrauchsvorteil gegenüber einem ebenso gefahrenen Benziner vollends flöten. Beispiele für Autos, die auf dem deutschen Markt ausschließlich als Hybrid angeboten werden kommen von Honda (Jazz, HR-V und CR-V), Suzuki (Swace) oder Toyota (Yaris Cross, Corolla und Highlander).

Darüber hinaus gibt es Modelle, die sowohl als “klassischer” Hybrid als auch als Plug-in-Hybrid/PHEV angeboten werden. Wie der Ford Kuga, der Kia Niro, DER Toyota RAV4 und die Modelle Ioniq, Tucson VON Hyundai.



Plug-in-Hybride/PHEV – Kraftspritze aus der Steckdose

Anders als der “konventionelle” Hybrid, der den Strom für seinen E-Motor selbst an Bord mit Kraftstoff (und Rekuperation) erzeugt, lässt sich bei Plug-in-Hybriden der Akku per Stecker (“Plug”) daheim oder an einer Ladesäule aufladen. Das kann die CO2-Bilanz verbessern, wenn zum Laden Ökostrom verwendet wird. Plug-in-Hybride, auch PHEV genannt (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) bieten aufgrund ihres deutlich größeren Akkus eine wesentlich höhere elektrische Reichweite als Hybride, die sich nicht von einer externen Quelle laden lassen.

Einige neue Plug-in-Modelle schaffen unter günstigen Bedingungen 100 rein elektrische Kilometer, bevor der Verbrenner übernimmt. Das ist ideal für Kurzstreckenpendler, die dann praktisch rein elektrisch fahren und über Nacht laden. Umgekehrt ist es bei PHEVs zudem oft möglich, nur mit dem Verbrenner zu fahren. So lässt sich die volle Akkukapazität erreichen und für eine spätere emissionsfreie Stadtfahrt “einzufrieren”. Weiterer Pluspunkt eines (Plug-in-)Hybriden: Anders als beim E-Auto muss man keine Reichweitenangst haben, Sprit lässt sich schnell nachtanken. Unterm Strich sind die staatlich geförderten Plug-in-Hybride also eine gute Übergangstechnik, bis die Infrastruktur für das Elektroauto tragfähig ist. Auf dem deutschen Markt gibt es PHEV-Versionen von nahezu allen namhaften PKW-Herstellern.



Verbrenner: Benzin, Diesel, LPG oder CNG?

Und der gute alte Verbrennungsmotor? Ist noch lange nicht am Ende. Wenngleich es für den Diesel immer schwieriger wird, die zunehmend strengeren Abgasnormen zu erfüllen. Ein aktueller Selbstzünder fährt am Unterboden im Grunde eine ganze Chemiefabrik zur Abgasaufbereitung spazieren. Benziner sind abgasmäßig leichter in den Griff zu bekommen. Zudem verbrauchen moderne Ottomotoren bei normaler Fahrweise kaum noch mehr als ein Diesel gleicher Leistung. Einen erheblichen Mehrverbrauch gegenüber Selbstzündern zeigen Turbobenziner nur unter Volllast, etwa bei sehr schneller Autobahnfahrt. Doch dieses Problem wird sich spätestens mit einem generellen Tempolimit auf deutschen Autobahnen erledigen. Wer also derzeit ein neues Auto anschaffen möchte (oder muss) und keine Lademöglichkeit für ein E-Auto oder PHEV hat, “fährt” mit einem Benziner nach wie vor gut.

Auto vor Garage, Fahrerin neben dem Fahrzeug
Der Dacia Sandero ist eines der wenigen LPG-Autos, die es in Deutschland zu kaufen gibt. © Dacia

Gas statt Benzin: Die günstigere Variante

Eine derzeit noch preisgünstige Alternative ist das Fahren mit Gas. Hierbei gibt es die beiden Varianten LPG (Liquified Petroleum Gas) und CNG (Compressed Natural Gas). Damit lassen sich Ottomotoren unter leichter Leistungseinbuße betreiben. Mit Gas betriebene Fahrzeuge sind in der Regel bivalent. Das heißt sie können mit Gas oder Benzin gefahren werden, was sich über einen Schalter am Armaturenbrett wählen lässt.

LPG

Bei LPG, auch Flüssiggas oder Autogas genannt, handelt es sich um ein Gemisch aus Propan und Butan. Wie es auch in Feuerzeugen oder als Campinggas verwendet wird.

LPG verflüssigt sich schon bei einem verhältnismäßig geringen Druck von sechs bis acht bar. Daher lässt es sich auch sehr wirtschaftlich transportieren. Beliebt ist LPG seit Jahrzehnten als Nachrüstlösung für großvolumige, durstige Benziner. LPG kostet etwa halb so viel wie Benzin. Es hat allerdings einen geringeren Energieinhalt, weshalb der Verbrauch in Litern um bis zu 20 Prozent ansteigt. LPG-Autos ab Werk gibt es aktuell bei folgenden Herstellern: Dacia (Sandero), Duster und Jogger und Fiat (Panda).

CNG

CNG ist Erdgas mit dem Hauptbestandteil Methan. Im Gegensatz zum flüssigen LPG ist CNG gasförmig. Um genug Energie in einen PKW-Tank zu bekommen, muss CNG mit bis zu 240 bar komprimiert werden. CNG kostet derzeit wie LPG etwas mehr als die Hälfte von Benzin. Der Energieinhalt von CNG ist allerdings etwa doppelt so hoch wie der von LPG. Es ist effizienter und setzt weniger CO2 frei. Daher gibt es vergleichsweise viele CNG-Autos ab Werk. Beispielsweise Modelle von Audi (A3, A4 Avant), Seat (Ibiza, Leon, Arona), Skoda (Scala, Octavia, Kamiq) oder VW (Up, Polo, Golf).

Auto fährt duch eine Straße in einer Stadt.
Audios A4 Avent ist auch in einer CNG-Version im Handel erhältlich. © Audi

Dem Elektroauto gehört die Zukunft …

… nur hakt es derzeit noch an der Lade-Infrastruktur und den Praxisreichweiten. Plug-in-Hybride sind daher eine gute Übergangstechnik, ohne dass man Angst haben muss, mangels elektrischer Reichweite liegen zu bleiben. Wer allerdings öfter lange Strecken zurücklegt, ist mit einem unkomplizierten, sauberen und immer sparsameren Benziner immer noch am besten bedient.