Elektromobilität

Elektroautos in Berlin

Straßenbahn in Basel

Batteriebus an einer Ladestation

Elektrofahrrad der Deutschen Post

Elektrolastkraftwagen e-Force One

Elektromotorroller

Bereits seit 1909 fahren solche Elektroschiffe auf dem Königssee (Bayern).

Elektroflugzeuge mit Typzulassung seit 2020

Elektrolokomotive

Ein Solaris Trollino 18 (Nr. 303) des Obus-Systems Salzburg.

Tesla Semi

Elektromobilität beschreibt die Beförderung von Personen und Gütern mithilfe elektrischer Antriebe. Dabei ist die Stromversorgung über Kabel, insbesondere über Oberleitungen bei Bahnen, seit ca. 100 Jahren etabliert, die Mobilität jedoch eingeschränkt. Fahrzeuge, die das „Kraftwerk“ an Bord haben, wie Dieselelektrische Lokomotiven oder Hybridelektrokraftfahrzeuge, werden aufgrund der lokalen Emissionen nicht als vollwertig elektromobil betrachtet. Als möglichst lautlose und abgasfreie Energiespeicher wurden Bleibatterien auf Bleibasis, Druckluftspeicher, Schwungradspeicher u. ä. ausprobiert, aber erst der Lithium-Ionen-Akkumulator konnte zunächst Unterhaltungselektronik (1990er Jahre) und dann auch PKW kommerziell erfolgreich rein elektrisch antreiben.

Die Elektromobilität gilt als zentraler Baustein eines nachhaltigen und klimaschonenden Verkehrssystems auf Basis erneuerbarer Energien, wie es mit der Verkehrswende angestrebt wird. Gemäß Weltklimarat IPCC besitzen Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, die mit Strom aus emissionsarmen Quellen angetrieben werden, über ihren gesamten Lebenszyklus das größte Klimaschutzpotential aller landgebundenen Transporttechnologien. Mit dem russischen Überfall auf die Ukraine gewann zudem die sich durch Umstieg auf Elektromobilität ergebende Stärkung der Energiesicherheit an Bedeutung in Europa.

Fahrzeuge

→ Hauptartikel: Elektrofahrzeug

Eisenbahn

Bei den spurgeführten Verkehrssystemen konnten sich schon seit Ende des 19. Jahrhunderts zahlreiche elektrische Systeme etablieren, die in den meisten Fällen über eine Infrastruktur von Stromschienen oder Oberleitungen mit elektrischer Energie versorgt werden. Zahlreiche Baureihen von Elektrolokomotiven und elektrischen Triebwagen führten zu einer heute weit fortgeschrittenen Technologie der elektrischen Traktion. Auch unabhängig vom Elektronetz kann mit dieselelektrischen Lokomotiven oder Akkumulatortriebwagen schon vielfach die Effizienz der Hybrid-Technologie genutzt werden.

Elektroauto

→ Hauptartikel: Elektroauto

Weltweit wurden von 2013 bis Ende 2022 über 19 Mio. Elektroautos (BEV) verkauft (71 % von 26,8 Mio. PHEV u. BEV). Bezogen auf den Weltgesamtfahrzeugbestand 2022 von über 1,5 Milliarden Fahrzeugen entspricht das einem Anteil von ungefähr 1,3 Prozent.

Batteriebus

→ Hauptartikel: Batteriebus

Batteriebusse sind mittlerweile in großer Zahl im Einsatz und ersetzen zunehmend Busse mit Dieselmotor insbesondere in Ballungszentren. Auch Reisebusse gibt es rein elektrisch wie beispielsweise den BYD C9 oder vom Hersteller Yutong.

Elektrolastkraftwagen

→ Hauptartikel: Elektrolastkraftwagen

Elektrolastwagen sind bereits in großer Zahl im Einsatz. Beispiele sind der Tesla Semi und die eActros von Mercedes-Benz.

Rein elektrisch angetriebene zweirädrige Kleinfahrzeuge

Elektromotorrad Harley-Davidson LiveWire

Pedelec

→ Hauptartikel: Elektrorad

Elektroräder (auch Pedelec genannt) haben seit Beginn der 2010er Jahre hohe Zuwachsraten.

Elektromotorroller und Elektromotorräder

Auch verschiedene elektrisch angetriebene Kleinkrafträder wie Elektromotorroller (s. Liste der Elektromotorroller) oder Elektromotorräder sind erhältlich.

E-Tretroller oder E-Scooter

Leih-E-Scooter in Köln

→ Hauptartikel: E-Tretroller

Seit den 2010er Jahren haben sich die Elektro-Tretroller, auch E-Scooter genannt, etabliert. Diese haben sich im 21. Jahrhundert fast explosionsartig in vielen Ländern verbreitet. Sie gelten als Bindeglied zwischen Fahrzeugen mit längeren Reichweiten und den Hilfen für die letzte Meile.

Wheels

Zu Beginn der 2020er Jahre kamen aus den USA rein elektrisch angetriebene Minifahrräder in die Stadt. Der erste Hersteller Wheels produziert die nur 20 kg schweren handlichen Räder ohne Pedale, aber mit festem kleinem Sattel. Diese werden wie viele ähnliche Stadtfahrzeuge zur freien Ausleihe angeboten. Seit März 2020 können Interessenten die Wheels auf dem EUREF-Campus in Berlin-Schöneberg zu Probefahrten gratis ausleihen. Wie bei den E-Bike-Sharing-Unternehmen oder den E-Tretroller-Anbietern muss zuvor eine App auf dem Handy installiert werden, mit deren Aktivierung dann die Fahrt freigegeben wird.

Verfügbar sind die Wheels bereits in elf Städten der USA, in Basel, in Stockholm und in Madrid. Ausgestattet sind die rund 20 km/h-schnellen E-Miniräder mit einer Scheibenbremse und Beleuchtung; Gepäckkörbe o. ä. sind (noch) nicht in Verwendung. Sie sollen vor allem den E-Scootern Konkurrenz machen, da sie für die Nutzer sicherer zu handhaben sind.

Luftfahrzeuge

Volocopter 2X

Mit dem Ultraleichtflugzeug Pipistrel Velis Electro hat 2020 weltweit das erste vollelektrische Flugzeug eine Typzulassung erhalten.

Durch Elektromotoren und moderne Akkus wurden Multicopter (siehe eVTOL) mehr verbreitet. Diese sind beispielsweise als autonome Flugtaxis in der Erprobung oder als Drohnen im Einsatz. Beispiele dafür sind Volocopter, Lilium Jet, EHang, CityAirbus, Boeing Passenger Air Vehicle.

Elektroboote und -schiffe

Ampere Elektro Fähre in Norwegen

Elektra Elektro Fähre in Finnland

→ Hauptartikel: Wasserfahrzeug mit Elektroantrieb

Elektrische Ausflugsschiffe fahren zum Beispiel seit 1909 auf dem Königssee in Bayern. Seit 2015 ist die elektrische Fähre Ampere in Norwegen in Betrieb. Seitdem verkehren in Norwegens Schärengewässer zunehmend akkubetrieben Fährschiffe. Seit 2017 verkehrt in Finnland die erste Elektrofähre Elektra.

Oberleitungsbus

→ Hauptartikel: Oberleitungsbus

Ein Oberleitungsbus ist ein elektrisches Verkehrsmittel beziehungsweise Verkehrssystem im öffentlichen Personennahverkehr. Er ist wie ein im Stadtbusverkehr eingesetzter Stadtlinienbus aufgebaut, wird im Gegensatz zu diesem aber nicht von einem Verbrennungsmotor, sondern von einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben. Die ersten Anlagen wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts eröffnet, weltweit existierten Ende des Jahres 2021 insgesamt 272 Oberleitungsbus-Betriebe in 47 Staaten.

Sonstige Fahrzeuge

Ebenso gibt es schon seit dem beginnenden 20. Jahrhundert Oberleitungslastkraftwagen und Gyrobusse.

Zulassungen in Deutschland

In der Zulassungsstatistik des deutschen Kraftfahrt-Bundesamts werden nur Kraftfahrzeuge gemäß den EG-Vorschriften bzw. der Systematik der Straßenfahrzeuge nach DIN 70010 berücksichtigt, so dass u. a. Leichtkraftfahrzeuge mit reduzierter Geschwindigkeit und dreirädrige Kraftfahrzeuge (max. 45 km/h) wie CityEL, Sam sowie das Twike (max. 85 km/h) (s. a. Leichtelektromobil) oder der Renault Twizy nicht in der deutschen Pkw-Zulassungsstatistik auftauchen.

Potenziale und Probleme

Vor- und Nachteile von Elektrofahrzeugen

Primärer Vorteil von Elektrofahrzeugen gegenüber Verbrennerfahrzeugen ist die lokale Abgas-Emissionsfreiheit. Für eine ganzheitliche Lebenszyklusanalyse sind dagegen zahlreiche weitere Emissionen und Verbräuche zu berücksichtigen, zum Beispiel neben denen der Energieerzeugung und -bereitstellung (Graue Energie) diejenigen der Produktherstellung und -Entsorgung. Die maximale Emissionsreduzierung ist dabei an die Verwendung von erneuerbaren Energiequellen gebunden. Allerdings bewirken batterieelektrische Fahrzeuge bereits bei Nutzung des durchschnittlichen europäischen Strommix einen bei weitem geringeren Ausstoß von Kohlenstoffdioxid als herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Nach einer Studie 2015 lagen dann die Treibhausgas-Ersparnisse bei 44 bis 56 % in der einfachen Well-to-Wheel-Betrachtung bzw. 31 bis 46 % mit Herstellung des Batteriepacks. Elektrofahrzeuge emittieren demnach für den Fahrbetrieb weniger Kohlenstoffdioxid, bei ihrer Herstellung jedoch mehr. Eine 2010 veröffentlichte Studie des interdisziplinären EMPA-Forschungsinstituts des Bereichs Materialwissenschaften und Technologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) kam zu dem Ergebnis, dass bei Elektroautos etwa 15 % der gesamten Umwelteinflüsse auf die Herstellung der Akkumulatoren entfallen (siehe Umweltbilanz von Elektroautos).

Neben der lokalen Abgas-Emissionsfreiheit des Elektroantriebs haben Elektrofahrzeuge weitere kunden- und umweltrelevante Vorteile:

• Elektroautos sind in Gebieten geringer Geschwindigkeit (zum Beispiel Wohngebieten) oder beim Anfahren an Kreuzungen und Ampeln für die Umwelt deutlich leiser. Busse, Räum- oder Müllfahrzeuge mit Elektroantrieb sind im gesamten Geschwindigkeitsspektrum des Stadtverkehrs deutlich leiser. Dasselbe gilt für Mofas, Mopeds und Motorräder.
• Elektromagnetische Nutzbremsung, und dadurch weniger Emissionen durch Feinstaub aus Bremsbelägen.
• Energierückgewinnung durch die Möglichkeit der Rekuperation.
• Höherer Fahrkomfort durch leiseren (innen und außen) und vibrationsarmen Antriebsstrang; keine Schaltvorgänge.
• Besseres Verhältnis von Innenraum zu Fahrzeuggröße (bei Fahrzeugen, die als Elektrofahrzeug konzipiert wurden).
• Hohes Drehmoment des Motors aus dem Stand.
• Kein Verbrauchskosten bei stehendem Fahrzeug.
• Geringere Verbrauchskosten beim Laden zu Hause (siehe auch Wirtschaftlichkeit des Elektroautos).
• Höhere Lebensdauer / geringere Wartungskosten des verschleißarmen Antriebs.
• Möglichkeit der Integration des Fahrzeugs in die Energieinfrastruktur (Vehicle to Grid).
• Geringere Kraftfahrzeugbesteuerung von Elektrofahrzeugen in einigen Staaten (in Deutschland zeitlich begrenzt).

Demgegenüber können sich jedoch auch kunden- und umweltrelevante Nachteile von Elektrofahrzeugen ergeben:

• Höherer Anschaffungspreis, jedoch vermindert sich dieser Nachteil inzwischen (bspw. Model 3 ist billiger als ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor)
• Geringere Reichweite
• Zeitaufwand für das Aufladen der Fahrzeugbatterien bei Fernfahrten im Vergleich zu der Betankung von Fahrzeugen mit Diesel-, Benzin- oder Erdgasmotoren
• Beschränktes Angebot an Ladestationen
• Fehlen von Service-Infrastruktur (Werkstätten) in Teilen der Welt, insbesondere in Entwicklungsländern

Sicherheit

Zu Antriebsbatterien ist bekannt, dass Fahrzeugbrände mit Beteiligung der Batterien vorkommen können und schwierig zu bekämpfen sind. Anfang der 2010er Jahre wurde in mehreren technischen Gutachten auf diese Gefahren hingewiesen. Neben der Gefahr für die Fahrzeuginsassen ist seitdem das Problem zur Brandbekämpfung durch die Feuerwehr bekannt. Auch Pannendienste stehen vor neuen Herausforderungen, da z. B. für den Abtransport ein spezieller Kühlcontainer benötigt wird.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Sicherheit von anderen Verkehrsteilnehmern. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sind Elektrofahrzeuge so geräuscharm, dass Fußgänger und Radfahrer sie leicht überhören können. Daher schreibt die EU seit 2014 vor, dass neue Elektro- und Hybrid-Kraftfahrzeuge mit einem Acoustic Vehicle Alerting System (AVAS) ausgestattet sein müssen. Dieses System erzeugt bis zu einer Geschwindigkeit von 20 km/h Geräusche, die denen von Benzin- oder Dieselfahrzeugen ähneln. Bei höheren Geschwindigkeiten wird das Rollgeräusch der Reifen hörbar.

Energiespeicher

→ Hauptartikel: Antriebsbatterie und Akkumulator

Als Energiespeicher haben sich bis 2023 vor allem Lithium-Ionen-Akkumulatoren der Typen Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und Lithium-Eisenphosphat (LFP) durchgesetzt.

In jüngster Zeit wurden große Fortschritte in der Akkumulatorentechnik erzielt, insbesondere bei den Kosten der Akkus. Mit einer Verdopplung der Produktion sinken die Akkupreise um ca. 6–9 %. Lagen die Kosten 2007 noch bei mehr als 1000 $/kWh, konnten große Elektroautohersteller im Jahr 2014 ihre Akkus bereits zu Kosten von ca. 300 $/kWh kaufen. Es wird davon ausgegangen, dass Elektroautos ab Akkukosten von ca. 150 $/kWh wirtschaftlich mit herkömmlichen Autos mit Verbrennungsmotor konkurrieren können. Im Juli 2024 lag der Preis für Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren in China bei 53 USD pro kWh. Dadurch sind zu diesem Zeitpunkt 2/3 der Elektroautos in China, dem weltweit größten Automarkt, günstiger als vergleichbare Autos mit Verbrennungsmotor. Ebenso haben Zyklenfestigkeit und Lebensdauer so zugenommen, dass die Akkus heute für ein Autoleben ausreichen. Aufgrund des vorrangig mit der Elektromobilität in Verbindung stehenden Anstiegs der Nachfrage nach Lithium stehen Fortschritten in der Akkumulatorentechnik jedoch zunehmend Preisanstiege bei den Rohstoffen entgegen, so hat sich der Lithium-Preis innerhalb eines Jahres (Stand September 2017) verdoppelt. Gleichzeitig ist die erhebliche Steigerung des Lithiumabbaus im Zuge des erhöhten Bedarfs an Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt in den Ländern der Rohstoffgewinnung verbunden. Als preisgünstige und umweltfreundliche Alternative werden immer häufiger Natrium-Ionen-Akkumulatoren genutzt.

Alternativ werden immer wieder Brennstoffzellen als Energiewandler angeführt. Diese weisen durch die mehrfache Energieumwandlung deutlich schlechtere Wirkungsgrade als Akkumulatoren auf, doch kann der verwendete Wasserstoff in wenigen Minuten nachgetankt werden. Toyota hat mit dem Mirai bereits seit 2014 ein solches Fahrzeug auf dem Markt. Aktuell hat kein deutscher Hersteller (Stand 2021) ein Brennstoffzellenauto im Angebot.

Ladeinfrastruktur

Renault Zoe lädt an einer privaten Wandladestation

Smart lädt an einer öffentlichen Wechselstrom-Ladesäule

VW ID.3 lädt an einer Gleichstrom-Schnellladesäule

→ Hauptartikel: Ladestation (Elektrofahrzeug)

Der Ausbau der Ladeinfrastruktur wird als wichtiges Instrument zur Förderung der Elektromobilität angesehen.

In Europa wurde das Typ-2-Stecksystem für Wechselstrom standardisiert. Um für Schnellladung per Gleichstrom im Auto keine zweite Steckdose zu benötigen, wurde das kombinierte System Combined Charging System (CCS) entwickelt. Die technischen Vorgaben neu zu errichtender öffentlicher Ladepunkte wird in Deutschland seit März 2016 durch die Ladesäulenverordnung reguliert.

Praktisch alle Elektroautos können über eine In-Kabel-Kontrollbox an einer Haushaltssteckdose aufgeladen werden. Da jedoch nur die wenigsten haushaltsüblichen Steckdosen für dauerhafte hohe Ströme ausgelegt sind, bieten die Fahrzeughersteller und externe Dienstleister an, Wandladestationen, sogenannte „Wallboxen“ mit dem Verkauf des Fahrzeugs beim Kunden zu installieren. Seit vielen Jahren gibt es das ursprünglich in der Schweiz entstandene „Park & Charge“-System der öffentlichen Ladestationen für Solar- und E-Mobile. Die Tankstellen sind über einen europaweit einheitlichen Schlüssel zugänglich und liefern je nach Ausführung und Absicherung standardmäßig 3,5 kW oder 10 kW. Ähnlich angelegt sind die Ladehalte der Drehstromnetz-Initiative.

Abgesehen von verschiedenen technischen Restriktionen in der Akkutechnik ist die Ladegeschwindigkeit vor allem von der Leistung des Ladegerätes abhängig. Während der Ladevorgang bei einem herkömmlichen Haushaltsanschluss mit 3,3 kW bei einem Elektrofahrzeug mit einer Batterie von etwa 20 kWh ca. 6–8 Stunden dauert, so reduziert ein 11-kW-Anschluss die Ladezeit auf ca. 2 Stunden. Deutlich schnellere Ladezeiten sind mit Schnellladeeinrichtungen möglich: Bei 50 und mehr kW ist ein Elektrofahrzeug meist in ca. 30 Minuten für eine Weiterfahrt ausreichend mit ca. 80 % geladen.

Das Unternehmen Tesla, Inc. betreibt mit den Superchargern ein eigenes Schnellladenetzwerk. Anfangs war es nur von Tesla-Fahrzeugen nutzbar und nutze den Typ-2-Stecker. Seit 2019 werden die Ladestationen in Europa auf den CCS-Stecker umgestellt. 2021 startete die Öffnung einzelner Standorte für Fremdmarken.

Für kleinere und mittelständische Unternehmen (KMU), die ihre Ladeinfrastruktur Mitarbeitern und Kunden zur Verfügung stellen möchten, bieten sich Wallboxen mit Lade- und Abrechnungssoftware an, die die Gesetze des Mess- und Eichrechts erfüllen und somit eine einheitliche und exakte Erfassung des geladenen Stroms ermöglichen.

Initiativen und Förderprogramme

→ Hauptartikel: Initiativen und Förderprogramme in der Elektromobilität

Medien

Seit Juli 2022 gibt es mit Car Maniac bei Sport1 ein erstes TV-Magazin speziell zur Elektromobilität im deutschen Fernsehen.

Siehe auch

• Liste von Elektroautos in Serienproduktion
• Liste von Elektroauto-Prototypen
• Liste von Batteriezellfabriken in Deutschland

Literatur

• Nadine Appelhans, Jürgen Gies, Anne Klein-Hitpaß (Hrsg.): Elektromobilität: im Spannungsfeld technologischer Innovation, kommunaler Planung und gesellschaftlicher Akzeptanz. [Difu-Impulse Bd. 1] Deutsches Institut für Urbanistik, Berlin 2016, ISBN 978-3-88118-544-8.
• Achim Brunnengräber, Tobias Haas (Hrsg.): Baustelle Elektromobilität. Sozialwissenschaftliche Perspektiven auf die Transformation der (Auto-)Mobilität. transcript, Bielefeld 2020, ISBN 978-3-8376-5165-2 (zum Download; PDF; 2,94 MB).
• Martin Doppelbauer: Grundlagen der Elektromobilität: Technik, Praxis, Energie und Umwelt. Springer Vieweg, Berlin 2020, ISBN 978-3-658-29729-9.
• Achim Kampker, Dirk Vallée, Armin Schnettler (Hrsg.): Elektromobilität: Grundlagen einer Zukunftstechnologie. 2. Auflage. Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-53136-5.
• Oliver Schwedes, Marcus Keichel (Hrsg.): Das Elektroauto. Mobilität im Umbruch. Wiesbaden 2021, ISBN 978-3-658-32741-5.
• Volker Christian Manz, Halwart Schrader: Alternativ mobil. Von 1881 bis morgen. Georg Olms Verlag, 2022, ISBN 978-3-487-08650-7.

Weblinks

Commons: Electrically-powered transport – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Elektromobilität – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• bem-ev.de (Bundesverband eMobilität)
• bmvi.de: Elektromobilität (Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur)
• dcti.de: eMobilität. CleanTechBranche Treiber im Fokus (Deutsches Cleantech Institut, „Studienreihe Band 4“, 2010; PDF; 10,6 MB)
• elektromobilitaet-praxis.de: Nachrichtenseite und Autorenbeiträge
• Elektromobilität Nachrichtenseite und Branchen-Newsletter
• Neuer IMU-Infodienst: Elektromobilität: Schlüsselfaktor Qualifikation (Memento vom 12. April 2013 im Internet Archive), in imu-institut.de „Institut für Medienforschung und Urbanistik e. V., IMU, Stuttgart“ vom 14. Januar 2013.
• ladenetz.de: Deutschlandweites Ladesäulen-Netzwerk
• Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung IS: Batterien für Elektroautos: Faktencheck und Handlungsbedarf. Sind Batterien für Elektroautos der Schlüssel für eine nachhaltige Mobilität der Zukunft? (PDF; 1,2 MB) Verschiedene Autoren. 22. Januar 2020 (abgerufen am 28. Januar 2020)
• ZDF planet-e