Die Lösung für die Mobilität mit E-Autos

Elektroautos haben ein Problem: die Reichweite. Selbst mit großen Batterien liegt die maximale Fahrstrecke bei maximal 500 km, eine Strecke, die man selbst bei Richtgeschwindigkeit in vier Stunden zurücklegen kann. Das reicht im Zentrum Deutschlands nicht mal bis zu den Nachbarländern. Es wäre ja kein Problem, wenn man dann genauso schnell aufladen könnte wie bei einer Tankstelle mit Benzin, doch das geht heute noch nicht.

Interessanterweise zieht das E-Auto nicht mal als reines Fahrzeug für die täglichen Fahrten – der Benziner wäre dann „Zweitfahrzeug“ für die wenigen längeren Strecken. Entsprechende Autos gibt es doch sie werden nicht so sehr nachgefragt.

So gibt es Forschung um dieses Problem zu lösen. Es wird an Batterien geforscht die noch mehr Energie speichern, damit bei gleichem Gewicht der Batterie die Reichweite erhöhen. Es wird an einer schnelleren Aufladung geforscht. Daneben natürlich noch an anderen ökologisch besseren Alternativen als Benzin und diesel wie dem Wasserstoff als Treibstoff.

Doch in China scheint man eine Lösung gefunden zu haben. Dort wird zur Zeit eine Testanlage für einen „Wattway“ errichtet. Anders als eine erste Anlage in Frankreich scheint sie auch zu funktionieren. Bei dieser Technologie sind im Fahrbelag Solarmodule eingelassen, die Strom produzieren. Probleme gibt es natürlich. Das Hauptproblem ist die Belastung durch den Druck. Der Belag über den Modulen muss transparent sein, damit die Sonne zu den Solarzellen hindurchdringt und er muss trotzdem sie vor Beschädigung schützen. In China arbeitet die halbstaatliche Organisation die den Solarway baut, mit deinem Solarzellenhersteller zusammen, um die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen. Ein Verbot von schweren Wagen nützt wenig, denn wenn dann trotzdem einer die Strecke befährt, macht er eben etliche Module kaputt. Der Wattway liefert dann zwar Energie, doch die nützt den Autos wenig.

Nun hat man auf einer zweiten, kürzeren, Teststrecke das Konzept erweitert. Sie ist nicht für die Öffentlichkeit freigegeben, auch weil sie noch etwas empfindlicher gegenüber Druck ist – und schon die normale Strecke hat Probleme mit den in China chronisch überladenen Lastwagen.

In dieser Stecke erprobt man die drahtlose Energieübertragung mittels Induktion. Das kennen wir in Deutschland vom Transrapid. Dazu benötigt das Auto aber einen Empfänger. Neben der schon bekannten Druckempfindlichkeit zeigte sich aber im Versuch ein anderes Hindernis: Es gibt pro Modul einen Sender für die Übertragung der Energie. Sobald das Fahrzeug dann die Grenze eines Moduls passiert, reist die Energierübertragung kurzzeitig ab. Das Fahrzeug bewegt sich durch den Impuls natürlich weiter, sobald etwa ein Drittel der Modullänge überbrückt ist, setzt wieder die Energieübertragung ein, die Beschleunigung ist damit nicht kontinuierlich, sondern mit kleinen Stößen. Damit diese nicht störend empfunden werden, muss das Auto nach Untersuchungen mindestens 10 m/s, also 36 km/h schnell sein. Das ist keine große Einschränkung, will man die Technik ja vor allem bei längeren Strecken nur für Autos verbauen, in China bei Straßen, die unseren Autobahnen entsprechen. Die zweite Einschränkung dürfte vor allem in Deutschland ein Problem werden. Ab 30 m/s Geschwindigkeit nimmt bei den Versuchsfahrzeugen die Beschleunigung ab. Es wird eine konstante Energiemenge übertragen, der Energieverbrauch steigt aber durch die immer höhere Geschwindigkeit ab. Bei den Versuchsfahrzeugen eines chinesischen Herstellers war bei 37 m/s (rund 133 km/s) Schluss. Das hängt natürlich vom Fahrzeug ab, je schwerer es ist, desto niedriger ist die Grenze. Das bedeutet, die Technologie kann die Batterie unterstützen, aber nicht ersetzen, die Unterstützung wird aber immer kleiner je schneller man unterwegs ist. In China mit einer Geschwindigkeitsbeschränkung von 120 km/h und Autos mit vergleichsweise kleinen Batterien und damit geringerer Masse ist das weniger ein Problem. Bei 120 km/h rechneten die Ingenieure vor, verlängert sich die Reichweite, wenn nur auf der Teststrecke gefahren wird um 50 %. Bei 100 km/h sind es schon 80 %. Bei 80 km/h sollen 120 % erreicht werden, also mehr als eine Verdopplung. Entsprechend seltener müsste ein Auto aufgeladen werden.

Eine zweite Einschränkung ist der Verkehr. Die Energie muss ja auch gewonnen werden. Jedes Modul enthält eine Reihe von Kondensatoren welche die Energie zwischenspeichern. Sie sind anders als Batterien (fast) beliebig oft aufladbar und sie geben die Ladung viel schneller ab. Kondensatoren sind jedoch pro gespeicherter Energieeinheit viel teurer und ihre Kapazität pro Masse ist viel geringer. Der Solar Highway kann daher viel weniger Fahrzeuge mit Energie versorgen, als es die pure Leistung der Solarzellen verspricht. Die nicht abgenommene Leistung ist nicht verloren, sie wird ins Stromnetz eingespeist. Auf der anderen Seite können die Kondensatoren auch durch das Stromnetz aufgeladen werden, sodass der Solar-Highway auch bei schlechtem Wetter funktioniert. Aber oberhalb einer bestimmten Frequenz reicht die Zeit nicht aus, die Kondensatoren schnell genug wieder voll aufzuladen. Diese brauchen rund 0,2 s für eine volle Ladung. Ein Paneel hat, wenn es quer verlegt ist, eine Länge von 1 m, bei Verlegung in der Länge 1,6 m. Der Abstand zwischen zwei Fahrzeugen darf also 20 bzw. 32 m nicht unterschreiten, wenn man die volle Ladung übertragen will. Das ist durch weitere Kondensatoren noch verbesserbar. Aber natürlich ist auch die Abschattung zu berücksichtigen. Ist ein Auto 4 m lang, so ergibt sich bei 20 bzw. 32 m Abstand zwischen zwei Fahrzeugen eine Abschattung über 1/5 bzw. 1/8 der Zeit und entsprechend eine Verringerung der aufgenommenen Energie. Bei einem Stau könnte der Solar Highway so praktisch gar keine Energie an die Autos mehr liefern.

Die Versuche zeigen, das die Technik prinzipiell funktioniert. Die wesentlichen Probleme gibt es nicht mit der Übertragung der Energie über Induktion, sondern den Solarzellen. Wie bei anderen Solar Highways hat man massive Probleme mit Ausfällen durch zu hohen oder punktuell zu hohem Druck. Daneben ist noch ungeklärt, wie lichtdurchlässig der Schutz wird, wenn er im Laufe der Zeit verdreckt und erodiert. Es scheint aber so, als wäre die grundsätzliche Technik der Energieübertragung durch Induktion praktikabel, dann eben durch ein externes Stromnetz und nicht durch in die Fahrbahn eingelassene Solarmodule.

Was allerdings noch offen ist und wohl als Nächstes angegangen wird ist die Abrechnung des so verbrauchten Stroms. In China wird erwogen, diesen gar nicht abzurechnen, sondern die Stromlieferung als öffentliche Leistung anzusehen um den E-Autos zum Durchbruch zu verhelfen. Schließlich hat sich China in den letzten Jahren mehr und mehr zu seiner Verantwortung für das Klima bekannt. Denkbar ist aber auch eine individuelle Abrechnung. Das Problem ist nicht die Technik: durch Nahbereichs Funktechniken wie Bluetooth oder RFID ist es kein Problem, jedes Fahrzeug individuell zu erfassen. Das Problem ist vielmehr das jedes Modul, das ja nur 1,6 x 1 m groß ist, so Buch über jedes Fahrzeug führen muss und diese Daten dann in einem Rechenzentrum zum Gesamtprofil eines Fahrzeugs bzw. dessen Halters zusammengeführt werden. Würde man nur einen Bruchteil des chinesischen Stra0ßennetzes umrüsten (dass gleiche gilt wohl auch für das deutsche Netz), so hätte man Millionen von Abrechnungsstellen die im Sekundenabstand neue Daten generieren. Unter Datenschutzgründen sicher bedenklich, doch das spielt zumindest bei den chinesischen Modell keine Rolle.

Funktioniert die Technik, so könnte sie Elektroautos zum Durchbruch verhelfen. Zum einen löst sie das Reichweitenproblem, oder entschärft es zumindest. Zum andern könnten E-Autos preiswerter werden. Sie benötigen nur noch so viel Batterienkapazität, wie man für tägliche Fahrten auf nicht modifizierten Innenstadtstrecken benötigt, sowie als Reserve für die Fahrt auf dem Solar-Highway-. Bei den obigen 120 % Reichweitenverlängerung bei 80 km/h würde das heißen, das man dieselbe Reichweite mit einer nur halb so großen Batterie erreicht. Weitere Kosteneinsparungen kommen durch Motoren, die dann nicht für eine Spitzenbeschleunigung von 200+ km/h ausgelegt werden müssen.

Denkbar ist – auch um die Probleme mit der Druckbelastung durch LKW und Abnützung des Belags zu verhindern, dass man nur eine Spur einer Autobahn als Solar-Highway auslegt und diese dann für E-Autos reserviert. Allerdings wird es wahrscheinlich auch eine teure Umrüstung. Es gibt keine Daten, wie viel die chinesische Versuchsstrecke gekostet hat, aber aufgrund der Technik dürfte sie sicher noch teurer als der Solarfahrradweg von Eftstadt sein, der bei 90 m Länge 150.000 € kostete, also rund 1.600 €/ laufender Meter. Wir haben rund 13.000 km Autobahnen und 38.000 km Bundesstraßen, übertragen auf diese Länge wäre das eine Investition von 82 Mrd. Euro. Aber wer weiß – als Deutschland nach der Depression von 1929 eine Massenarbeitslosigkeit hatte, lies die Regierung (übrigens schon vor der Machtergreifung) Autobahnen bauen. Vielleicht rüstet man heute die Autobahnen dann um. Und zweistellige Milliardenbeträge werden derzeit ja fast jeden Tag rausgehauen.