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Ab 2035 dürfen neu zugelassene Fahrzeuge in der EU kein CO2 mehr ausstoßen. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor dürfen nur noch zugelassen werden, wenn sie mit klimaneutralen Kraftstoffen (eFuels) betrieben werden. Somit ist das Verbrenner-Verbot in Europa beschlossen, dem Plan nach werden ab 2035 keine neuen Diesel und Benziner zugelassen.

Für die Fans von Verbrennungsmotoren gibt es dennoch eine gute Nachricht – sie können ihre bereits gekauften Verbrenner auch nach 2035 weiterfahren. Strengere Schadstoffrichtlinien und Abgasnormen bis hin zu rigorosen Fahrverboten dürfen allerdings nicht ausgeschlossen werden.

Warum ist ein Verbrennungsmotor ineffizient?

Warum ein Verbrennungsmotor ineffizient ist, lässt sich relativ einfach mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik erklären. Dieser Hauptsatz besagt, dass bei jedem Energieumwandlungsprozess, wie zum Beispiel in den Verbrennungsmotoren, ein Teil der Energie als Wärme verloren geht und nicht in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Diese Tatsache wirft die Frage auf, ob der Verbrenner eine Zukunft hat.

In einem Verbrennungsmotor wird Kraftstoff verbrannt, um Wärmeenergie zu erzeugen, die dann in mechanische Energie umgewandelt wird, damit das Fahrzeug angetrieben wird. Dieser Prozess ist jedoch nicht 100% effizient, denn ein Teil der Wärmeenergie wird nämlich immer als Abwärme an die Umgebung abgegeben und kann nicht für die Arbeit genutzt werden, was zu einem Energieverlust führt.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik zeigt also die Grenzen der Effizienz von Verbrennungsmotoren auf und erklärt, warum es immer einen gewissen Grad an Energieverlust in Form von Wärme gibt, der nicht in nützliche Arbeit umgewandelt werden kann. Je nach Modell und Treibstoffart liegt der Wirkungsgrad des Verbrenners zwischen 20 und 40%.

Es ist also nicht möglich, einfach Wasser in Eis zu verwandeln und mit der freigesetzten Wärme ein Ei zu kochen. Die Richtung der Wärmebewegung ist vorgegeben, nämlich von warm zu kalt. Wenn man etwas wärmer machen will, wird es immer Energie kosten. Beim Einsatz von Wärme für einen Prozess geht immer etwas davon verloren.

Kochen unter der Motorhaube

Um eine bessere Effizienz des Verbrenners zu erreichen ist es allerdings möglich, während der Fahrt im Motorraum eines Autos zum Beispiel Fisch zu kochen. Man muss Lachs, Gemüse und Gewürze in Alufolie wickeln und das gut verschlossene Päckchen auf den Motor legen. Um das Lachsgericht zuzubereiten, muss man nur 20 Kilometer fahren, dann sind Fisch und Gemüse gar. Es gibt sogar ein Kochbuch namens „Manifold Destiny“, das sich mit dieser Art des Kochens beschäftigt. Das ganze Rezept gibt es auch im Internet.

Was spricht gegen E-Fuel?

Wasserstoff- und E-Fuel-Autos stellen keine effiziente Alternative dar. Ein Elektroauto benötigt beispielsweise 17 kWh Strom, um 100 Kilometer zurückzulegen. Mit derselben Menge Strom kann man jedoch nur so viel Wasserstoff herstellen, um etwa 33 Kilometer zu fahren. Wenn aus dem Wasserstoff auch E-Fuel produziert werden muss, geht noch mehr Energie verloren, sodass man mit 17 kWh Strom E-Fuel für etwa 16 Kilometer erzeugen kann. Um mit E-Fuel 100 Kilometer zurückzulegen, benötigt man also die sechsfache Energiemenge im Vergleich zum Elektroauto.

Wenn etwas verbrannt werden muss, geht Energie verloren, was die Faustregel für eine ineffiziente Energiewende ist. Dies trifft auch auf Wasserstoff zu. Auch wenn seine Verbrennung kein CO2 freisetzt und er ausschließlich aus Ökostrom und Wasser gewonnen werden sollte. Für Hochöfen oder für Sprit für Flugzeuge oder Frachtschiffe wird man allerdings Wasserstoff als Treibstoff benötigen, da sich ihre Elektrifizierung schwer umsetzen lässt.

Sind Elektromotoren effizienter als Verbrennungsmotoren und wenn ja, wie effektiv ist ein Elektromotor?

Der Energiegehalt von einem Liter Benzin entspricht neun Kilowattstunden Strom. Ein SUV mit Verbrennungsmotor und mit einem Durchschnittsverbrauch von 6 Litern Benzin auf 100 Kilometer gilt als äußerst sparsam und dementsprechend als solcher angepriesen. Selbst ein Audi e-tron braucht rund 26 kWh. auf 100 Kilometer. Damit ist er doppelt so sparsam wie der SUV mit dem Verbrennungsmotor. Generell wird der durchschnittliche Verbrauch der meisten Elektrofahrzeuge auf 15 kWh pro 100 km geschätzt.

Ein Auto, das einen konventionellen Verbrennungsmotor hat, erreicht eine Effizienz gerade mal zwischen 20 und 50 %, während Elektroautos einen Wirkungsgrad zwischen 70 und 90 % erzielen können. So sind die Stromer im Vergleich zu Fahrzeugen mit Benzin oder Diesel wesentlich effizienter.

Das heißt, Elektromotoren wandeln bis 90 Prozent der elektrischen Energie in mechanische Energie oder Bewegung um, verglichen mit weniger als 40 Prozent der Energie bei einem Verbrennungsmotor. Ein Elektromotor ist also wesentlich effizienter als ein Verbrennungsmotor.

Deshalb sollten Lösungen bevorzugt werden, bei denen nichts verbrannt werden muss. Elektromotoren sind besser als die Verbrennungsmotoren, weil sie einen besseren Wirkungsgrad haben. Elektrofahrzeuge verbrauchen für ihren Betrieb deutlich weniger Energie als Benzinfahrzeuge. Ein Elektroauto mit dem aktuellen Strommix benötigt in der Tat nur ungefähr die Hälfte der Energie, die ein Verbrennungsmotor mit Benzin braucht.

Es wird also bei den Elektromotoren ebenfalls Energie verschwendet, so lautet das Gesetz der Thermodynamik in der Tat. Aber erheblich weniger als beim Verbrenner. Ein Perpetuum mobile, ein System also, das Arbeit verrichtet und dabei keine Energie verliert, ist bekanntlich nicht vorhanden.

Haben Verbrenner noch eine Chance?

Ob die Verbrennungsmotoren eine Zukunft haben, lässt sich nicht so einfach beantworten. Sie stehen aber sicherlich vor großen Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf Umweltvorschriften und den Trend zur Elektrifizierung. Dennoch gibt es Entwicklungen, die darauf hindeuten, dass sie noch eine Weile bestehen bleiben könnten:

• Technologische Fortschritte: Es gibt kontinuierliche Verbesserungen bei Verbrennungsmotoren, um ihre Effizienz zu steigern und Emissionen zu reduzieren. Zum Beispiel arbeiten Hersteller an Motoren mit verbesserten Einspritzsystemen, Hybridisierungstechniken und Turboladern. Die letzteren sind dafür verantwortlich, die Verbrennungsluft, die dem Motor zugeführt wird, besser zu verdichten. Dies führt zu einer deutlich besseren Füllung der Zylinder im Vergleich zu Saugmotoren. Auf diese Art und Weise wird eine gesteigerte Leistung des Motors sowie ein geringerer Verbrauch und bessere Emissionswerte erreicht.
• Synthetische Kraftstoffe: Die Entwicklung von synthetischen Kraftstoffen (eFuels), die CO2-neutral sein können, bietet trotz niedriger Effizienz eine Möglichkeit, bestehende Verbrennungsmotoren umweltfreundlicher zu betreiben.
• Gesetzgebung: Einige Regierungen erkennen an, dass Verbrennungsmotoren, die mit klimaneutralen Kraftstoffen betrieben werden, auch nach 2035 eine Rolle spielen könnten.
• Marktprognosen: Studien deuten darauf hin, dass bis 2040 ein großer Teil der Neufahrzeuge und des Fahrzeugbestands immer noch Verbrennungsmotoren haben wird, da die vollständige Umstellung auf Elektrofahrzeuge Zeit braucht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Verbrennungsmotoren wahrscheinlich noch für einige Zeit eine Zukunft haben, aber sie werden sich weiterentwickeln müssen, um mit den sich ändernden Anforderungen Schritt zu halten. Die Kombination aus technologischen Innovationen, alternativen Kraftstoffen und Hybridisierung könnte ihnen eine verlängerte Lebensdauer ermöglichen.