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Wirkungsgrad: Dieselmotor, Elektromotor & Co. Das bedeutet der Wirkungsgrad
Geht man nach dem Wirkungsgrad, ist der Elektromotor weit effizienter als der Verbrenner.
Ob Benziner, Dieselmotor oder Elektromotor – wenn es um den Vergleich von Antriebskonzepten geht, ist häufig die Rede vom Wirkungsgrad. Aber was bedeutet die Kenngröße eigentlich?
Motoren sind Energiewandler: Alle Konzepte vom Dieselmotor bis hin zum Elektromotor münzen Energie von einer Form in eine andere um. Der Anteil, den die letztlich in Bewegung umgesetzte Energie von der ursprünglich investierten Energie ausmacht, wird dabei als Wirkungsgrad bezeichnet. In der Regel wird dieser Anteil in Prozent angegeben, nach dem Prinzip der Energieerhaltung muss er immer zwischen null und 100 Prozent liegen. Der Mensch beispielsweise kann es auf einen Wirkungsgrad von etwa 25 Prozent bringen: Nimmt man Nahrung mit einem Energiewert (bzw. Brennwert) von 1000 Kilojoule (kJ) zu sich, stehen mit 25 Prozent davon folglich 250 Kilojoule für physische Aktivität zur Verfügung. Der Rest wird vom Körper anderweitig verbrannt. Im Falle einer Verbrennungsmaschine wie dem Benzin- oder Dieselmotor wird die chemische Energie, die dem Treibstoff innewohnt, auf Umwegen in die mechanische Energie des Radantriebs umgewandelt. Bei einem Elektromotor wird auf die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie zurückgegriffen. Auch interessant: Unsere Produkttipps bei Amazon
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Wirkungsgrad: Benzin- und Dieselmotor vs. Elektromotor
Beim Benzin- und Dieselmotor wird die besagte Energieumwandlung in mehreren Schritten vollzogen. So wandelt das Aggregat die chemische Energie bei der Verbrennung zuerst in Wärmeenergie und anschließend in sogenannte Volumenarbeit um, die den Kolben in Bewegung setzt. In diesem Schritt wird daraus die mechanische Energie, die das Auto antreibt. Beispielsweise durch Reibungsverluste werden bei keinem dieser Umwandlungsprozesse 100 Prozent der Energie zum Ziele der mechanischen Energie weiterverwendet, stattdessen wird stets ein Teil in ungewünschte Nebenprodukte wie Abwärme investiert. Dadurch beläuft sich der gesamte Wirkungsgrad beim Verbrenner laut TÜV Nord auf vergleichsweise geringe 20 Prozent (Benziner) beziehungsweise 45 Prozent (Dieselmotor). Hier kann der direkter arbeitende Elektromotor laut dem TÜV – trotz Verlusten beim Ladungsprozess – mit circa 65 Prozent glänzen, auch das Umweltbundesamt spricht von 62 Prozent Wirkungsgrad. Zurückzuführen ist diese erheblich höhere Effizienz vor allem auf den geringeren Anteil an Energie, der in weitgehend ungenutzte Abwärme fließt.
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Der Wirkungsgrad vom Wasserstoffantrieb
Ein heiß diskutiertes alternatives Konzept ist der Wasserstoffantrieb. Dabei ist zwischen zwei Antriebsarten zu unterscheiden: dem Wasserstoff-Verbrennungsmotor und der Brennstoffzelle. Ersterer ist ein herkömmlicher Ottomotor, in dem Wasserstoff anstatt Benzin oder Diesel verbrannt wird. In der Brennstoffzelle wiederum wird aus dem Wasserstoff elektrische Energie gewonnen, die einen oder mehrere Elektromotoren antreibt. Die Wirkungsgrade beider Konzepte lassen sich im Groben mit denen von Benzin- oder Dieselmotoren vergleichen: Laut Umweltbundesamt ist die Brennstoffzelle bei 28 Prozent anzusiedeln, während es der Wasserstoffverbrenner auf circa 35 Prozent bringt. Dietmar Voggenreiter – ehemaliger Teil des Audi-Vorstands – leitete für die Unternehmensberatung Horváth & Partners eine sechsmonatige Studie über verschiedene Motorenkonzepte und findet zur Diskussion um den Antrieb der Zukunft klare Worte: "Keine nachhaltige Volkswirtschaft kann es sich erlauben, die doppelte Menge an regenerativer Energie zu verwenden, um mit Brennstoffzellen-Pkw anstatt mit Batteriefahrzeugen zu fahren."
Der Wirkungsgrad ist eine zentrale physikalische Kenngröße für die Effizienz einer Maschine und gibt meist in Prozent an, wie sich der Anteil der genutzten Energie zur insgesamt investierten Energie verhält. In Bezug auf diesen Wert ist der Elektromotor sowohl dem Benzin- und Dieselmotor als auch dem Wasserstoffantrieb meilenweit überlegen. Natürlich sind für die Bewertung der Umweltfreundlichkeit einer Technik aber noch weit mehr Aspekte zu berücksichtigen.
