Der Begriff „Hybridauto“ hat im Laufe der Zeit eine Bedeutungsverschiebung erfahren. Heutzutage bezieht es sich fast ausschließlich auf Fahrzeuge, die einen gasbetriebenen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor kombinieren, eine Konfiguration, die das moderne kraftstoffeffiziente Segment definiert. Vor den 1990er Jahren waren diese spritsparenden Maschinen seltene Kuriositäten. Der Toyota Prius veränderte diese Landschaft und löste eine Welle ähnlicher Modelle von Honda und Ford aus, die dazu beitrugen, umweltfreundliches Fahren für die Massen zu normalisieren.
Aber die Geschichte der Kombination von Energiequellen reicht weit über die des Prius hinaus.
Frühe Experimente zum Fahren mit gemischter Leistung
Im späten 18. und frühen 20. Jahrhundert war die Automobilindustrie ein wilder Westen der Antriebsmethoden. Benzin hatte den Wettlauf gegen Strom, Dampf oder fossile Brennstoffe noch nicht gewonnen. Erfinder experimentierten wild. Die eigentliche Entwicklung des Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) begann kurz nach der Jahrhundertwende.
- 1900: Ferdinand Porsche stellte auf der Pariser Weltausstellung das Lohner-Porsche Elektromobil vor. Es begann als reines Elektrofahrzeug, doch Porsche fügte einen Verbrennungsmotor hinzu, um die Batterien aufzuladen. Damit war es das erste Hybridauto der Geschichte.
- 1916: Die Woods Motor Vehicle Company brachte den Woods Dual Power auf den Markt. Er war mit einem 4-Zylinder-Verbrennungsmotor ausgestattet und erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 35 Meilen pro Stunde. Es scheiterte kommerziell.
- 1968: General Motors baute den GM XP 512, ein Versuchsfahrzeug, das zwischen Elektroantrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten und Benzin bei hohen Geschwindigkeiten wechselte.
- 1973: Der Elektroingenieur Victor Wouk baute einen HEV-Prototyp auf einem Buick Skylark-Chassis von 1972. Die EPA weigerte sich, die weitere Entwicklung zu finanzieren, und das Projekt scheiterte an Geldmangel.
- 1989: Audi stellte den Audi Duo vor, der einen 12-PS-Elektromotor mit einem 139-PS-Verbrennungsmotor kombinierte. Audi entwickelte den Duo bis in die 1990er Jahre weiter.
Die moderne Ära der Hybrideinführung
Die 1990er Jahre brachten die ersten Erfolgsgeschichten für den Massenmarkt.
- 1997: Toyota brachte den Prius in Japan auf den Markt, ein Schritt, der auf eine interne Herausforderung von Executive Vice President Akihiro Wadi zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz zurückzuführen war.
- 1999: Honda stieg mit dem Insight in den Kampf ein.
- 2000: Toyota brachte den Prius als 2001er Modell in die USA.
- 2002: Hybriden wurden üblich. Honda stellte den Accord Hybrid vor und andere Hersteller folgten diesem Beispiel.
- 2004: Ford brachte 2005 den Ford Escape heraus, den ersten Hybrid-SUV.
Ausgangspunkt bleibt das Lohner-Porsche Elektromobil. Dies beweist, dass der Wunsch nach effizientem und emissionsarmem Fahren kein neuer Trend ist, der aus der modernen Umweltangst hervorgegangen ist. Dabei handelt es sich um eine jahrhundertealte Ingenieurstätigkeit, die in den 1990er Jahren endlich ihre kommerzielle Grundlage fand. Die frühen Prototypen waren schwerfällig und teuer, aber der Kerngedanke blieb bestehen: Warum sich auf eine einzige Energiequelle verlassen, wenn man die Stärken von Elektrizität und Verbrennung nutzen kann?
Die Technik hinter dem Lohner-Porsche-Hybrid
Der Übergang von einem reinen Elektrofahrzeug zu einem Hybridfahrzeug war nicht nur ein Marketing-Drehmoment; es war eine mechanische Notwendigkeit. Das Elektromobil litt unter einem Problem mit der Reichweitenangst, das Käufer von Elektrofahrzeugen auch heute noch heimsucht. Batterien waren damals schwer und schnell entladen. Porsche wollte nicht überall riesige Ziegelbatterien mit sich herumtragen. Stattdessen fügte er einen kleinen Verbrennungsmotor hinzu, um einen Generator anzutreiben.
Diese Konfiguration ermöglichte es dem Auto, seinen Speicher während der Fahrt aufzuladen. Es handelte sich nicht um einen Parallelhybrid, bei dem der Benzinmotor die Räder direkt antreibt. Es war ein Serienhybrid. Der Benzinmotor diente ausschließlich der Stromerzeugung. Die Räder wurden immer noch von den in der Nabe eingebauten Elektromotoren von 1896 angetrieben. Die Höchstgeschwindigkeit lag bei 23 mph (37 km/h), was für einen Stadtbus dieser Zeit respektabel war.
Warum hat es funktioniert, während andere es nicht taten? Effizienz. Durch die Entkopplung des Motors vom Antriebsstrang konnte Porsche den Verbrennungsmotor unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit der effizientesten Drehzahl betreiben. Die elektrischen Nabenmotoren übernahmen die Drehmomentübertragung. Es war eine clevere Lösung für das Problem der Batteriekapazität.
Wer kaufte die ersten Hybridautos?
Man könnte davon ausgehen, dass die ersten Käufer Industrielle oder Adlige sind. Der erste dokumentierte Kauf erfolgte tatsächlich von E.W. Hart aus Luton, England. Hart hatte einen konkreten Wunsch: Er wollte auf allen vier Rädern fahren. Porsche verpflichtet. Er baute Motoren in alle vier Naben ein.
Damit wurde das Elektromobil zum Doppelpionier. Es war nicht nur der erste Gas-Elektro-Hybrid. Es handelte sich um eines der ersten Serienfahrzeuge mit Allradantrieb, Jahrzehnte bevor das Konzept in Gelände-Lkw üblich wurde. Hart kaufte kein Statussymbol; er kaufte Nutzen. Der Allradantrieb sorgte für bessere Traktion auf schlammigen Straßen. Die Kombination aus Elektroantrieb und Allradantrieb war im Nachhinein eine brutalistische Form der Traktionskontrolle.
Die Produktion war bescheiden. Lohner und Porsche konnten rund 300 Einheiten verkaufen. Das ist es. Dreihundert Autos auf einem globalen Markt, der sich schnell in den lauten, stinkenden, aber schnelleren Verbrennungsmotor verliebte. Das Elektromobil verschwand. Die Technologie hat nicht versagt; Der Markt tat es.
Warum die Hybrididee ein Jahrhundert lang verschwand
Nach dem Lohner-Porsche-Rennen verschwand das Konzept, die Batterien während der Fahrt mit einem kleinen Motor aufzuladen, aus dem Mainstream. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts kam es zu einem massiven Wandel hin zu reinen Benzinfahrzeugen. Sie waren günstiger zu tanken. Sie waren schneller. Sie waren zwar lauter, aber das interessierte die Öffentlichkeit nicht. Der Geruch von Abgasen wurde mit Fortschritt assoziiert.
Fast 100 Jahre lang lag die Serien-Hybrid-Architektur auf einem technischen Friedhof. Ingenieure probierten Variationen aus. Es gab Patente, es gab Prototypen, aber keine Marktfähigkeit für den Massenmarkt. Die Infrastruktur für Benzin war zu fest verwurzelt. Die Kosten für Batterien waren zu hoch. Die Komplexität der Verwaltung zweier Stromquellen schreckte Hersteller ab, die einfache, reparierbare Maschinen wollten.
Ist das Elektromobil gescheitert? Technisch gesehen nein. Es hat genau das getan, wofür es entwickelt wurde: Menschen leise und effizient zu bewegen. Es geschah einfach, bevor die Welt bereit war, für dieses Privileg zu zahlen. Die Idee war ihrer Zeit fast 100 Jahre voraus. Es war keine Sackgasse; es war ein ruhender Samen.
Von der antiken Kuriosität zum Millionenseller von Toyota
Die Wiederbelebung fand nicht im luftleeren Raum statt. Dies geschah, als Umweltvorschriften und Kraftstoffpreise die alten Kompromisse unhaltbar machten. Toyota blickte auf die Geschichte des Automobilantriebs zurück. Sie erkannten die Logik im Lohner-Porsche-Setup. Aber sie haben es modernisiert.
Der Toyota Prius, der 1997 in Japan und 2001 weltweit auf den Markt kam, nutzte das Serienhybridkonzept und verfeinerte es zu einem skalierbaren Produkt. Wo Porsche einen Generator nutzte, der von einem Gasmotor aufgeladen wurde, um elektrische Räder anzutreiben, entwickelte Toyota einen hochentwickelten Antriebsstrang, der Batterie- und Motorleistung dynamischer kombinierte. Bis 2008 hatte Toyota eine Million Priuses bewegt.
Der Kontrast ist krass. Das Lohner-Porsche-Elektromobil steht in Museen oder ist auf Oldtimermessen zu sehen, eine Kuriosität, deren Preis seine Seltenheit widerspiegelt. Der Prius war ein Auto, das man bei einem örtlichen Händler kaufen konnte. Eines davon war ein Experiment. Das andere war eine Industrie.
Doch ohne den Wiener Karosseriebauer und seinen jungen Ingenieurspartner wäre der Weg zum Prius vielleicht anders oder länger gewesen. Die grundlegende Logik der Verwendung eines Wärmemotors zur Unterstützung eines elektrischen Antriebssystems wurde im Jahr 1900 nachgewiesen. Sie geriet jedoch einfach in Vergessenheit. Mittlerweile ist es die Standardeinstellung für Millionen von Pendlern, die noch nie von E.W. Hart oder der Forderung von Luton nach einem Allradantrieb gehört haben
Wie Hybridautobatterien tatsächlich in der Fabrik hergestellt werden
Das Fließband sieht recht normal aus. Förderbänder, Aufzüge, Roboter und Menschen bewegen Teile an ihren Platz. Nichts Exotisches am Chassis. Die eigentliche Komplexität verbirgt sich in der Verpackung des Antriebsstrangs, insbesondere im Batteriepaket. Hierbei handelt es sich um große, wiederaufladbare Einheiten, die viel Bauraum beanspruchen und nicht von der gleichen Qualität sind wie ein typischer Motorblock. Spezialhersteller, vor allem Panasonic und Sanyo in Japan, stellen sie her. Sie beschäftigen sich entweder mit der Chemie von Nickel-Metallhydrid (NiMH) oder Lithium-Ionen (Li-Ion).
Der Bau einer Lithium-Ionen-Zelle ist ein präziser und risikoreicher Prozess. Es beginnt mit einem Lithiumbarren, der unter Druck zu einer Platte mit einer Dicke von nur 0,254 Millimetern extrudiert wird. Maschinen wickeln diese ultradünnen Blätter zu eng gewickelten Zellen. Dann kommt die Hitze. Die gewickelten Bleche werden bei hohen Temperaturen gebacken, während automatisierte Geräte geschmolzenes Metall auf die Oberflächen sprühen. Dieser Schritt wird Metallisieren genannt. Nach der Metallisierung werden mehrere Zellen zu einem Modul gestapelt und bilden den Kern der Energiespeicherung des Hybrids.
Warum der Mythos der „Kohlenstoffschuld“ über Hybridfahrzeuge falsch ist
Es gibt hartnäckig das Argument, dass der Kauf eines Hybridfahrzeugs wie des Toyota Prius eine enorme Kohlenstoffschuld mit sich bringt, die man nie abbezahlt. Es wird behauptet, dass bei der Herstellung mehr CO2 freigesetzt wird als während der gesamten Lebensdauer des Autos eingespart wird. Es klingt plausibel, wenn man nur die Fabrikschornsteine betrachtet. Aber die Mathematik hält nicht stand.
Nach eigenen Angaben von Toyota muss ein Prius nur etwa 13.000 Meilen (20.921 Kilometer) gefahren werden, damit die CO2-Einsparungen die Herstellungskosten übersteigen.
Dreizehntausend Meilen. Das ist weniger als ein einziges Jahr durchschnittlicher Fahrt. Ab diesem Zeitpunkt bedeutet das Fahrzeug lediglich eine Nettoreduktion der Emissionen im Vergleich zu einer vergleichbaren Benzinlimousine.
Eine andere Version des Mythos konzentriert sich auf das Nickel in den NiMH-Akkus. Kritiker argumentieren, dass der Transport des Nickels von den Minen zur Fabrik so viel Energie verbrenne, dass das Fahren eines Hummers anstelle eines Prius möglicherweise effizienter sei. Es ist eine eingängige Erzählung, aber Analysten haben sie entlarvt. Die dieser Berechnung zugrunde liegenden Annahmen sind fehlerhaft. Die durch den hohen Kraftstoffverbrauch des Prius im Laufe seiner Lebensdauer eingesparte Energie übersteigt die Energiekosten für Transport und Herstellung seiner Komponenten bei weitem. Der Hybrid gewinnt, auch wenn man die Rohstofflogistik berücksichtigt.
