Eine Großstadt irgendwo in Deutschland in den kommenden Jahren: Die Stickstoffdioxidwerte sind wieder mal so hoch, dass die Behörden ein Fahrverbot für Dieselautos verhängt haben. Auch Benziner sind weniger unterwegs: Erdöl ist als Ressource nicht unbegrenzt verfügbar, die Preise für das daraus entstehende Benzin und Diesel könnten in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten deutlich steigen. Weil sie durch den CO₂-Ausstoß genauso massiv zur Luftverschmutzung beitragen wie Dieselfahrzeuge, könnten auch Benziner häufiger stehen bleiben müssen. Für die Fahrer ist das ein Problem: Pendler müssen sehen, wie sie zur Arbeit kommen – und ihre Autos haben stark an Wert verloren. Auf den Straßen rollen an diesem Tag vor allem E-Autos und Hybridfahrzeuge. Sie stoßen weniger bzw. gar keine Abgase aus und haben deshalb freie Fahrt. Schon 2030 werden elektrische Fahrzeuge einen Marktanteil von bis zu 30 Prozent haben, sagt die IEA.

Klimawandel, Erdölknappheit, Luftverschmutzung: Mobilität muss in Zukunft CO₂-neutral sein. Elektromobilität ermöglicht das in bedeutender Weise - vorausgesetzt, der Strom wird aus erneuerbaren Energien gewonnen. Aber was bedeutet der Umstieg auf Elektromobilität eigentlich und welche Konsequenzen folgen daraus?

Elektromobilität oder E-Mobilität ist die Nutzung von Elektroautos, aber auch von E-Bikes oder Pedelecs, Elektro-Motorrädern sowie E-Bussen und -Trucks. Gemeinsam ist ihnen, dass sie ganz oder teilweise elektrisch angetrieben werden, einen Energiespeicher mit sich führen und ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz beziehen. Bislang fahren Elektroautos vor allem in Städten, und zwar leise, effizient und emissionsarm. Ideal sind sie dort auch für Lieferdienste, Taxen und Carsharing.

Hybrid-Fahrzeuge kombinieren zwei Antriebstechniken. Kürzere Strecken können Sie in der Regel elektrisch zurücklegen, dank ihres Verbrennungsmotors schaffen sie aber auch Langstrecken problemlos. Hybrid-Autos, die nicht nur beim Ausrollen oder Bremsen zurückgewonnenen Strom nutzen, sondern auch an der Steckdose geladen werden können, bezeichnet man als Plug-in-Hybride. Hybride gelten als Brückentechnologie, bis Autos der Zukunf vollständig mit Strom angetrieben werden.

Emissionen haben gravierende Auswirkungen auf Klima und Umwelt: Weil immer mehr CO₂ in die Atmosphäre gelangt, erwärmt sich die Erde immer stärker. Laut einer Erhebung des Weltklimarats IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ist der Verkehr für 24 Prozent aller CO₂-Emissionen weltweit verantwortlich. Elektrofahrzeuge steuern dem entgegen: Sie emittieren im Gegensatz zu Benziner oder Diesel während der Fahrt kein CO₂. Doch: Nur wenn die Produktion der Batterien und des Stroms auf erneuerbaren Energien basiert, sind Elektroautos im umfassenden Sinn CO₂-neutral.

Emissionsarme Autos führen zudem zu einer höheren Luftqualität und haben dadurch positive Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen – vor allem in Ballungszentren. Und die Zahl der Stadtbewohner wird wachsen: Bis 2050 leben weltweit knapp 70 Prozent der Bevölkerung in urbanen Regionen, heißt es im UNO-Weltbevölkerungsbericht von 2014.

Verbrennungsmotoren sind ressourcenbedingt ein Auslaufmodell: Fossile Brennstoffe wie Erdöl, aus dem Benzin und Diesel gewonnen werden, sind als Ressourcen nicht unbegrenzt verfügbar. Wie lange genau, ist umstritten. Laut der Studie „Statistical Review of World Energy 2017“ reichen die  heute weltweit bekannten Ölvorkommen beim derzeitigen Verbrauch noch knapp 50 Jahre. Damit sich alternative Antriebsformen durchsetzen, wird der Kauf von Elektroautos in vielen Staaten mit Prämien gefördert – Norwegen etwa subventioniert die Anschaffung stark.

Elektrische Energie wird in einer aufladbaren Batterie gespeichert. Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter, sogenannte Inverter, konvertieren den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Antrieb des elektrischen Motors. Je effektiver diese Umwandlung, desto länger fährt das Auto mit einer Ladung Batteriestrom. Ein Elektromotor wandelt elektrische schließlich in mechanische Energie um: Der E-Motor bezieht diese Energie, um Magnetfelder zu erzeugen. Durch deren anziehende und abstoßende Kräfte wird eine Drehbewegung erreicht.

Zu den weiteren zentralen Komponenten eines Elektroautos gehört der Gleichstrom-Gleichstrom-Konverter, auch Umrichter genannt. Er wandelt die hohe Spannung der Batterie (100-400 Volt oder mehr) effizient in die deutlich niedrigere Spannung (12 oder ggfs. 48 Volt) für elektronische Bauteile um.

Elektroautos müssen an die Steckdose, damit sie mobil bleiben. 80 Prozent der Besitzer laden sie an der heimischen Steckdose auf, so eine Studie des Bundesverbands für eMobilität. Das dauert je nach Fahrzeug und Batterie mindestens acht Stunden. Allerdings ist nicht jede Steckdose für große Strommengen ausgelegt, die längere Zeit fließen. Dieses Problem lösen so genannte Wallboxen für daheim, mit ihnen geht das Laden knapp viermal schneller. Eine Batterieladung an öffentlichen Wechselstrom-Ladesäulen (Alternating Current, AC) dauert ebenso lange, an sogenannten Gleichstrom-Schnellladestationen (Direct Current, DC) nur knapp eine Stunde. Grund dafür: Der Akku in einem E-Auto muss mit Gleichstrom geladen werden, der Strom aus dem öffentlichen Netz ist jedoch Wechselstrom. Der Inverter im Auto muss diesen erst umwandeln. An AC-Ladestationen dauert das Laden deshalb länger als an DC-Stationen. Diese wandeln den Strom bereits vor dem Laden in Gleichstrom um und geben ihn direkt an die Batterie im Auto weiter. Die DC-Schnellladestationen ermöglichen zwar hohe Ladeleistungen, sind aber bislang seltener zu finden, da sie teurer sind. Voraussetzung für die Nutzung von beiden Ladestationen ist ein Spezialkabel. Dank effizienter Technik wie etwa Ultra-High-Power-Ladern und verbesserter Batterien werden sich die Ladezeiten schon bald auf 20 Minuten und weniger verkürzen.

Der Verbrauch eines Elektroautos wird in Kilowattstunden (kWh) pro 100 Kilometer angegeben. Sehr kleine Elektroautos mit geringem Gewicht können einen niedrigen Verbrauch von unter 7 kWh pro 100 Kilometer haben. Andere Kleinst- und Kleinwagen verbrauchen etwa zwischen 11 und 13 kWh pro 100 Kilometer. Elektroautos von Premiummarken „schlucken“ schon mal 28 kWh. Dennoch fahren sie dank besonders großer Batterien bis zu 600 Kilometer weit.

Heute gilt Elektromobilität als Trendthema, dabei ist sie genau genommen keine Erfindung unserer Zeit. Schon 1867 und damit vor dem Verbrennungsmotor stellte Werner von Siemens auf der Weltausstellung in Paris seinen elektrischen Generator vor, der auf dem dynamoelektrischen Prinzip beruht. Die Erfindung ermöglichte die günstige und flexible Erzeugung von Strom, wo immer er gebraucht wurde; sie elektrifizierte den Alltag, die Industrie – und Fahrzeuge.

Die ersten Autos mit Elektromotor wurden Ende des 19. Jahrhunderts gezeigt. Das Fahrzeug des Belgiers Camille Jenatzy stellte 1899 sogar einen Rekord auf: Es war das erste Straßenfahrzeug überhaupt, das eine Geschwindigkeit von 100 km/h erreichte. Auf Schienen rollten ab Ende des 19. Jahrhunderts Bahnen, die über Oberleitungen oder Stromschienen mit Energie versorgt wurden. Wie Zahlen aus dem Jahr 1900 zeigen, waren E-Autos Anfang des 20. Jahrhunderts noch weit verbreitet: 22 Prozent der Fahrzeuge auf US-Straßen hatten einen Verbrennungsmotor, 40 Prozent fuhren mit Dampf, 38 Prozent elektrisch. Der Verbrennungsmotor hatte damals einen Nachteil: Fahrzeuge mussten mühsam mit einer Kurbel gestartet werden. Erst als 1911 der elektrische Anlasser erfunden wurde, verdrängten Benziner andere Antriebsarten.

E-Fahrzeuge fristeten von da an zwar ein Nischendasein, ganz verschwunden waren sie aber nie. Mitte der 1990er-Jahre kam mit dem Toyota Prius ein Hybridmodell auf den Markt. Mit einem kalifornischen Roadster fuhr 2008 das erste E-Auto auf die Straße, das sich auch für Autobahnen und längere Strecken eignete.

Für alle Elektroautos gilt: Weil sie kein Getriebe besitzen, beschleunigen sie allesamt konstanter und schneller als ein Benziner oder Diesel. Doch welche Höchstgeschwindigkeit erreichen sie? Kleinere Elektroautos schaffen bis zu 120 km/h. Sportwagen aus den USA beschleunigen bis auf 300 km/h. Das bisher schnellste E-Auto der Welt stammt vom kroatischen Hersteller Rimac: Dessen Modell Nevera rast mit über 400 Kilometern pro Stunde über die Straße.

Die meisten aktuellen E-Autos schaffen zwischen 150 und 350 Kilometer mit einer Batterieladung. Das macht sie bislang ideal für den Stadtverkehr. Mehr als 500 Kilometer erreichen derzeit nur Modelle von Premiummarken. Die Reichweite hängt allerdings von diversen Einflussfaktoren ab: Niedrige oder hohe Außentemperaturen saugen ebenso am Akku wie die Nutzung von Radio oder Klimaanlage. Ständiges Beschleunigen und Bremsen mindern die Reichweite ebenfalls.

Elektromobilität ist weltweit auf dem Vormarsch. 2020 wurden in Deutschland 395.000 Elektroautos und Plug-in-Hybride gekauft, so eine Studie des Verbands der Deutschen Automobil Industrie (VDA). Deutschland liegt damit weltweit auf dem zweiten Platz. Spitzenreiter ist China mit 1,25 Million verkauften E-Autos und Plug-in-Hybriden im Jahr 2020. Auf Platz 3 und 4 der Rangliste folgen die USA mit 302.000 und Frankreich mit 186.000 verkaufen E-Fahrzeugen.

Immer mehr Hersteller bringen neben E-Autos auch alltagstaugliche Nutzfahrzeuge mit Elektromotor heraus – zum Beispiel der Mercedes e-Vito und der Renault Master Z.E., die 2018 auf den Markt kamen.

Elektrofahrzeuge verändern die Art, wie wir uns fortbewegen – nicht nur, weil sie umweltfreundlicher fahren. Zwar kostet ein E-Auto mehr als ein vergleichbares Benzin- oder Dieselfahrzeug. Das liegt vor allem an der aufwendig produzierten Batterie, deren Preise aber in den letzten Jahren gefallen sind. Dafür ist aber Strom günstiger als fossile Brennstoffe. Zudem sind elektrische Fahrzeuge weniger wartungsintensiv und reparaturanfällig. Öl-und Filterwechsel sind überflüssig, Abgasanlage, Zahnriemen oder Keilriemen gibt es nicht. Ein Verbrennungsmotor hat rund 2.500 Bauteile, die gefertigt und montiert werden müssen, bei einem Elektromotor sind es nur 250. Über„Softwareupdates over the air“ oder kurz „SOTA“ können E-Autos schnell gewartet werden. Das gilt allerdings für alle „connected cars“, also Autos mit Internetzugang.

Die Lithium-Ionen-Akkus, die in E-Autos arbeiten, sind lange haltbar, besitzen eine hohe Energiedichte und vertragen viele Ladezyklen. Nach acht bis zehn Jahren verlieren sie zwar an Ladekapazität, sind aber nicht defekt: Sie speichern nur weniger Energie. Heute haben die meisten Batterien in E-Autos eine Kapazität von 20 bis 60 Kilowattstunden.

Die Batterien in Elektroautos sollen künftig zur Stabilisierung von intelligenten Stromnetzen (Smart Grids) beitragen. Wenn Wind und Sonne den Hauptanteil der Stromversorgung stellen, gibt es ein Problem: Je nach Wetter können Stromangebot und -nachfrage voneinander abweichen. Eine intelligente Auto-Ladetechnologie soll dann überschüssige Energie aufnehmen, etwa, wenn die Sonne stark scheint. Umgekehrt kann sie überschüssigen Strom ins Netz zurückspeisen, wenn dieser im Auto nicht gebraucht wird. Mit einer Photovoltaik-Anlage auf dem Hausdach können E-Auto-Besitzer unabhängiger von externen Stromquellen sein – und sparen sich mit einer Wallbox die Fahrt zur Tankstelle. Ein zusätzlicher Speicher im Haus kann außerdem die Energie für Zeiten sammeln, in denen die Sonne weniger scheint.

Elektroautos arbeiten hochgradig effizient und haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor: Das Verhältnis zwischen zugeführter und nutzbarer Energie liegt bei elektrischen Antrieben bei etwa 90 Prozent. Bei Benzinmotoren sind es gerade mal 35 Prozent, bei Dieselmotoren 45 Prozent. Der Rest geht etwa als Wärme verloren. Weitere Vorteile: E-Autos beschleunigen wegen des umgehend zur Verfügung stehenden hohen Drehmoments aus dem Stand schneller. Außerdem können sie mit Hilfe des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters Energie gewinnen, beispielsweise beim Bremsen, und in die Batterie zurückführen. Dieser Effekt heißt Rekuperation. In einigen Ländern und Städten haben E-Autos Sonderrechte: In Deutschland etwa parken sie in Hamburg und Stuttgart kostenlos, in Dortmund dürfen sie Busspuren nutzen. In Norwegen haben E-Autofahrer noch mehr Vergünstigungen.

Da leistungsfähige Autobatterien heute noch sehr teuer sind, liegen die Anschaffungskosten von E-Autos im Schnitt über denen vergleichbarer Verbrenner-Modelle. Aber für wen lohnt sich die Anschaffung eines E-Autos? Das deutsche Öko-Institut hat eine Beispielrechnung aufgestellt: Bei 9.000 Kilometern im Jahr und einer Nutzungsdauer von acht Jahren können die Gesamtkosten beim E-Auto günstiger sein als bei einem Fahrzeug mit herkömmlichem Antrieb. Auf der Webseite des Instituts kann man das individuell errechnen.

Trotz der vielen Vorteile birgt die Elektromobilität neben den derzeit noch hohen Anschaffungskosten weitere Herausforderungen. E-Autos summen sehr leise. Vor allem in Städten und entlang von Hauptverkehrsstraßen wird es dadurch zunächst einmal wesentlich ruhiger. Daran müssen sich Fußgänger und Radfahrer erst gewöhnen. Bewegen sich Elektroautos aber mit sehr geringer Geschwindigkeit, sind sie so leise, dass sie ganz überhört werden könnten. Ab Juli 2019 müssen deshalb neu entwickelte Fahrzeugtypen in der EU mit einem Acoustic Vehicle Alert System (AVAS) ausgerüstet werden: Bis zu einer Geschwindigkeit von 20 km/h müssen sie elektronische Geräusche erzeugen, die denen von Benzinern oder Diesel ähneln. Fährt das E-Auto schneller, ist sowieso das Rollgeräusch der Reifen zu hören. Ab Juli 2021 ist das AVAS in der EU Pflicht für alle neuen E-und Hybridautos.

Damit E-Autos im umfassenden Sinn emissionsfrei unterwegs sind, muss der Strom aus erneuerbaren Energien und nicht etwa aus Kohlekraftwerken stammen und auch die Produktion der Batterie CO₂-neutral sein. Die Verwendung erneuerbarer Energien ist auch das Ziel der deutschen Bundesregierung: Nur dann könne „Elektromobilität ihren Umwelt-und Klimavorteil voll zur Geltung bringen“, schreibt sie in einem Dossier zur Energiewende. Das International Council on Clean Transportation (ICCT) stellte fest: Elektroautos überholen spätestens nach drei Jahren den Diesel oder Benziner in der Klimabilanz. Wird die aufwendige Batterieproduktion noch umweltfreundlicher, wird laut Forschungsinstitut der Vorsprung noch größer.

Die Attraktivität von Elektromobilität steht und fällt mit den Batterien: Welche Entfernung schafft das Auto mit ihnen, was kosten sie, wie viel wiegen sie? Hier gibt es Verbesserungsbedarf. Voraussetzung für höhere Wirkungsgrade und höchste Effizienz sind neue Technologien, so wie Elemente aus dem Halbleitermaterial Siliziumkarbid (SiC). Die bislang geringe Reichweite schreckt viele noch vom Kauf eines E-Autos ab, so eine Umfrage der Unternehmensberatung Deloitte. Dabei könnten die meisten für viele Wege schon heute problemlos ein Elektrofahrzeug nutzen. Denn der durchschnittliche Deutsche fährt an über 80 Prozent der Tage weniger als 40 Kilometer weit, erklärt das Bundesumweltministerium. Durchschnittsamerikaner legen im Herbst täglich 31,5 Meilen zurück, im Winter sind es 26,2 Meilen. Bei den Norwegern sind es rund 47,2 Kilometer pro Tag im Durchschnitt.

Andere Befragte bemängeln das noch ausbaufähige Netz an Ladestationen in Europa. Zwar gibt es derzeit 322.783 öffentliche Ladestationen, doch sind diese recht ungleichmäßig verteilt. Die Top-Fünf-Länder mit den meisten Ladestationen sind die Niederlande (82.263), Deutschland (47.076), Frankreich (45.990), sowie Großbritannien (33.832) und Norwegen (19.119). Auf sie entfallen mehr als 70 Prozent der Ladestationen in Europa. Währenddessen betreibt China aktuell ungefähr 800.000 öffentliche Ladesäulen.

In den USA gibt es die meisten Ladepunkte in Kalifornien, also in Los Angeles, San Francisco und San José. Bislang unterscheidet sich allerdings die Ladeinfrastruktur in verschiedenen Ländern, einen einheitlichen Standard gibt es nicht. Das will die CharIN-Inititative ändern, der auch Infineon angehört: Das effiziente Combined Charging System (CCS) soll zum einheitlichen globalen Ladestandard ausgebaut werden.

Unter dem Leitgedanken „clean, safe and smart“ arbeitet Infineon mit Herstellern und Zulieferern an den Fahrzeugen für morgen. Und das mit Erfolg: 2020 steckten im elektrischen Anstriebsstrang von 17 der 25 meistverkauften vollelektrischen Autos und Plug-in-Hybride Power-Chips von Infineon.

Doch auch wenn Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybride erheblich energieeffizienter sind als Autos mit konventionellem Antrieb, lässt sich noch manches optimieren. Leistungsverluste sollen minimiert, Stromeinsparungen maximiert und die Gesamtleistung erhöht werden. Infineon bietet für die unterschiedlichen Systeme eine Vielzahl an Leistungshalbleiter-Komponenten an. Sie senken die Kosten für Antrieb und Elektronik und erhöhen die Energieeffizienz. Der Halbleiterbedarf wird mit zunehmender Verbreitung der Elektromobilität generell stark steigen. Infineon geht davon aus, dass in Neuentwicklungen künftig mehr und mehr Komponenten mit Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern zum Einsatz kommen – etwa beim Ladegerät im Auto, dem Inverter oder dem Gleichstromwandler.

Infineon arbeitet hinsichtlich Elektromobilität eng mit Partnern zusammen, etwa BMW (i3 und i8), Hyundai und dem chinesischen Start-up NIO. Das Unternehmen baut in München Elektrofahrzeuge wie den ES8 mit 480 Kilowatt elektrischer Leistung. In diesem wie auch in vielen weiteren Elektroautos arbeiten zahlreiche Komponenten von Infineon.

Die Nachfrage nach Technologien wächst, die ein schnelleres Laden und höhere Reichweiten von Elektrofahrzeugen ermöglichen. Beides ist ausschlaggebend, damit sich E-Autos durchsetzen. Infineon hat Halbleiter sowohl für die interne Stromversorgung als auch eine komplette Gleichstrom-Ladeeinrichtung. In neuen Ladestationen arbeiten Halbleiter von Infineon, die die Ladezeit auf 20 Minuten reduzieren sollen. Neue Technologien auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) ermöglichen dieses schnelle Laden erst.

Innovationen wie das aktive Batterie-Balancing steigern schon heute Kapazität, Reichweite und Lebensdauer von Batterien um mehr als zehn Prozent. Aber es gibt noch mehr Ansatzpunkte, um die Wirkkraft von elektrischen Fahrzeugen zu steigern. Das gelingt zum Beispiel, wenn die Batterie nur bei konkretem Strombedarf Energie zur Verfügung stellt oder wenn Klimaanlage und Heizung so effizient wie möglich konstruiert werden. Nicht zuletzt erfordert das Laden des Elektroautos eine flexible Schaltstruktur; schließlich muss das Ladegerät unterschiedliche Spannungshöhen und Stromstärken in verschiedenen Ländern bewältigen können. Durch eine breite Palette an leistungsstarken und zugleich energieeffizienten Komponenten und entsprechendes Know-how trägt Infineon zur Lösung dieser und ähnlicher Anforderungen bei.

Vielversprechenden Prognosen zum Trotz steckt die Elektromobilität noch in den Kinderschuhen: nicht nur was den bislang niedrigen Marktanteil angeht, sondern auch in technischer Hinsicht. Elektromobilität wird ihrer Rolle als Hoffnungsträger nur gerecht, wenn die Anschaffungskosten für Fahrzeuge und Batterien sinken, Ladenetze wachsen, aber auch intelligenter werden und E-Autos marktreife Energieeffizienz erreichen. Gerade im Hinblick auf die Energieeffizienz tut sich viel. An der Weiterentwicklung der Batterien arbeiten Unternehmen und Forscher kontinuierlich. Vielversprechend klingen erste Tests mit einer Batterie mit einem Elektrolyten auf Basis von Wasser statt Lithiumsalzen. Eine spezielle Salzlösung verdoppelt die elektrochemische Stabilität des Wassers. Damit könnte eine sichere, effiziente und günstige Batterietechnik entstehen.

Mit besseren Batterien erhöht sich die Reichweite und verringert sich die Ladezeit – beides entscheidende Anreize für Nutzer. Ein flächendeckendes Netz von Ladestationen ist Voraussetzung, wenn sich Elektromobilität durchsetzen soll. Wenn mehr Hersteller E-Autos bauen und Batterien günstiger werden, könnten diese schon in ein paar Jahren den Durchbruch feiern. Der Physiker und E-Mobility-Experte Richard Randoll prognostiziert deshalb: Schon 2022 wird mindestens jeder zehnte Neuwagen weltweit ein E-Auto sein.

Letzte Aktualisierung: Juli 2021