Das Rennauto der Zukunft

SPORTreportage am 11. Juni 2017

Diverse Hybridsysteme, reine Elektromotoren oder doch gleich die Brennstoffzelle? Welche Antriebe könnten in ein paar Jahren den Motorsport dominieren? Eines scheint sicher: Die Konzepte werden auf dem aufbauen, woran die großen Automobil-Konzerne schon heute arbeiten und forschen.

Das Rennauto der Zukunft
Formel-E-Rennen Quelle: imago

Zukunft haben diejenigen Konzepte, welche der Serientauglichkeit sehr nahe kommen können - als Ersatz oder Ergänzung zu den heutigen Verbrennungsmotoren. Denn nur dafür ist der Entwicklungsaufwand finanzierbar.



Kombination Verbrennungsmotor/Hybridsystem

Hier sind verschiedene Kombinationsmöglichkeiten denkbar: So überlegt man in der Formel 1 schon heute, bei den Energierückgewinnungs-Systemen für das neue Reglement ab 2021 auf eines der beiden Elemente zu verzichten - nämlich auf die MGU-H, die die Wärmeenergie aufsammelt. Grund: zu teuer und zu kompliziert.

Stattdessen soll die Bedeutung der MGU-K, die mit der beim Bremsen freiwerdenden kinetischen Energie arbeitet, verstärkt werden. Statt 120 könnten hier in Zukunft mindestens 240 Kilowatt (326 PS) zusätzlich erzeugt werden.

Mercedes-Formel-1-Motor
Der Mercedes-Formel-1-Motor der Saison 2017 Quelle: Mercedes Formel 1

In der Langstrecken-WM, zu der auch die 24 Stunden von Le Mans gehören, baut man in der LMP1-Kategorie schon heute auf ein flexibleres Effizienzreglement. Dies erlaubt den Herstellern unterschiedliche Energie-Rückgewinnungsmengen und - daran gekoppelt - einen höheren oder niedrigeren Benzinverbrauch.

Bei Porsche holt man so 400 PS aus Vorderachsbremse und Abgastrakt. Auf Knopfdruck treibt ein Elektromotor die Vorderachse an und macht das Auto so zeitweise zum Allradler. Der Turbo-Benziner des Porsche 919 Hybrid leistet 500 PS und treibt die Hinterachse an.

Porsche 919 Hybrid, 4-Zylinder-Turbomotor
Porsche 919 Hybrid, 4-Zylinder-Turbomotor Quelle: Porsche



Vorteile

  • Realitätsnahes Konzept für die Serie, dort sofort einsetzbar
  • Keine Probleme mit Nachtanken
  • Kein zusätzliches Versorgungsnetz erforderlich
  • Hohe Leistung und hohe Geschwindigkeiten im Rennsport problemlos möglich

Nachteile

  • Keine Unabhängigkeit vom knapper werdenden Erdöl
  • CO2- und anderer Schadstoff-Ausstoß weiter vorhanden
Formel E

Ein Konzept, das die aktuellen Formel-E-Wagen antreibt - nämlich rein batteriebetriebene Elektromotoren.

Die derzeit von Williams gestellten Akkus leisten 28 kWh. Ab Saison Nummer fünf (2018/19) gibt’s neue Akkus von McLaren Applied Technologies, die bis zu 54 kWh leisten und die die Fahrzeugwechsel zur Rennmitte überflüssig machen. Motorleistung dann im Renntrimm 200 kW (entspricht 272 PS), im Qualifying-Modus 250 kW (340 PS).

Sport - Formel-E-Motor

[Quelle: Schaeffler AG]

Videolänge:
1 min
Datum:



Vorteile

  • Keine umweltschädlichen Emissionen
  • Fast geräuschlos (für traditionsbewusste Motorsportler und Motorsport-Fans allerdings eher ein Nachteil)
  • Stromerzeugung kann über erneuerbare Energien erfolgen

Nachteile

  • Selbst mit 54 kWh immer noch geringe Laufzeit (maximal eine Stunde)
  • Relativ geringe Reichweite und lange Ladezeiten
  • Umweltbelastung bei nicht fachgerechter Entsorgung der Altbatterien
Tankanschluss für Wasserstoff



Elektromotor/Brennstoffzelle

Ein bis jetzt im Rennsport noch nicht eingesetztes Konzept, in der Automobil-Branche aber von vielen als die wahre Zukunft der Elektromobilität angesehen.

In einer Brennstoffzelle wird aus Wasserstoff und Sauerstoff auf dem Wege chemischer Reaktionen emissionsfrei Strom erzeugt. Dieser treibt einen Elektromotor an.

Hersteller wie Daimler und Toyota arbeiten intensiv an dem Projekt; echte Marktreife aber wohl nicht vor 2020; möglich auch in Form einer Zwischenlösung als Hybridsystem mit an der Steckdose aufladbarem Elektromotor.

Elektromotor-Brennstoffzelle
Toyotas Serienwagen mit Elektromotor und Wasserstoff-Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle liegt in der Mitte. Dahinter die gelben Hochdrucktanks, in denen der Wasserstoff gespeichert ist. Quelle: Toyota



Vorteile

  • Emissionsfrei (nur Wasserdampf tritt aus)
  • Schnelle Betankung
  • Größere Reichweite als Akkus, in der Serie damit auch für Langstrecke geeignet

Nachteile

  • Energie-Effizienz noch geringer als beim reinen Elektromotor
  • Kostspielige Infrastruktur (eine Wasserstoff-Tankstelle kostet eine Million Euro)
  • Hoher Preis durch in Brennstoffzellen verbautes Platin
  • Der elementare Wasserstoff muss aus konventionellen fossilen Energieträgern hergestellt werden
  • Hoher C02-Ausstoß (fällt bei Einsatz erneuerbarer Energien allerdings weg)

Wasserstoffverbrennungsmotor

Im Gegensatz zur Brennstoffzelle, bei der Wasserstoff einen Elektromotor antreibt, wird hier der Wasserstoff direkt verbrannt - wie Benzin oder Diesel.

BMW arbeitete bis 2009 sehr stark an (und mit) diesem Konzept, entwickelte eine Kombination aus Zündverfahren von Otto- und Dieselmotoren. Damit erreichten die Tüftler auch hohe Wirkungsgrade. Es gab sogar eine Flotte von Oberklassen-Modellen mit diesen Motoren.

Dennoch stieg man aus dem Projekt aus. Und auch insgesamt geht die Entwicklung im Wasserstoff-Bereich eindeutig Richtung Brennstoffzelle. Deren Energie-Effizienz ist eindeutig höher als bei der Direktverbrennung. Kaum anzunehmen also, dass der Wasserstoffverbrennungsmotor in Zukunft im Rennsport zum Einsatz kommt.

Wasserstoffverbrennungsmotor BMW 2007
Der Wasserstoffverbrennungsmotor von BMW aus dem Jahr 2007 Quelle: imago



Vor- und Nachteile

  • Ähnlich wie bei Brennstoffzelle, aber mit geringerer Energie-Effizienz

Nicht ganz utopisch auch, dass der Rennsport der Zukunft völlig anders ausgetragen wird: als E-Racing am Computer.

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