DECHEMAX Initiative für Chemische Technik und Biotechnologie

Frage der Woche

Frage der Woche

Elektromobilität - Auto meets Steckdose!

Strom tanken
Quelle: Fotolia

Vor gut einer Woche rollte der erste Hybrid-LKW unter großem Medienrummel einige Meter auf der Teststrecke des E-Highways auf der A5. Etwa ein halbes Jahr hat es gedauert, 5 km Autobahn dafür auszubauen. Das lässt vermuten, dass es noch geraume Zeit dauern wird, bis wirklich ein großer Anteil des Lastverkehres eine solche Technologie über weite Strecken nutzen wird. Dabei sollten wir doch möglichst schnell unseren CO2-Ausstoß verringern! Und der Verkehr hat einen signifikanten Anteil an der CO2-Belastung unserer Atmosphäre. Wie wir in der letzten Frage schon geschrieben haben, liegt sein Anteil an den gesamten Kohlenstoffdioxidemissionen hierzulande bei 20-30 Prozent. Eine vielversprechende Möglichkeit, um der Luftverschmutzung durch den Verkehr entgegenzuwirken, ist der Umstieg auf elektrisch angetriebene Fahrzeuge.

Frage (Klassenstufen 7-11)

Eine vielversprechende Möglichkeit, um der Luftverschmutzung durch den Verkehr entgegenzuwirken, ist der Umstieg auf elektrisch angetriebene Fahrzeuge.

Welche drei Fahrzeugarten konnten bisher, von einzelnen Forschungsansätzen und Miniserien einmal abgesehen, noch nicht in größerer Anzahl elektrifiziert werden Nenne ZWEI davon:

  • PKW
  • Lastkraftwagen
  • Zug
  • Flugzeug
  • Roller
  • Motorboot
  • Bus
  • U-Bahn
  • Fahrrad
  • Motorrad
  • Rennwagen
  • Schiffe/Tanker

Zusatzfrage (Klassenstufen 8-11)

Elektromobilität bzw. Elektrofahrzeuge haben, wie alles auf der Welt, Vor- und Nachteile.

Im Folgenden seht ihr ein paar Aussagen zur Elektromobilität. Eine davon ist allerdings falsch. Welche?

Elektromobilität trägt dazu bei, dass die Lärmbelästigung in den Städten sinkt.
Elektromotoren sind komplexer aufgebaut als Benzin- oder Dieselmotoren. Die Auto-Herstellung wird dadurch viel komplizierter.
Die Reichweite eines Elektroautos ist noch immer deutlich geringer als die eines Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.
Die Feinstaubbelastung in den Straßen wird reduziert.
Vorausgesetzt, dass Ökostrom für das Laden der Autobatterie verwendet wird, schneiden Elektroautos in der CO2-Bilanz viel besser ab als Autos mit Verbrennungsmotoren.
Die Infrastruktur für Elektroautos (Stromtankstellen) muss erst aufgebaut werden.

Zusatzfrage (Klassenstufen 9-11)

In Deutschland ist der LKW mit einem Anteil von fast drei Vierteln im Bereich des Güterverkehrs das Transportmittel Nummer eins. Hält man sich vor Augen, dass ein LKW pro transportierter Tonne an Gütern ungefähr viermal so viel Treibhausgase emittiert wie die Eisenbahn bei gleicher Transportleistung, erkennt man die Belastung die vom LKW-Güterverkehr für unser Klima ausgeht. Entsprechend gibt es erste Ideen, wie man den LKW Verkehr großflächig elektrifizieren könnte. Ein interessanter Ansatz sind die in der Einleitung angesprochenen "eHighways", auf denen Elektro-LKWs den Strom über Oberleitungen aufnehmen können. Eine erste Teststrecke ist nun auf der A5 zwischen Frankfurt und Darmstadt auf Höhe des Flughafens beidseitig auf einer Strecke von rund 5 km installiert worden. Insgesamt wurden dabei 230 Masten für die Oberleitungen aufgestellt.

Wenn man jeden Autobahnkilometer (Stand Ende 2017) in Deutschland beidseitig mit dieser Methode elektrifizieren würde, wie viele Masten bräuchte man insgesamt dafür?
(Wir wollten euch nicht sooo viel rechnen lassen, aber bitte lest nachher die Antwort, wo wir euch noch ein bisschen was zum Thema vorrechnen wollen).

Zusatzfrage (Klassenstufen 10-11)

Für alle Elektrofahrzeuge braucht man einen Elektromotor.

Was sind neben Anker, Kommutator und Polschuh die beiden wichtigsten Elemente eines Elektromotors?

Die benötigte Energie zieht sich der Elektromotor aus einem Akku/Batterie, die im Fahrzeug eingebaut ist.

Wie ist der Fachausdruck für einen solchen Akku im Auto?
Lösungshilfe:
T _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Lithium-Ionen-Akkusysteme werden dabei mittlerweile am häufigsten verwendet.

Wie lange dauert es, ein Elektroauto mit einer durchschnittlichen Batteriekapazität von 24 kWh mit einer üblichen Haushaltssteckdose (Ladeleistung 2,3 kw) auf 80 % aufzuladen?

Zusatzfrage (Klassenstufe 11)

Akku-Schema
Bildquelle: Wikipedia

Hier seht ihr die schematische Zeichnung eines Li-Ionen-Akkus und einen Text, der seine Funktionsweise beschreibt.
Ordnet die Buchstaben in der Zeichnung den fettgedruckten Wörtern im Text zu.

Die Zelle ist gefüllt mit einer nicht-wässrigen Elektrolytlösung. Die positive Elektrode besteht aus einem Metalloxid mit eingelagerten Schichten aus Li-Atomen, Die negative Elektrode besteht meist (so auch in unserer Zeichnung) aus Graphit.
Ein Separator verhindert durch die Trennung der beiden Elektroden einen Kurzschluss. Er lässt ausschließlich Lithium-Ionen durch.
Beim Ladevorgang wird an der negativen Elektrode ein Elektronenüberschuss erzeugt, an der positiven Elektrode ein Elektronenmangel. Die Elektronen fließen durch den Leiter („Weg des geringsten Widerstandes“). Dabei werden an der positiven Elektrode Elektronen entzogen: Das Li-Atom gibt Elektronen ab, es entsteht ein (einfach) positiv geladenes Li-Ion. Als Ausgleich zum Elektronenfluss im Leiter fließen die Li-Ionen (die nun durch den Separator passen) an die negative Elektrode und lagern sich zwischen die Graphitschichten.
Bei der Entladung geben die Lithiumatome an der negativen Elektrode wieder ein Elektron ab. Dieses fließt durch den Leiter zurück. Dabei wird der Strom erzeugt, den z.B. das Auto zum Betreiben des Motors benötigt. Als Ausgleich fließen innerhalb der Zelle die Lithium-Ionen wieder zurück zur positiven Elektrode, wo sie wieder durch Aufnahme eines Elektrons zu Atomen reduziert werden.

A:

B:

C:

D:

E:

F:

G:

H:

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