Der Energieverbrauch eines Autos wird in letzter Zeit immer wichtiger. Das gilt vor allem bei Elektroautos, wo die Frage nicht wegen dem Energieverbrauch an sich gestellt wird, sondern wegen der Reichweite. Damit kehren nun fast schon amerikanische Verhältnisse ein.
Denn in Deutschland wird der Kraftstoffverbrauch traditionell in Litern Benzin pro 100km gemessen, damit man schnell weiß, wieviel das Fahren kostet. In den USA wird zur Verwirrung aller im Rest der Welt in Meilen pro Gallone (mpg) gemessen, damit man weiß, wie weit man mit dem Benzin im Tank noch kommt. Wenn man sich die weiten Landschaften ohne signifikante Besiedlung in der zentralen USA anschaut, ist das durchaus verständlich. (Faustregel: 40mpg sind etwa 6 Liter pro 100km)
Mit Elektroautos sind derartige Bedenken nun auch in sehr viel dichter besiedelten Regionen von Belang. Es stellt sich die Frage, wie man mit so einem Elektroauto möglichst weite Strecken zurück legen kann und was man an einem Auto ändern könnte, um weiter fahren zu können.
Beschleunigen und Bremsen
Dazu muss man sich erst einmal klar machen, wozu das Auto die Energie braucht. Einmal braucht es Energie zum Beschleunigen und hat dann kinetische Energie. Beim Bremsen geht diese Energie verloren, allerdings kann man mit regenerativen Bremsen zumindest einen Teil davon wieder zurückgewinnen. Es hängt von zwei Dingen ab, wieviel Energie dabei verloren geht. Eins ist das Gewicht des Autos. Ein doppelt so schweres Auto braucht doppelt so viel Energie zum Beschleunigen – ist also eine lineare Abhängigkeit. Das zweite ist die Geschwindigkeit. Um das Auto auf die doppelte Geschwindigkeit zu bringen, braucht man (bei gleichem Gewicht) die vierfache Menge Energie – es ist eine quadratische Abhängigkeit.
Das ist vor allem im Stadtverkehr ein Problem. Um so schwerer das Auto und um so höher die Spitzengeschwindigkeit beim Spurt von einer Ampel zur nächsten, um so mehr Energie geht verloren. Im Stadtverkehr gibt es nichts besseres als eine grüne Welle, wenn man Energie sparen will.
Aber Autos werden nicht nur in der Stadt bewegt, sondern auch auf langen Strecken und dort machen Elektroautos die größten Probleme. Sie verbrauchen unablässig Energie und irgendwann sind die Batterien leer, obwohl man weder bremst noch beschleunigt. Das liegt natürlich am Rollwiderstand und der Tatsache, dass ein Auto Luft auf seinem Weg zur Seite drängen muss. So lange einem Auto die Luft im Weg steht, kann es nicht weiter.
Dabei ist Luft nicht zu unterschätzen. Sie wiegt immerhin 1,3kg pro Kubikmeter. Wenn ein Auto auf der Autobahn mit 30 Metern pro Sekunde fährt (108km/h), dann muss es in jeder Sekunde Zentnerweise Luft zur Seite schaufeln.
Rollwiderstand
Aber fangen wir mit dem Rollwiderstand an. Der ist hier eine besondere Kraft – er steigt (meistens) linear mit der Geschwindigkeit. Wenn man in einem Vakuum doppelt so schnell fahren können will, dann braucht man die doppelte Motorleistung und verbraucht pro Sekunde doppelt so viel Energie. Aber man legt auch die doppelte Strecke zurück. Auf dem Mond wäre das Fahren auf der Autobahn eine wahre Freude. Wenn man nur Rollwiderstand hat und weder bremst noch beschleunigt, dann ist die Geschwindigkeit für den Energieverbrauch pro km egal. Noch besser wären dort natürlich Schwebebahnen, die dann problemlos einige Kilometer pro Sekunde fahren könnten (wobei die Passagiere allerdings von der Fliehkraft an die Decke des Zuges gedrückt würden).
Der Rollwiderstand steigt aber auch linear mit dem Gewicht. Egal wieviel man durch härtere, schmalere Reifen, bessere Lager und ähnliches heraus holt – weniger Gewicht hilft immer, aber nur, wenn es nicht bei den Batterien eingespart wird. Leider führt die Optimierung des Rollwiderstands über die Reifen auch sehr leicht zu schlechtem Fahrverhalten, wegen dem fehlenden Grip. Denn der Rollwiderstand ist auch ein Maß für die Güte der Verbindung zwischen Auto und Straße.
Aber man hat nicht nur Rollwiderstand und das relativiert die Sache bei höheren Geschwindigkeiten. Denn der Luftwiderstand steigt kubisch mit der Geschwindigkeit, also mit der dritten Potenz. Da man aber gleichzeitig auch mehr Strecke in der gleichen Zeit zurück legt, steigt der Energieverbrauch “nur” mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Umgekehrt heißt das, dass der Luftwiderstand praktisch keine Rolle spielt, wenn man sehr langsam fährt. Es seie denn, man hat starken Gegenwind!
Luftwiderstand
Zusammen mit dem Rollwiderstand wird der Energieverbrauch dann etwas komplexer. Bei einem typischen Auto, wie es David MacKay in “Without Hot Air” angenommen hat, ist der Luftwiderstand bei etwas über 50km/h schon genauso groß wie der Rollwiderstand. Mit der doppelten Geschwindigkeit, 100km/h, vervierfacht sich aber der Luftwiderstand. Der Energieverbrauch beim geradeaus fahren steigt entsprechend um das 2,5 fache. (Von 1+1 auf 1+4.) Mit der dreifachen Geschwindigkeit, 150km/h, braucht man die 5-fache Energiemenge. (Von 1+1 auf 1+9)
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