Technisches rund um Batterien und Akkus

Wie sind Batterien aufgebaut?

Bestimmt hast du schon mal das Plus und das Minus gesehen, die an den Enden einer Batterie aufgedruckt sind. Das Plus steht für einen Pluspol und das Minus für einen Minuspol in der Batterie. Der Minuspol besteht aus reinem Metall und der Pluspol aus Metalloxid. Das ist Metall, welches mit Sauerstoff verbunden ist. Beide Pole bestehen aus Elektronen, also winzig kleinen elektronisch geladenen Teilchen. Zwischen den beiden Polen, in der Mitte der Batterie, befindet sich eine Säure, das Elektrolyt. Die beiden Pole sind außerdem durch einen Separator, ein stromundurchlässiges Material, getrennt. Das kann zum Beispiel Kunststoff sein. In der Batterie befinden sich also die beiden Pole, das Elektrolyt und der Separator.

Wie genau funktionieren Batterien?

Wenn eine Batterie genutzt wird, dann findet in ihr ein chemischer Prozess statt, die so genannte Elektrolyse. Hierbei geraten die Elektronen der Pole in Bewegung und fließen vom Plus- zum Minuspol. Eine Batterie wandelt also chemische in elektrische Energie um und produziert auf diese Art Strom. Wenn alle Elektronen vom Plus- zum Minuspol gewandert sind, dann ist die Batterie leer und kann nicht mehr verwendet werden.

Was ist der Unterschied zwischen Batterien und Akkus?

Den größten Unterschied zwischen Batterien und Akkus kennst du bestimmt: Akkus sind im Gegensatz zu Batterien aufladbar und wiederverwendbar. Ein Akku funktioniert fast genau gleich wie eine Batterie und ist sehr ähnlich aufgebaut. Beim Akku jedoch erzeugt das Aufladen eine Spannung, die einen erneuten Elektronenüberschuss am Pluspol anregt. So gibt es dann wieder neue Elektronen, die vom Plus- zum Minuspol wandern können

Was haben Autos mit Akkus und Batterien zu tun?

Plug-in-Hybride

Im letzten Beitrag haben wir ja ausführlich vorgestellt, was ein Plug-in-Hybrid ist. Zusammengefasst kann man sagen: Bei Plug-in-Hybriden handelt es sich um Autos, die sowohl einen Verbrennungs- als auch einen elektrischen Motor haben. Das Besondere an Plug-in-Hybriden ist, dass sie zusätzlich einen Akku besitzen, also mit Strom aufgeladen werden können. Das geht entweder an einer Ladesäule oder auch an einer geeigneten Steckdose zuhause.
Akkus und Batterien kommen also nicht nur in Laptops und Fernbedienungen vor, sondern auch zum Beispiel in Autos.

Mann betankt einen Mercedes-Benz-S-Klasse Plugin-Hybrid an einer Ladestation – Genius erklärt Fragen und Antworten rund um die Batterie
So sieht das aus, wenn man einen Plug-in-Hybrid an einer Ladesäule auflädt // Foto: Daimler AG

Batterien und Akkus im Alltag

Meine Akkus gehen immer schnell kaputt – was kann ich dagegen tun?

Es gibt einige Tipps, die dafür sorgen, dass deine Akkus weniger schnell kaputtgehen. Zum Beispiel ist es empfehlenswert, den Akku deines Geräts immer zwischen 20-80 % zu halten, dein Gerät also weder komplett zu laden noch komplett zu entladen. Außerdem solltest du darauf achten, dein Gerät nach der Ladung auszustecken. Bleibt ein Gerät weiter an der Steckdose angesteckt, auch wenn es bereits voll geladen ist, kann das dem Akku schaden. Wenn du also zum Beispiel dein Handy gerne über Nacht laden lässt, solltest du dir lieber eine Alternative überlegen.

Mit den richtigen Tipps erfreut sich dein Akku einer langen Lebensdauer // Foto: Adobe Stock Jo Panuwat D

Wie entsorge ich Akkus und Batterien richtig?

Aber egal, wie gut du auf deine Akkus und Batterien auch Acht gibst, irgendwann kommt immer der Punkt, an dem sie kaputtgehen. Und was dann?
Auf keinen Fall darfst du deine defekten Akkus und Batterien im normalen Hausmüll entsorgen. Das ist in Deutschland verboten, weil die Chemikalien gefährlich sind.
Stattdessen kannst du Akkus oder Batterien oft bei Supermärkten oder anderen größeren Läden zurückgeben. Dort stehen im Kassenbereich so genannte Auffangboxen, in die du deine Akkus und Batterien werfen kannst. Dann werden sie fachgerecht entsorgt.
Achte außerdem darauf, defekte Akkus und Batterien möglichst nicht mit bloßen Händen anzufassen, falls giftige Chemikalien austreten.

Werden Batterien und Akkus recycelt?

Batterien und Akkus können tatsächlich recycelt werden! Das spart Produktionskosten und ist außerdem sehr umweltfreundlich. Aus defekten Batterien können nach ihrer Entsorgung wertvolle Elemente wie Blei, Kadmium oder Zink gewonnen werden.
Ältere und ausgemusterte Akkus, die noch funktionieren, aber weniger leistungsstark sind als neue Akkus, können sogar noch ein zweites Leben führen. Das ist das so genannte Second Life Konzept. Hierbei werden diese Akkus in stationären Anlagen gesammelt, wo sie dazu genutzt werden, elektrische Energie zu speichern.

Second Life: Batterien und Akkus können recycelt werden! // Foto: Adobe Stock Chepko Danil

Warum darf man normale Batterien nicht im Akkuladegerät laden?

Bei Batterien kann die chemische Reaktion nicht umkehrbar gemacht werden, die zur Elektrolyse und Entstehung von Strom führt. Bei Akkus hingegen wird diese Reaktion durch das Anlegen elektrischen Stroms, also das Einstecken in die Steckdose, umkehrbar gemacht und kann wiederholt werden. Das ist möglich, weil Akkus minimal andere Chemikalien beinhalten als Batterien. Versuchst du dennoch, Batterien aufzuladen, können diese kaputtgehen. Dann platzen sie auf und giftige Chemikalien treten aus.

Wo in unserem Alltag brauchen wir Akkus und Batterien?

Weißt du, wo überall Akkus und Batterien vorkommen? Nicht nur in deinem Handy oder deinem Laptop, sondern zum Beispiel auch in etlichen Küchengeräten, wie beispielsweise einem Handmixgerät. Andere Haushaltsgeräte wie Saugroboter funktionieren ebenfalls nur durch Akkus.
Doch nicht nur im Haushalt findest du Akkus und Batterien. Selbst riesige Maschinen wie Flugzeuge und Schiffe haben oftmals eingebaute Akkus, die dem Motor die nötige Startenergie liefern können.

Du siehst also, Akkus und Batterien sind ganz schön vielfältig!

Beitragsfoto: Adobe Stock // Kenishirotie

Damit hast du jetzt bestimmt nicht gerechnet: Das Wort „Nachhaltigkeit” stammt ursprünglich aus der Forstwirtschaft des 17. Jahrhunderts. Damals ging es um den Gedanken, dass nicht mehr Bäume gefällt werden sollten, als nachwachsen können. Wenn man alles auf einmal abholzt, gibt es gar keinen Wald mehr – wenn man jedoch immer nur eine bestimmte Menge der Bäume fällt, bleibt der Wald als solches erhalten. So haben auch folgende Generationen noch Holz für ihren Verbrauch zur Verfügung. 

Klingt einleuchtend, oder? Wenn man genauer darüber nachdenkt, trifft das nicht nur auf Holz zu, sondern auf andere Ressourcen genauso. Nachhaltigkeit bedeutet also im weitesten Sinne, die Zukunft der Erde im Blick zu haben und dafür zu sorgen, dass man nicht alle Ressourcen bereits in der Gegenwart aufbraucht.

Alltag & Co.: Nachhaltigkeit im Kleinen

Der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen kann gut auf weitere Bereiche des täglichen Lebens übertragen werden. Ein anderer Aspekt ist die Art, wie wir Menschen generell leben. Wie viel Müll hinterlassen wir? Werfen wir einen Gebrauchsgegenstand sofort weg und kaufen etwas Neues – oder verwenden wir ihn möglichst lange?

Auch in deinem persönlichen Alltag lohnt es sich, darüber nachzudenken, wie du nachhaltig leben kannst. Das betrifft nicht nur Gegenstände. Kein Wasser zu verschwenden, ist eine Art, in deinem Alltag auf Nachhaltigkeit zu achten – also zum Beispiel beim Zähneputzen das Wasser nicht die ganze Zeit laufen zu lassen, sondern erst dann aufzudrehen, wenn du es brauchst. Wenn du dein Taschengeld sofort ausgibst, nachdem du es bekommen hast, ist es weg. Wenn du etwas davon zur Seite legst, hast du auch im kommenden Monat noch etwas davon – du bist also nachhaltig mit deinem Taschengeld umgegangen.

Politik & Co.: Nachhaltigkeit im Großen

Wenn du selbst nachhaltig mit deinem Taschengeld umgehst oder deine Klamotten nicht bereits nach dem zweiten Tragen wegwirfst, ist das zwar nachhaltig, aber nur für dich im Privaten. Damit beim Verbrauch von Ressourcen wirklich Rücksicht auf nachfolgende Generationen genommen werden kann, müssen große Entscheidungen getroffen werden. 

So beratschlagen sich zum Beispiel Politikerinnen und Politiker aus der ganzen Welt regelmäßig darüber, wie man Nachhaltigkeit gestalten und zum Beispiel die Umwelt besser schützen kann. Es gibt gemeinnützige Organisationen, die in einem bestimmten Bereich für mehr Nachhaltigkeit arbeiten, zum Beispiel Landwirtschaft. Und auch große Firmen und Unternehmen achten darauf, wie sie Produktion nachhaltig umsetzen und ihrer Verantwortung für die Gesellschaft gerecht werden.

Hybrid, Brennstoffzelle und mehr: Nachhaltigkeit im Bereich Automobil

Eine dieser großen Firmen ist Daimler, wozu Genius ja ebenfalls gehört. Auch beim Bau von Autos wird auf Nachhaltigkeit geachtet. So entwickelt Daimler Lösungen für alternative Antriebe regelmäßig weiter – wie zum Beispiel Hybrid-Fahrzeuge oder Forschung an der Brennstoffzelle. Hierzu war Kinderreporterin Emma sogar schon von Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel in die „Verfahrensentwicklung”  eingeladen worden. Dort hat ihr Leoni gezeigt, wie so eine Brennstoffzelle funktioniert und warum das für mehr Nachhaltigkeit sorgt.

Aber auch Themen wie Klimaschutz und Luftreinhaltung, wie unsere Städte lebenswert gestaltet werden können, sodass sich alle wohlfühlen, und wie der Verkehr noch sicherer werden kann, gehören für Daimler dazu. Themen, von denen langfristig alle etwas haben, auch deine Familie und du.

Beitragsfoto: Daimler AG

Nochmal für dich zur Erinnerung: Hybridmotoren besitzen sowohl einen elektrischen als auch einen benzinbetriebenen Motor. Das hat den Vorteil, dass der Benzinantrieb manchmal durch den elektrischen Antrieb ersetzt werden kann, was viel besser für die Umwelt ist. Dazu kann sich der Elektromotor im Auto während der Fahrt aufladen, indem er die Energie speichert, die beim Bremsen freigesetzt wird. Wie das genau funktioniert, haben wir dir ja schon in diesem Beitrag erklärt.

Fliegen mit weniger Schadstoffen

Wenn ein Flugzeug von einem Ort zum anderen fliegt, dann verbraucht es eine große Menge an Kohlenstoffdioxid, oder auch CO2 genannt. Damit die Natur beim Fliegen geschont werden kann, arbeiten aktuell viele Firmen daran, ein Passagierflugzeug mit Hybridantrieb zu bauen. Wenn alles nach Plan verläuft, könnten diese Modelle schon in wenigen Jahren in die Lüfte steigen.

 

So sieht eine Flugzeugturbine aus der Nähe aus — Foto: Adobe Stock // Federico Rostagno

Und so soll es funktionieren

Zunächst soll eine der Gasturbinen im Flugzeug, die normalerweise für den Antrieb sorgen, durch einen Elektromotor ersetzt werden. Die Energie, also der Strom für den Motor, wird während des Flugs in einer der anderen Gasturbinen erzeugt. Diese Turbine wird wiederum durch Kerosin, einen speziellen Flugzeugtreibstoff, angetrieben. Es wird also im Prinzip Kerosin eingesetzt, um die Energie für den Elektromotor zu erzeugen. Dieser ganze Vorgang verbraucht insgesamt weniger Treibstoff.

In der Luft wie im Wasser

Ein ähnliches Prinzip wie bei den Flugzeugen kommt auch in der Schifffahrt zum Einsatz, denn inzwischen gibt es einige Frachtschiffe, die neben dem gewöhnlichen Motor auch einen elektrischen besitzen. Auch hier wird durch den Einsatz von Treibstoff der Elektromotor aufgeladen, der dann anschließend zur Fortbewegung genutzt wird.

Auch auf den Ozeanen kommen Hybridmotoren zum Einsatz — Foto: Adobe Stock // Riza

Warum überhaupt auf Elektrik umschalten?

Auf hoher See oder im Hafen gibt es manchmal Situationen, in denen ein Schiff sehr genaue Manöver fahren muss. Ein Elektromotor hilft dabei, da er die Schiffsschrauben auch bei niedriger Leistung sehr zuverlässig im gleichen Tempo dreht. Bei einem Dieselmotor kann die Antriebskraft manchmal schwanken. Gerade wenn es um kleinere Bewegungen im Wasser geht, kann das viel Energie kosten.

Beitragsbild: Adobe Stock // mirkomedia

“Community-based Parking” – das bedeutet übersetzt so etwas wie “Gemeinschaftliches Parken”. Dabei geht es darum, dass das eigene Auto anderen Fahrern mitteilen kann, wo sie parken können. Und auch andersherum funktioniert das: Andere Fahrzeuge sagen dem eigenen Auto, wo sich ein freier Stellplatz befindet.

Wie funktioniert Community-based Parking?

Stell dir vor, alle Autos, die durch die Stadt fahren, sind mit kleinen Kameras und Sensoren ausgestattet. Diese helfen dabei, freie Parkplätze im Vorbeifahren zu erkennen. Haben die Sensoren einen freien Stellplatz erkannt, wird er sofort digital gespeichert. Wenn jetzt ein anderer Autofahrer einen Parkplatz sucht, dann kann er über eine App auf diese Entdeckung zugreifen und weiß: “Ein Auto hat an dieser Stelle einen freien Parkplatz gesehen!”

Je mehr, desto besser

Jetzt ist es natürlich nicht so, dass nur ein Fahrzeug freie Parkplätze findet und einspeichert. Im Gegenteil: Das Ziel ist es, dass so viele Autos wie möglich dafür eingerichtet sind, freien Parkraum zu finden und an diejenigen zu vermitteln, die einen Stellplatz suchen. Wenn viele Fahrer mit den nötigen Sensoren und Kameras ausgestattet sind, lässt sich außerdem erkennen, wenn ein Parkplatz wieder belegt ist – das kann dann auch an die anderen gesendet werden. Je mehr Fahrzeuge dieses System nutzen, desto zuverlässiger wird es.

Autos können auch miteinander kommunizieren — Foto: Adobe Stock // folienfeuer

Entspannter und schneller

“Community based Parking” hilft also, dass Autofahrer nicht mehr so lange nach einem freien Parkplatz suchen müssen – und ist ein schönes Beispiel dafür, wie Autos ihre “Sinne” einsetzen. Das war ja auch das Thema von Ola Källenius’ letztem Vortrag an der Kinderuni in Karlsruhe. Aktuell befindet sich das System noch in der Testphase, damit es bald ganz vielen Leuten die Suche nach einem Parkplatz erleichtert. Das spart Zeit und Kraftstoff – und sorgt dafür, dass man sich nicht aufregen muss. Denn keinen Parkplatz zu finden, kann ganz schön nervig sein.

Beitragsfoto: Daimler AG

Die Menschen bevorzugen Autos mit Verbrennungsmotor

Über 90 Prozent der Autokäufer entscheiden sich bisher noch für ein Auto mit Verbrennungsmotor – also mit Abstand die meisten. Die Zahl der zugelassen Autos mit Elektromotor, oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb, steigt zwar an, dennoch gibt es momentan viele Punkte, die aus Sicht der Autofahrer gegen ein elektrisch betriebenes Auto sprechen: Die Anschaffungskosten sind höher als bei Autos mit Verbrennungsmotor. Außerdem gibt es immer noch nur wenige Ladestationen für die sogenannten Stromer. Die Reichweite, also wie weit man mit einem aufgeladenen Akku kommt, sowie die langen Ladezeiten sind jedoch für viele Leute das größte Problem der Elektroautos. Deshalb sieht man sie bisher auch hauptsächlich im Stadtverkehr – denn da legt man nur kurze Strecken zurück und es gibt mehr Ladestationen als auf dem Land. Von unserem Staat gibt es daher inzwischen verschiedene Anreize wie Kaufprämien oder Steuervorteile, um die Menschen zum Kauf eines Elektroautos zu motivieren.

Elektroautos der Zukunft
Die leisen Elektroautos hört man auf der Straße fast nicht.

Unsere Umwelt braucht Elektromobilität

Für unsere Umwelt sind die vielen Benzin- und Dieselautos allerdings ein großes Problem. Die Abgase, die von Autos mit Verbrennungsmotoren ausgestoßen werden, verschmutzen unsere Atemluft und fördern den Klimawandel, der für die ganze Erde schlimme Folgen mit sich bringt. Viele Städte verhängen deshalb jetzt schon örtliche Fahrverbote für „normale“ Autos. Die Bundesregierung fördert die Forschung zur Elektromobilität massiv und hat dafür auch, gemeinsam mit der Automobilindustrie, die „Nationale Plattform Elektromobilität“ gegründet. Hier wird zum Beispiel auch an einer geeigneten Infrastruktur für Stromtankstellen gearbeitet, sodass jeder die Möglichkeit hat, ein Elektroauto zu fahren – und es auch dort aufzuladen, wo er es benötigt, auch wenn er auf dem Land wohnt.

Elektroautos der Zukunft
Hier kannst du sehen, wie ein Elektroauto der Daimler AG von innen aussieht.

Daimler setzt auf Elektroautos

Dass wir unserer Umwelt zuliebe dringend an alternativen Antrieben zu Benzin und Diesel arbeiten müssen, hat auch Daimler längst erkannt. Der Autobauer glaubt fest daran, dass Elektroautos kurz vor dem Durchbruch stehen. Im September letzten Jahres stellte die Daimler AG ihre neue Untermarke für Elektroautos – EQ – vor. Das erste Modell der Serie soll 2019 auf den Markt kommen. Wenn der Fortschritt im Bereich der Elektromobilität weiter so voranschreitet, steht dem Vormarsch der Elektroautos sicher bald nichts mehr im Wege.

Beitragsbild: Daimler AG

Bilder: Daimler AG

Batterien und Akkus gibt es ganz viele verschiedene und alle sind sie dafür da, Geräte mit elektrischem Strom zu versorgen und funktionsfähig zu machen. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen Batterien und Akkus? Ganz einfach: Die Batterie ist im Gegensatz zum Akku nicht aufladbar. Das kennst du zum Beispiel von deinem Wecker oder deinem Taschenrechner. Wenn die Batterie einmal leer ist, musst du sie entsorgen. Einen Handyakku oder den Akku einer Digitalkamera kann man dagegen immer wieder aufladen. Er ist praktisch eine wiederaufladbare Batterie. Doch auch die hält nicht ewig: Mit der Zeit muss man sie immer öfter aufladen, bis sie schließlich zu schwach für das Gerät wird. Auch der Akku muss dann entsorgt werden – oder?

Akku
Ein Akku ist eine wiederaufladbare Batterie.

Umweltfreundlich

Eines steht auf jeden Fall fest: Da du Akkus nicht sofort entsorgen musst, sondern immer wieder aufladen kannst, sind sie ein wenig umweltfreundlicher als Batterien. Sie produzieren schlichtweg nicht so viel Müll. Doch auch bei Akkus gibt es Vor- und Nachteile. Um diese zu erklären, machen wir einen kleinen Ausflug in die Chemie.

Es gibt Nickel-Kadmium-Akkus, Nickel-Metallhydrid-Akkus, Lithium-Ionen-Akkus und Lithium-Ion-Polymer-Akkus. Das hört sich sehr kompliziert an, diese Typen lassen sich aber schnell in zwei verschiedene Gruppen einteilen. Die beiden Akku-Varianten mit Nickel entladen sich sehr schnell selbst. Das bedeutet, wenn du sie auflädst und einfach unbenutzt liegen lässt, ist beim nächsten Benutzen der Akku bereits zu einem Teil leer. Auch die Lithium-Ionen-Akkus entladen sich selbst, allerdings nicht so schnell. Ein Vorteil ist hier auch, dass die Akkus genauso groß sind wie die Nickel-Akkus und trotzdem mehr Energie speichern können. Außerdem haben sie eine längere Lebenszeit. Das sind ein paar der Gründe, warum Lithium-Ionen-Akkus häufig zum Einsatz kommen. Du findest solche Akkus zum Beispiel in Handys und Laptops, aber auch die Batterie in einem Elektrofahrzeug funktioniert wie ein Lithium-Ionen-Akku.

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Vor allem in tragbaren Geräten und Elektroautos findest du Lithium-Ionen-Akkus. — Bild: Daimler AG

Alterung durch Oxidation

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus vielen Zellen, die wiederum jeweils aus einer positiven und einer negativen Elektrode bestehen. Bei der Aufladung wandern die Ionen von der positiven zur negativen Elektrode und lagern sich dort ein. Bei der Entladung ist es andersherum. Mit der Zeit allerdings oxidieren die beiden Elektroden in einer Zelle. Das bedeutet, sie geben Elektronen ab. Die Folge davon ist, dass sie keine Lithium-Ionen mehr speichern können. Das Auf- und Entladen des Akkus funktioniert immer weniger.

Du fragst dich nun sicher: Warum oxidieren die Elektroden in den Zellen überhaupt? Das hängt vor allem von Temperatur und Ladezustand des Akkus ab. Wenn der Akku zum Beispiel in einer sehr warmen Umgebung aufbewahrt wird und zudem noch vollgeladen ist, altert er sehr schnell.

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Ein Stromspeicher aus alten Batterien von Elektroautos — Bild: Daimler AG

Das zweite Leben der Elektroauto-Batterie

Die Lithium-Ionen-Akkus in den Elektroautos der Daimler AG haben eine Lebensdauer von circa zehn Jahren. Dann muss man sie auswechseln, weil die Reichweite der Autos nicht mehr ausreicht. Sind Elektroautos also wirklich so umweltfreundlich, wenn ihre Akkus alle zehn Jahre entsorgt werden müssen?

Die Daimler AG möchte, dass der Lebenszyklus einer solchen Batterie dann noch nicht endet. Deshalb hat der Autobauer die Batterien von 1000 smart-Elektrofahrzeugen zu einem großen Stromspeicher zusammengeschlossen. Wie ein stationärer Energiespeicher soll er zum Beispiel Sonnen- oder Windenergie speichern und dann verfügbar machen, wenn man diese Energie braucht.

Die Akkus der Elektroautos werden damit nicht nur weitere zehn Jahre verwendet, die Energieanbieter könnten so auch ein weiteres großes Problem lösen. Momentan kommt unser Strom noch aus umweltschädlichen Kraftwerken. Deshalb ist das Ziel, langfristig auf erneuerbare Energien, also Energie aus Windrädern oder Energie durch Solarzellen, umzustellen. Auf diese Energie kann man sich aber nicht verlassen, denn die Sonne scheint nicht immer dort, wo Menschen Strom brauchen, und auch der Wind weht dort nicht immer. Es muss deshalb sogenannte Primärreserven geben. Das sind Energiespeicher, auf die sofort zurückgegriffen werden kann, wenn der Strom mal fehlt. Ein Stromspeicher aus ganz vielen alten Elektro-Akkus kann überschüssige Energie aus Sonne und Wind speichern und in solchen Fällen zum Einsatz kommen.

Akku
So stellt sich die Daimler AG den Lebenszyklus der Batterien aus Elektroautos vor. — Bild: Daimler AG

Der Stromspeicher der Daimler AG soll noch dieses Jahr bei den deutschen Energieanbietern in Betrieb gehen und vollautomatisch funktionieren. Nach zehn Jahren eignen sich die Batterien auch dafür nicht mehr. Dann sollen sie recycelt und für den Bau neuer Batterien für Elektroautos verwendet werden.

Willst du beim Sport auch besser sein als deine Klassenkameraden? Klar, oder? Ein gesunder Ehrgeiz kann nicht schaden und bringt dich voran. So geht es auch den Autoherstellern. Mit intelligenter Technik wollen sie die Autos noch effizienter und umweltschonender bauen. Bereits 1899 wurde das erste Automobil La Cuadra mit Hybridantrieb in Barcelona gebaut. Eine alt bekannte Technik, die bis heute stetig weiterentwickelt wurde.

Verbrennungsmotor trifft Elektromotor

Das ist eine ganz schön ausgeklügelte Idee: In das Auto wird nämlich sowohl ein Verbrennungs- als auch ein Elektromotor eingebaut. Von einem Verbrennungsmotor spricht man, wenn man das Auto an der Tankstelle mit Benzin tankt. Elektroautos werden mit Strom aufgeladen, um fahren zu können. Hybridmotoren bestehen aus beiden Arten. Und das ist ganz schön intelligent und vor allem umweltfreundlich!

Stärken und Schwächen

Hybrid
So sieht ein Hybridauto von innen aus – vorne siehst du das Getriebe aus Verbrennungs- und Elektromotor

Der Verbrennungsmotor ist der kräftigere von beiden: Seine Stärken zeigt er immer dann, wenn der Fahrer besonders schnell oder weite Strecken fahren möchte. Aber er hat auch seine Schwächen: Autos, die mit Verbrennungsmotor fahren, sind lauter als reine Elektroautos. Das merkst du, wenn du in der Nähe einer Autobahn wohnst. Außerdem belasten sie durch die Abgabe von Kohlenstoffdioxd (CO2) unsere Umwelt. Hier greifen die Vorteile des Elektromotors. Er ist der smartere von beiden. Autos mit Elektromotor fahren leise und ohne Abgase. Dieser Motor hat aber auch Nachteile: Elektroautos können bislang nur kurze Strecken fahren, weil die Batterie schneller leer ist und dann wieder aufgeladen werden muss.

Ein perfektes Team

Damit beide Antriebe ihre Vorteile optimal ausspielen können, werden sie im Hybridmotor einfach zusammengefasst. Sie können dort entweder abwechselnd oder gemeinsam genutzt werden. Diese intelligente Kombination kommt in immer mehr Automodellen vor. Das Auto hat damit einen sehr geringen Verbrauch: Die elektrische Maschine im Auto versorgt sich laufend selbst mit Energie, indem sie die Energie, die beim Bremsen entsteht, sammelt und umwandelt. Daher kann der Verbrennungsmotor auch mal ausgeschaltet werden. Dann kommt der Elektromotor zum Zuge – denn er ist ja jetzt wieder aufgeladen. Sinkt die Energie des E-Motors, wird der Verbrennungsmotor wieder zugeschaltet. Ein perfektes Team: Der Wechsel von einem Antrieb zum anderen geschieht dabei komplett automatisch.

Hybrid
Elektroautos werden mit Strom aufgeladen und sind umweltfreundlich

Plug-in ist in

Auch Daimler treibt die Hybridisierung voran: 2017 sollen insgesamt zehn Plug-in-hybridbetriebene Autos auf dem Markt sein. Plug-ins haben eine viel größere Batterieleistung als ein reiner Elektromotor. Damit können sie viel länger elektronisch betrieben fahren. Und weißt du, was das Besondere daran ist? Das Auto kann an jeder Steckdose einfach aufgeladen werden! Damit sind Plug-in-Hybride heute ein perfekter Kompromiss zwischen Elektro- und Verbrennungsmotor.

Hybrid
Der Citaro G BlueTec Hybrid im Einsatz

Mit voller Hybridkraft voraus

Daimler setzt aber auch im öffentlichen Nahverkehr schon lange auf Hybride auf der Straße: Mit dem Citaro G BlueTec Hybrid, einem Bus, der bis zu zehn Kilometer rein elektrisch fährt, wird auch der Nahverkehr immer umweltfreundlicher und damit auch zukunftsfähig.

Fotos: Daimler AG

Wenn du deine Hand erst senkrecht und dann waagrecht unter einen Wasserstrahl hältst, verstehst du, was Aerodynamik ist. Das Wasser fließt um deine Hand jedes Mal auf eine andere Art und Weise. Und jetzt stell dir vor, das Wasser wäre Luft. Das „Umfließen“ deiner Hand wird als Aerodynamik bezeichnet. In der Aerodynamik geht es nämlich hauptsächlich um das Umströmen von Körpern durch Luft. Je nachdem, wie groß der Körper ist, welche Form er hat oder wie die Oberfläche beschaffen ist, kann die Aerodynamik anders sein. Das zu untersuchen, kann hilfreich sein, wenn es um Schnelligkeit bei der Fortbewegung eines Körpers geht.

Aerodynamik ist spritsparend

Um spritsparende Autos zu bauen, ist die Aerodynamik für Automobilhersteller sehr wichtig. Im besten Fall haben Fahrzeuge eine liegende Regentropfenform. Kannst du dir das vorstellen? So könnten die Autos nämlich am effizientesten genutzt werden und würden am wenigsten CO2 ausstoßen. Dass so ein Auto nicht gerade praktisch wäre, kannst du dir vielleicht denken. Der Kofferraum wäre nämlich ganz spitz.

Die Aufgabe der Konstrukteure bei Daimler ist es, einen Kompromiss zwischen der Effektivität, dem Design und der Nutzbarkeit der Autos zu finden. Dafür ist eine Menge Forschung notwendig.

Hier geht’s stürmisch zu

Daimler testet die Aerodynamik seiner Autos in sogenannten Windkanälen. Dort kann der Luftwiderstand und der Strömungsverlauf optimal dargestellt werden. Zwischen einer leichten Brise und einem richtigen Orkan liegen im Daimler Windkanal nur wenige Augenblicke und Knopfdrücke. Cool, oder?

Das hat seine Vorteile: Ingenieure können neue Fahrzeuge mithilfe des Windkanals bereits in der Entwicklungsphase testen und optimieren. Hier wird schon früh geprüft, welche Kräfte auf den umströmten Körper wirken. Außerdem wird getestet, wie man die Kräfte durch kleine Änderungen an der Oberfläche der Autos optimieren kann.

Klassiker auf dem Prüfstand

Daimler testet in seinem Windkanal vor allem Autos, die noch entwickelt werden. Das macht auch Sinn, denn so kann auf die Entwicklung noch Einfluss genommen werden.

Messung im Windkanal.
Windkanalmessungen von Mercedes-Benz Klassikern

Historische Automobile sind eher seltene Gäste in Daimlers Klima-Windkanal, denn ihre Entwicklung ist schon lange abgeschlossen. Daimler hat interessehalber dennoch zwei alte Modelle im werkseigenen Kanal in Stuttgart Untertürkheim testen lassen. Die Aerodynamik von zwei Sportwagen aus dem Jahr 1952 und 1954 wurde verglichen mit der des sportlich-luxuriösen Reisewagen 300 S aus dem Jahr 1951. Die Testergebnisse zeigen, dass sich Ingenieure bereits vor über 70 Jahren Gedanken um Aerodynamik gemacht haben. Schon damals bemühten sie sich die sportlichen Autos möglichst windschnittig zu konstruieren.

Windschnittig ist cool

Viele Ingenieure haben sich in den vergangenen Jahren den Kopf darüber zerbrochen, wie Autos möglichst spritsparend gebaut werden können. Dabei gilt es stets drei wesentliche Punkte zu optimieren: Das Gewicht – denn je leichter das Fahrzeug, desto energiesparender und emissionsfreier fährt es. Der Rollwiderstand. Und der Luftwiderstand. Nachdem sich die Autobauer vor allem auf die ersten beiden Aspekte konzentriert haben, rückt nun die Aerodynamik wieder mehr in den Vordergrund.

Der Mercedes-Benz C250 AMG.
Ein besonders windschnittiges Auto von Daimler: Der C250 AMG

Gut für die Umwelt

Dass man sich überhaupt immer wieder bemüht den Luftwiderstand am Fahrzeug zu verringern, hat seine Gründe: Je windschnittiger das Auto, desto weniger Kraft muss der Motor zum Fahren aufbringen und desto geringer ist der Verbrauch und die CO2-Emission des Autos. Die Umwelt bedankt sich!

Bilder: Daimler AG

Drei Milliarden Menschen  nutzen das Netz

Natürlich kann eine einzige Suchanfrage nicht Mengen an Energie verbrauchen. Wenn du zum Beispiel nach der Übersetzung einer Vokabel suchst, ist das zunächst kein riesiger Aufwand für das Rechenzentrum. Aber kannst du dir vorstellen, wie schnell sich der Bedarf an Strom summiert, wenn viele Suchanfragen gleichzeitig ankommen? Und das ist in der Tat der Fall: Mittlerweile nutzen drei Milliarden Menschen das Internet täglich. Das sind mehr als dreißig Mal so viele Menschen in ganz Deutschland.

Stromverbrauch Internet
Beim Surfen im Internet nutzt du dein Handy und riesige Rechenzentren

Energie von Berlin bis Vietnam

Um dir zu erklären, wie viel Strom genau verbraucht wird, fangen wir mit einer Suchanfrage an: Wenn du ihren Strombedarf mit der Zahl 1.000 multiplizierst, könnte ein Auto damit einen Kilometer fahren. Oder andersrum gesagt: 1.000 Suchanfragen benötigen die gleiche Energie, wie ein Auto für einen Kilometer. Bis hierhin verstanden?

Alle Suchmaschinen-Anfragen weltweit müssen pro Stunde also mit der Energie einer 2.000 Kilometer langen Autofahrt versorgt werden. Das ist ungefähr die Strecke von Berlin bis Vietnam. So müssten allein für das Internet 25 Atomkraftwerke laufen. Aber man nutzt heute natürlich auch viele andere Stromquellen, die umweltfreundlicher sind: zum Beispiel Heizkraftwerke. So wie der Autobauer Daimler, der für die Autoproduktion in Sindelfingen ein eigenes Heizkraftwerk gebaut hat.

Wellenreiten im Auto

Stromverbrauch Internet
Mit dem Comand-System hast du auch im Auto Zugang zum Internet

Doch nicht nur am Computer oder Smartphone kannst du das Internet nutzen. Dank Systemen wie „Comand“ von Daimler lässt sich auch im Auto surfen. Dafür nutzt es ein internetfähiges Handy und baut darüber eine Netzverbindung auf. So lässt sich zum Beispiel ein Video viel komfortabler während der Fahrt anschauen. Natürlich gilt dieser Service nicht dem Fahrer, der blickt stets nur auf die Straße. Noch spannender wird es allerdings, wenn nicht Menschen, sondern Fahrzeuge das Internet nutzen.

Genau das passiert beispielsweise beim Truck Platooning. Viele LKW fahren in einer Kolonne ganz eng hintereinander her. Somit können sie Energie sparen – in diesem Fall Benzin. Das ist aber nur möglich, wenn sie untereinander vernetzt sind, damit der LKW hinten weiß, wann der Laster vor ihm bremst. Die Vernetzung ist über das Internet möglich.

Du siehst: Das Internet und Vernetzung spielen in unserem Leben eine zunehmend größere Rolle. Gleichzeitig benötigen wir immer mehr Strom. Deshalb soll es künftig immer mehr Strom aus erneuerbaren Energien geben. Wie das funktioniert, kannst du hier nachlesen.

Kleiner Tipp: Einfach ab und zu mal das Handy oder den Computer ausschalten. Das spart Strom und macht den Kopf frei.

Beitragsbild: www.shutterstock.com / Ekaphon maneechot

Bilder: Daimler AG

Die Schlechten ins Kröpfchen

Erinnert ihr euch noch an das Märchen von Aschenputtel? Dabei musste Aschenputtel Linsen lesen. Die schlechten wurden von ihr aussortiert und die guten ins Töpfchen geworfen. Genau dasselbe passiert auch bei der Energieversorgung. Anstatt Linsen sollen nach und nach umweltschädigende Energiequellen aussortiert werden. Die meiste Energie wird heute noch aus fossilen Brennstoffen, wie Erdöl, Kohle oder Gas gewonnen, aber das soll sich ändern. Fossile Brennstoffe sind zwar nicht so gefährlich, wie beispielsweise die Kernenergie aus den Atomkraftwerken. Aber sie schaden trotzdem unserer Umwelt. Durch ihre Verbrennung wird  Kohlenstoffdioxid – kurz CO2 – ausgestoßen. Das ist ein unsichtbares Gas, das schlecht für unsere Erde ist und die Klimaerwärmung fördert.

Die Guten ins Töpfchen

Um den CO2-Ausstoß zu verringern, geht der Trend heute zu erneuerbaren Energien. Sie sind umweltschonend und stehen uns nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Die alte Form der Energiegewinnung soll durch die neue Form immer mehr ausgelesen werden. Man spricht dabei von der Energiewende. Die fünf Superhelden, die die Wende möglich machen, heißen: Sonne, Wasser, Wind, Umweltwärme und Bioenergie. Damit die Energiewende gelingt, sind alle fünf Helden gleichermaßen wichtig.

Energie von Superhelden

Du findest es schön, wenn draußen die Sonne scheint? Meistens ist es dann auch warm und hell. Die Sonnenstrahlen machen aber nicht nur dich glücklich, sondern auch die Umwelt. Mit ihrer Energie kann die Sonne Wasser erwärmen und über Photovoltaikanlagen Strom erzeugen.

Photovoltaikanlage
Gut für die Umwelt: Sonnenenergie

Dass Wasser sehr viel Wucht hat, merkst du, wenn du im Fluss stehst und die Strömung sehr stark ist. Mit dieser Kraft können auch Kraftwerke betrieben und so Strom erzeugt werden.

Staudamm Wasserkraftwerk
Durch Staudämme wird Wasserkraft in Energie umgewandelt

Wenn draußen der Wind pfeift, ist das oft nicht so angenehm. Vielleicht musst du dann gegen ihn ankämpfen, wenn du auf dem Weg zur Schule bist. Aber er hat auch seine guten Seiten: Durch Windkraftanlagen kann Energie erzeugt werden. Und das ist klasse für die Umwelt.

Windenergie
An stürmischen Tagen haben sie viel Arbeit: Windräder

Kannst du dir vorstellen, dass in dem Boden unserer Erde enorm viel Energie steckt? Die Erde hat in ihrem Inneren eine Temperatur von über 1.000 Grad. Wir müssen sie nur nutzen. Die Eigenwärme der Erde wird in Geothermiekraftwerken gewonnen.

Erdwärme, Geothermie
Kaum zu glauben: Im Boden ist ganz schön viel Energie versteckt

Auch die Bioenergie ist eine von fünf Superhelden. Pflanzliche und tierische Abfälle werden dafür in Biogasanlagen verbrannt und dadurch in Energie umgewandelt.

Biogasanlage
Die Biogasanlage produziert Strom aus pflanzlichen und tierischen Abfällen

Danke Sonnenenergie

Auch die Daimler AG nutzt einen Superhelden um Strom zu gewinnen: Die Sonne. Auf dem Dach der neuen Logistikhalle in Germersheim wurde im Sommer 2016 eine riesige Photovoltaikanlage in Betrieb genommen. Mit einer Größe von 15.000 Quadratmetern ist die Anlage so groß wie etwa zwei Fußballfelder. Damit spart Daimler jährlich 755 Kilogramm CO2 ein.

Erneuerbare Energien am Mercedes-Benz After-Sales Standort
So groß wie zwei Fußballfelder: die Photovoltaikanlage der Daimler-Logistikhalle / Foto: Daimler

In der Autoproduktion werden erneuerbare Energien zurzeit gründlich erforscht und immer wichtiger. Denn Autos, die mit Strom statt Benzin fahren, werden in Zukunft immer wichtiger.

Energiesparen ist für die Umwelt wichtig – du kannst helfen:

Um Energie zu sparen kannst auch du deinen Beitrag leisten. Hier ein paar Tipps, die du sofort umsetzen kannst:

  • Akkus nutzen, die du immer wieder aufladen kannst, anstelle von Batterien.
  • Deine elektronischen Geräte ganz ausschalten, denn im Standby-Modus verbrauchen sie Strom.
  • Kurz duschen gehen, anstatt zu lange zu baden. Dadurch sparst du viel Wasser.
  • Deine Brötchen lieber auf dem Toaster aufwärmen, anstatt im Backofen.
  • Das Licht in deinem Zimmer ausschalten, wenn niemand drin ist.