Düsseldorf Wenn ein Autofahrer den Gasfuß hebt oder bremst, verpufft die Bewegungsenergie des Wagens ungenutzt als Wärme. Geht aber der Pilot des weinroten Mittelklassekombis Mazda 6 vom Gas, wandelt ein Generator die Bewegungs- in elektrische Energie um und speichert sie blitzschnell in einem sogenannten Superkondensator. Der ist im Gegensatz zu Batterien in Sekunden geladen und versorgt dann Navigationssystem, Radio, Klimaanlage und Bordbatterie mit Strom. Der Motor vergeudet dadurch keinen Treibstoff mehr mit dem Betrieb der elektrischen Systeme, und das Auto wird sparsamer.
Solche Superkondensatoren sind Neuland im Automobilbau. Zwar loben Ingenieure wie der ehemalige BMW-Forschungschef und heutige Magna-Technologie-Vorstand Burkhard Göschel schon seit Jahren ihre Vorteile. Bisher aber waren sie den Autoherstellern zu teuer und zu leistungsschwach.
Das ändert sich jetzt. Mazda bietet als erster Autohersteller in seinem erfolgreichsten Modell 6 (ab 22.090 Euro) ein sogenanntes regeneratives Bremssystem namens i-Eloop an, das Superkondensatoren als Energiespeicher nutzt. Die sind mittlerweile nicht nur billiger, langlebiger, leichter und weniger temperaturempfindlich als ihre Konkurrenten, die Lithium-Ionen-Akkus.
Der japanische Hersteller verspricht auch bis zu zehn Prozent Treibstoffersparnis. Im knauserigsten Modell soll die Technik einen Durchschnittsverbrauch von weniger als vier Liter Diesel auf 100 Kilometer ermöglichen - ganz ohne Elektromotor. Damit werden die Superkondensatoren zu Hoffnungsträgern von Autoherstellern und Batterieentwicklern.
Grund dafür ist ihre spezielle Bauweise. Im Gegensatz zu Akkus, die Strom elektrochemisch bevorraten, speichern Kondensatoren Energie elektrisch. Dadurch sind sie in wenigen Sekunden voll geladen - viel schneller als die in Hybridautos eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien, die dafür Stunden benötigen. Genauso schnell geben die Supercaps ihre Energie wieder ab.
Fotografen verwenden Kondensatoren schon seit Jahrzehnten in Blitzgeräten: In der Regel speist darin eine Batterie den Kondensator, der sich dann auf Knopfdruck in Mikrosekunden in Form eines Lichtblitzes entlädt. Die Batterie allein könnte nicht so viel Leistung in so kurzer Zeit zur Verfügung stellen.
Verkürzte Lebensdauer
Die Superkondensatoren, die nun in Autos eingesetzt werden, sind eine Weiterentwicklung dieser Technik. Sie speichern mehr Energie über einen längeren Zeitraum. Ihren ersten Leistungstest absolvierten sie in der Formel 1: Für knappe sieben Sekunden sorgt in den Rennwagen der Strom aus den Superkondensatoren für 82 PS mehr Leistung. Dafür wird dem Benzinmotor ein zweiter, elektrisch betriebener Motor hinzugeschaltet.
Im nächsten Schritt, glauben Experten, werde die Technik in den Massenmarkt kommen. Denn Kondensatoren haben Akkus gegenüber entscheidende Vorteile. Sie nehmen keinen Schaden, wenn sie in kurzer Zeit viel Strom aufnehmen und abgeben - ideal für das Starten von Motoren. Sie funktionieren auch bei minus 40 Grad - und sie halten ein Autoleben lang.
Schon heute verkürzen das ständige Stoppen und Starten des Motors im Stau oder an der Ampel die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien in Hybridautos. Übernehmen Superkondensatoren solche Aufgaben, lebt die Batterie nicht nur länger, sie kann auch kleiner und damit kostengünstiger ausfallen.
Die Kombination aus Lithium-Ionen-Batterie und Superkondensatoren sei ideal, findet Göschel. Vor allem dann, wenn die Hersteller die Spannung der Autobordnetze wie geplant auf 48 Volt verdoppeln, um den wachsenden Stromhunger von Klimaanlage, Bordelektronik und Assistenzsystemen zu stillen.
Der Chef des Elektroautoherstellers Tesla, Elon Musk, bezeichnete Kondensatoren gar als Totengräber der Lithium-Ionen-Akkus in Hybrid- und Elektroautos. Wenn er eine Voraussage machen müsste, was die Stromquelle für Elektroautos in der Zukunft sein würde, würde er darauf setzen, dass es Kondensatoren sind, sagte er auf einer Cleantech-Konferenz in San Francisco.
In jedem Fall haben Elektroautos billigere Stromquellen dringend nötig. Bislang verkaufen sie sich in Deutschland schleppend - nur 4.500 waren zum Jahresanfang zugelassen.
Ob Supercaps tatsächlich eines Tages Lithium-Ionen-Batterien ersetzen können oder nicht: Der Automobilzulieferer Continental verzeichnet heute schon eine größere Nachfrage nach der Technologie, bestätigt Conti-Entwicklungsleiter Carsten Götte: Sein Unternehmen hat ein Start-Stopp-System entwickelt, bei dem der Strom für das nur wenige Millisekunden dauernde Anlassen des Motors aus dem Kondensator kommt.
Derzeit arbeitet Continental daran, dem Start-Stopp-System das sogenannte Segeln beizubringen: Nimmt der Fahrer den Fuß vom Gas, geht der Motor aus, weil das System auch in der Rollphase, also kurz vorm Stillstand der Räder, Treibstoff sparen soll. Anschließend speist der Kondensatorenstrom unter anderem Servolenkung, Bremskraftverstärker, Klimaanlage, Radio, Scheinwerfer und Scheibenwischer.
Weil der Motor dadurch früher ausgeschaltet werden kann, soll das System bis zu zehn Prozent Treibstoff sparen. Bisher kam bei Hybridautos der Strom in dieser Phase aus deutlich größeren und damit teureren Batterien.
Dass Kondensatoren tatsächlich beim Sparen helfen, haben sie anderswo längst bewiesen.
Die Busse sind weiter
Zu den spektakulärsten Beispielen zählen die 17 Busse auf drei Linien in der chinesischen Metropole Shanghai. Der US-Fahrzeughersteller Sinautec hat dafür zusammen mit dem chinesischen Partner Shanghai Aowei Technology Department sämtliche Haltestellen entlang der Strecken in Ladestationen verwandelt.
Die Busse fahren an den Haltestellen Stromabnehmer aus, die sich dort mit einer Oberleitung verbinden. Während die Passagiere aus- und einsteigen lädt der Bus seine Kondensatoren, die im doppelten Boden untergebracht sind. Schon nach 30 Sekunden haben sie genug Strom für die nächsten acht Kilometer Fahrt an Bord. Die Bilanz des Betreibers: Die Busse verursachen nur ein Zehntel der Energiekosten eines Dieselbusses.
Auch der Münchner Bushersteller MAN setzt auf Kondensatoren - bietet seinen Hybridstadtbus namens Lion's City Hybrid jedoch mit Diesel- und Elektromotor an. Bremst der Fahrer, laden sich die Kondensatoren auf dem Dach auf. Mit deren Energie kann der Bus elektrisch von jeder Haltestelle losfahren. Erst nach etwa 500 Metern schaltet sich der Dieselantrieb hinzu.
Die Treibstoffersparnis im Test in München und Nürnberg ist mit bis zu 30 Prozent so groß, dass der MAN-Hybridbus in Serie geht. "Bei diesen An-wendungen wird es jedoch nicht bleiben", sagt Ingenieur Göschel.
Neben Autos und Bussen profitieren auch andere Technologien von den Supercaps: In Windrädern speichern sie elektrische Energie, um die Rotorblätter auch ohne Wind für das erneute Anfahren in die beste Position zu stellen. In Smartphones der nächsten Generation beschleunigen sie das Surfen im Internet. Bei Gabelstaplern wiederum senken sie in Verbindung mit Dieselantrieben den Energieverbrauch um bis zu 15 Prozent. Die Bremsenergie fließt in die Supercaps, die Energie in einen Elektroantrieb abgeben.
Und die beste Zeit der Superkondensatoren kommt laut Göschel erst noch, dann nämlich, wenn in zwei Jahren die nächste Generation noch leistungsfähigerer Stromspeicher auf den Markt kommt: Dann fahren die Autos mit den Kondensatoren kleine Strecken rein elektrisch - ideale Basis für einen kostengünstigen Hybridantrieb.
