Radeln mit Rückenwind – und mit Sonnenenergie

Auf einer Messe in Bremen wird die eine Ladestation für E-Bikes präsentiert. Die containerartigen Stationen aus Glas und Stahl können an Bahnhöfen, Hotels oder Sehenswürdigkeiten aufgestellt werden. Foto: dpa/Carmen Jaspersen
Auf einer Messe in Bremen wird die eine Ladestation für E-Bikes präsentiert. Die containerartigen Stationen aus Glas und Stahl können an Bahnhöfen, Hotels oder Sehenswürdigkeiten aufgestellt werden. Foto: dpa/Carmen Jaspersen
30.03.2015

Bei dem Stichwort "E-Mobilität" nur ans Auto zu denken, ist zu kurz gedacht. E-Mobilität  spielt sich aktuell einspurig ab – E-Bikes sind die wahren Vorreiter. Weltweit geht ihre Zahl in die Hunderte Millionen. Entwicklungsansätze betreffen das Gewicht der Fahrzeuge und die Reichweite der Batterien.      

Die elektrisch unterstützten Antriebe erleben mit mehreren hunderttausend verkauften Rädern jährlich einen anfänglich nicht erwarteten Boom. Die Verkaufszahlen kennen nur eine Richtung: nach oben. 2013 stieg der Absatz in Deutschland wieder um 8 % auf 410.000 E-Bikes. Damit hat sich der Absatz in Deutschland seit 2010 mehr als verdoppelt. Der Marktanteil betrug Ende 2013 rund 11 %.  Für 2014 liegen noch keine Zahlen vor – Gunnar Fehlau vom Pressedienst Fahrrad schätzt aber, dass es wiederum einen Zuwachs geben wird. Er schränkt aber ein: „Das Wachstum ist nicht mehr ganz so dynamisch, die Kurve flacht sich ab."

Trotz des leichten Nachfrageknicks ist das elektrisch unterstützte Fahrrad das wahre Vehikel der Elektromobilität. Ende 2013 fuhren 1,6 Mio. E-Bikes auf deutschen Straßen. Das ist so viel, wie batteriegetriebene Autos in zehn  Jahren – vorsichtig geschätzt.  Die Bundesregierung hat sich von dem Ziel, in 2020 eine Million E-Autos auf deutschen Straßen zu sehen, längst verabschiedet. Trotzdem wird die öffentliche Diskussion fast ausschließlich "zweispurig" geführt.  Aus der globalen Perspektive ist dieses Missverhältnis zwischen Realität und öffentlicher Aufmerksamkeit noch krasser. Allein in China sind mindestens 120 Mio. Elektro-Einspurfahrzeuge unterwegs – Fahrräder und Scooter. In Südostasien mit den bevölkerungsreichen Ländern Indonesien, Vietnam oder Philippinen sind es wenigstens genau so viele.

Sportler sind interessiert

Nach wie vor ist ein E-Bike eine große Hilfe für körperlich eingeschränkte Menschen. Das sportliche Fahren mit einem E-Mountainbike markiert den anderen Pol des Nutzungsspektrums. Roland Rombach hat sich mit seinem Sport- und Bike Hostel in Kirchzarten im Schwarzwald niedergelassen, einem Mekka der Offroad-Begeisterten. Rombach organisiert mehrtägige Touren im Schwarzwald und hat eine zunehmende Anzahl von E-Mountainbikes im Fuhrpark. "Ich gewinne dadurch neue Kundengruppen", zieht er ein positives Fazit. Bei ihm sind es vor allem die Freizeitbiker mit nicht ganz so durchtrainierten Oberschenkeln. "Die Touren, die wir fahren, wären für diese Gruppe mit einem normalen Bike nicht machbar", sagt er. Bei ihm wollen alle mit dem Mountainbike auf den nahen Feldberg, das sei jetzt auch für die älteren Mitradler zu schaffen. Noch eine andere Zielgruppe nimmt Derby Cycle-Manager Arne  Sudhoff in den Fokus: "Die Touristikzentren können damit eine viel breitere Zielgruppe ansprechen und vor allem auch jüngere Menschen für das sportive Fahren und das E-Bike insgesamt begeistern."

E-Bikes haben Vorbehalte überwunden und sind längst auch bei sportlichen Fahrern populär – hier bei einer Tour an der ehemaligen innerdeutschen Grenze. (Foto: dpa/Joachim Mottl)

Auch Fernreisende mit einer heimlichen Leidenschaft für Extremsport haben anscheinend auf das E-Bike nur gewartet. Susanne Brüsch leitet das Berliner Unternehmen "Pedelec Adventures"  und setzt sich seit 17 Jahren für die Elektroflitzer ein. Mit bis zu 45 km/h schnellen E-Bikes bereiste sie Marokko, Island und die Mongolei. Satte 50 kg brachte ihr Rad auf die Waage, dazu ein Anhänger mit einer Solaranlage zum Aufladen der Batterie mit noch einmal dem gleichen Gewicht. „Allein zehn Kilo wog die Batterie", berichtet sie. Trotz dieser Lasten schafften sie und ihr Team Tagesetappen, die ohne Elektro-Unterstützung undenkbar wären. "Für solche Touren sind die schnellen E-Bikes ideal. Mit einer durchschnittlichen Reisegeschwindigkeit von 32 km/h kamen wir zügig voran." Dank des Solarmoduls auf dem Anhänger durchquerte das Team die mongolische Steppe und Berglandschaft völlig autark.

Weiter auf Seite 2: Eine Frage der Reichweite

Wie weit kann ich fahren?

Ein Anhänger mit Solarpanel, um die Reichweite des E-Bikes zu erhöhen, ist eine praktische Lösung für die mongolische Steppe, aber nichts für deutsche Großstädte. Die Mutter aller E-Mobilitätsthemen ist die Batterie – als Oberbegriff – oder der Akku. Genau genommen ist bereits diese Verallgemeinerung nicht zulässig, weil sie die unterschiedlichen Nutzungen nicht berücksichtigt. In den Entwicklungsabteilungen der Batteriehersteller reift die Erkenntnis, dass jede Fahrzeugkategorie und jeder Einsatzzweck unterschiedliche Speicherkapazitäten braucht. 

Der Akku ist das Herzstück des Antriebsystems und zugleich das Sorgenkind. Herzstück deshalb, weil ihre Leistungsdaten die zentralen Kenngrößen des E-Bikes bestimmen: Reichweite und Ladezeit. „Wie weit kann ich damit fahren?" ist eine der am häufigsten gestellten Fragen, mit denen sich ein Fahrradhändler herumschlagen muss. Unter optimalen Bedingungen schafft ein E-Bike mit Lithium-Ionen-Akku über 100 km, berichtet der Pressedienst Fahrrad in einer Broschüre. Ein ausgezeichneter Wert, könnte man denken. Allerdings werden die Leistungsdaten unter Bedingungen ermittelt, wie sie in der Realität kaum vorkommen. Viele Faktoren wirken auf die Fahrleistung ein, so dass die meisten Hersteller dazu übergegangen sind, die potenzielle Reichweite ihrer E-bikes nicht zu nennen. „30 bis 40 km sind bei einem Qualitäts-E-Bike aber immer drin", sagt ein Brancheninsider. Damit lassen sich die meisten Nutzungen erledigen, die Durchschnittsentfernungen für den Gebrauch eines Fahrrades liegen weit darunter.

Neben dem Sattelrohr bietet der Gepräckträger Raum für den Akku. Ein Problem bleibt das um einige Kilogramm höhere Gewicht der Räder. (Foto: pressedienst fahrrad)

Die Reichweite hängt ab von der verwendeten Batterietechnologie, der Topographie der Route und der Fahrweise des Bikers, um nur die Haupteinflussfaktoren zu nennen. Wer sich maximal vom E-Antrieb verwöhnen lässt oder längere Strecken mit dem Drehgriff am Anschlag hinter sich lässt, muss zurück wahrscheinlich doppelt so kräftig treten. Es sei denn, es gibt eine Gelegenheit zum Aufladen. Dann allerdings heißt es warten. Der niederländische Hersteller Koga gibt für seine aktuellen Akkus mit 300 - 600 Wh je nach Kapazität Ladezeiten von 4 bis 6 Stunden an – wie der Wettbewerb auch. Den physikalischen Gegebenheiten kann sich niemand entziehen. Das sieht auf den ersten Blick nicht sehr alltagstauglich aus. Aber bereits nach 1,5 bis 2 Stunden ist 80 % der Ladekapazität erreicht. – oftmals genug für den weiteren Einsatz.

Die Prinzessin unter den Batterien

Batterien gibt es seit mindestens 200 Jahren, wenn auch die längste Zeit in höchst primitiver Form. Die Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion) markiert heute den Stand der Technik. Die Technologie hat einen rasanten Entwicklungsschub hinter sich – getrieben von den Entwicklern mobiler IT-Geräte wie Handys oder Laptops. Eine fahrradspezifische Entwicklungslinie gibt es nicht, die Branche bediente sich in benachbarten Anwendungen. Schon aufgrund des geringen Leistungsgewichts ist für ein E-Bike ein Li-Ion-Akku die Technologie der Wahl. Eine Li-Ion-Zelle besteht aus einer Graphit-Elektrode und einer Li-Metalloxid-Elektrode – zum Einsatz kommen hier Mangan-, Nickel- oder Kobaltverbindungen. Lithium reagiert aufs Heftigste mit Wasser, deshalb muss der Elektrolyt wasserfrei sein. Üblich sind gelöste Lithiumsalze in wasserfreien Lösungsmitteln. Wie bei anderen Batterietechnologien auch trennt ein Separator die beiden Elektroden, um einen Kurzschluss zu verhindern.

Geladen wird die Batterie mit einem konstanten Strom bis zur Erreichung der Nennspannung  und danach weiter mit konstanter Spannung. Dabei pumpt das Ladegerät Elektronen in die Graphitelektrode. Im Innern der Batterie wandern die Li-Ionen durch den für sie durchlässigen Separator zur Graphitelektrode. Hier vereinigen sie sich mit den gepumpten Elektronen und lagern sich als Lithium-Atome in den Graphitschichten ein. Beim Entladen dreht sich dieser Vorgang um. Die Literatur nennt das den „Schaukelstuhl-Effekt“. Die freiwerdenden Elektronen fließen beim Entladen durch den angeschlossenen Verbraucher – eben elektrischer Strom. Die Graphit-Elektrode und die Li-Metalloxid-Elektrode wirken bei dem ganzen Vorgang wie ein Schwamm und können eine große Anzahl von Li-Ionen aufnehmen. Das ist gleichbedeutend mit einer hohen Energiedichte. Im Wesentlichen bestimmt das verwendete Metalloxid die Energiedichte. Bei jedem Lade- und Endladevorgang werden abhängig vom verwendeten Material der Li-Metalloxid-Elektrode 50 bis 90 % des Lithiums ausgetauscht.

Große Fortschritte nicht in Sicht

Verglichen mit der Vorgängergeneration hat sich das Leistungsgewicht halbiert. Das hat seinen Preis. Für die Fahrradindustrie liegen keine belastbaren Zahlen vor. Ein Blick in die Autoindustrie vermittelt aber einen Eindruck von der Größenordnung: Die nationale Plattform Elektromobilität (NPE) sieht einen Mindestpreis von 380 €/kWh für E-Autos vor. Einem Bericht in den VDI-Nachrichten zufolge schätzt der VW-Forschungsleiter Frank Seyfried das Kostensenkungspotenzial der Li-Ion-Technologie auf maximal 30 %. Auch wenn sich diese Angaben auf die Automobilindustrie beziehen, gelten sie im Kern für alle Batteriesysteme. Für die Fahrradindustrie heißt das, dass die Kosten für ein E-Bike nicht wesentlich sinken werden. Alternative Batteriekonzepte erwartet weder die Automobil- noch die Fahrradbranche. Ansätze wie Lithium-Luft oder Lithium-Schwefelzellen erfüllen hinsichtlich der Ladezyklen nicht die Anforderungen, die man an mobile Technologie stellen muss. So bleiben kleine Schritte, die die Technik optimieren. Ein persönlicher Wunsch des Autors: Macht die E-Bikes leichter.  

Weiter auf Seite 3: Exkurs über Ladesysteme

 

Wer gut lädt, der gut fährt

Die meisten E-Bike-Nutzer dürften ihren Akku an der heimischen Steckdose aufladen. Darüber hinaus gibt es aber mit über 2.000 Ladestationen bereits in Deutschland eine nennenswerte Infrastruktur. Zusätzlich werden mobile Aufladesysteme entwickelt, die ihren Strom aus einem Photovoltaikmodul beziehen, ihr Minikraftwerk also mit sich führen. Hier eine Auswahl der Ladesysteme, die auf dem Markt sind:

  • Das Unternehmen "E-Bike Solarladestationen" aus Tespe bietet einen Omniport an. Hinter diesem etwas irreführenden Namen verbirgt sich ein überdachter Fahrradstellplatz mit Ladeanschlüssen. Der Clou: Das Dach des Omniports trägt eine Photovoltaikanlage, die den Strom für das Aufladen von vier E-Bikes gleichzeitig liefert.  Drei Aspekte sind es, die den Charme des Omniports ausmachen. Erstens trägt das System dem Klimaschutzgedanken Rechnung: Der Strom ist sichtbar Sonnenstrom. Zweitens kostet der Strom nichts außer der Investition für den Omniport und die einfache Montage. Die Zielgruppe – Fahrradhändler, Supermärkte, Gastronomie, Freizeiteinrichtungen – erreicht mit relativ wenig Kosten einen großen Imagegewinn. Drittens ist der Omniport eine Insellösung und damit an keine Elektroinstallation gebunden. Er wird dort aufgestellt, wo Platz ist und die Sonne scheint.
  • Das österreichische Unternehmen "Bike Energy" konzentriert sich auf Ladesysteme für den öffentlichen Raum, die aus dem öffentlichen Stromnetz gespeist werden. Unternehmenschef Rupert Stranger glaubt, die Schwächen bisheriger E-Bike-Ladestationen erkannt zu haben. Diese Stationen werden kaum frequentiert, weil kein Angebot touristischer oder gastronomischer Art den E-Bikern das Warten versüße, zeigt er sich überzeugt. Konsequenterweise stellt Bike-Energy deshalb seine Stationen an touristisch attraktiven Orten auf. Kunden finden die Österreicher in der Gastronomie und bei Stadtwerken und Kommunen.
  • Die Photovoltaikanlage gibt es bei Bike-Energy auf Wunsch für die Top-Ausführung "Tower" mit bis zu vier Bike- und bis zu zwei Auto-Steckplätzen.  Bei allen Ausführungen müssen die E-Biker nicht ihr eigenes Ladegerät mitführen,  sondern können sich ohne Umwege in die Ladestation einstöpseln. Der Tower mit 22 kW Leistung ist die größte Ladestation im Sortiment. Es ließen sich aber Stationen aneinanderreihen, betont Stranger. Für den Tower legen die Kunden etwa 8.500 € auf den Tisch, das Solarsystem kostet knapp 2.000 € extra.
  • Vielleicht schon bald kommt ein mobiles Aufladegerät auf den Markt. Dabei handelt es sich um ein aufrollbares Solarmodul, das rund vier Kilo wiegt und aussieht wie ein Rucksack. Entwickelt hat den Solarrucksack ein 14 Jahre alter Schüler im Rahmen des Wettbewerbs "Jugend forscht". Innerhalb von drei Minuten soll das System einsatzbereit sein. Es ist davon auszugehen, dass sich die Industrie schon bald für den Rucksack interessiert.

Bike-Energy stellt Ladesäulen an touristisch interessanten Orten auf – das verkürzt die Wartezeit zum Aufladen der Batterie. (Foto: Bike-Energy)

Mehrheitlich handelt es sich um kleine Unternehmen, die den E-Bike-Markt bearbeiten. Die Frage stellt sich zwangsläufig, was die großen Stromkonzerne tun, um mit dem Ausbau der Infrastruktur den E-Bikes und Scootern zu ihrem Recht zu verhelfen. Kaum Interesse am Thema bei Vattenfall: „Das ist nicht unser Kerngeschäft", sagt eine Unternehmenssprecherin, die Einspurfahrzeuge überhaupt nicht auf dem Schirm hat.  Immerhin hat der schwedische Stromriese in zwei Versuchsgebieten mit dem Betrieb von Ladestationen begonnen – natürlich für Autos. Ähnliches gilt für Eon: Hier ist München Versuchsgebiet und auch hier denkt man ausschließlich zweispurig. Bei RWE sieht es besser aus. Der Konzern hat immerhin E-Bikes und Scooter im Blick und baut E-Bike-Ladestationen auf. Außerdem haben zwei Auszubildende den Prototyp einer Solar-Ladestation entwickelt.

Jörn Iken