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Tesla. Die Vernetzung des Automobils

by georg on September 20th, 2013

2013, das Jahr in dem Tesla erstmals einen Gewinn erzielte, das „Model S“ zum “Car of the Year” gewählt und zum Verkaufserfolg wurde, und der Börsekurs in die Höhe schoss (aktuell ist die Marktkapitalisierung von Tesla höher als von Porsche oder Renault!)

Und 2013 führte Tesla einen Blitz-Batterie-wechsel ein, der das Aufladen eines Elektroautos in weniger als 2 Minuten erlaubt, also mehr als doppelt so schnell wie das Volltanken eines Benzinautos. (hier ein lustiges Video, in dem Elon Musk den Wettkampf zwischen “Tesla Supercharger” und Tankstelle moderiert).

Ja, ich denke, Tesla verändert unser Verständnis des Automobils; hat eine Akzeptanz für Elektroautos geschaffen wie kein anderes Unternehmen. Das ist erstaunlich für ein kaum 10 Jahre altes Unternehmen.

Die Eleganz liegt in der Einfachheit. Wenn man sich von der Konvention befreit, davon, wie die Dinge derzeit sind und daher selbstverständlich scheinen, dann ist das mit dem Verbrennungsmotor doch eine absurd plumpe Sache: jeder Wagen benötigt sein eigenes Kraftwerk; dieses hat ein im Vergleich zum Gesamtpaket exorbitantes Gewicht, verbraucht daher einen Gutteil der erzeugten Leistung dafür, sich selbst zu bewegen. Es wird mit einer schweren Ladung von außergewöhnlich gefährlichem Material befüllt, und erzeugt, da Explosion, hohe Temperaturen und laute Geräusche. Würde man fordern, dass jeder Haushalt sich für die Energieerzeugung sowas in die Küche stellt? Um wieviel eleganter wirkt da ein Batterieauto, das den in Kraftwerken relativ effizient erzeugten Strom umsetzt. (Die Diskussion um “Wirkungsgrade” ist komplex, siehe Wikipedia; je nach Betrachtungsweise sind Elektroautos 2 bis 3mal so effizient, siehe auch. Das eindrücklichere Bild liefert wiederum Tesla mit seinen “Tankstellen”, in denen lokal erzeugter Solarstrom verwendet wird)

Die Einfachheit der Technik bewirkt, dass Eletromotoren deutlich weniger Bauteile und deutlich weniger Wartung (Öle, Ersatzteile) brauchen. Tatsächlich waren Elektroautos am Anfang der automobilen Entwicklung verbreitet – um 1910 sollen 40% der Automobile in den USA Elektroautos gewesen sein (siehe).

Abb; Lohner-Porsche Hybrid „Semper Vivus“, 1900, mit Elektro-Nabenmotor

Das Verschwinden des Elektromotors Anfang des 20. Jahrhunderts lag vermutlich weniger an technischen Nachteilen als an kulturellen und politischen Faktoren. Was mir aufgefallen ist: In Werbungen um 1900 wurde hervorgehoben, dass sie durch die Einfachheit der Bedienung das ideale Automobil für Frauen sind. Ich habe den Verdacht, dass gerade die Nachteile des Verbrennungsmotors – laut, stinkend, gefährlich, nur mit körperlicher Anstrengung zu bedienen (Startkurbel!) – zu seinem Siegeszug beigetragen haben: als Symbol von Männlichkeit, Individualität und Stärke. Es ist erstaunlich, wie eine zumindest ebenbürtige Technologie fast ein Jahrhundert fast vollständig untergehen konnte; und angesichts der überzeugenden Vorzüge des Elektromobils ist die Frage nicht, wie man Elektroautos den herkömmlichen Benzinautos gleichwertig machen kann, sondern warum trotz seiner vielen Nachteile das Benzinauto über 100 Jahre beherrschend sein konnte.

Der Vorläufer des Tesla-Konzepts: Camille Jenatzy stellte im April 1899 mit seinem selbst gebauten Elektroauto „La Jamais Contente“ mit 105,88  km/h einen neuen Geschwindigkeitsrekord auf

Tesla ändert die Vorstellung von Elektroautos

Das einflussreiche US-Magazin “Consumer Reports” titelte treffend: “Tesla Model S – The electric car that shatters every myth”. Tesla argumentierte nicht über die Vernunft – denn rational war das Elektroauto immer schon eine mindestens ebenbürtige Alternative – sondern über das Image. Der erste entscheidende Schritt war es, mit dem „Roadster“ einen schnittigen Sportwagen zu entwickeln.

Das konterkarierte das herkömmliche Image von „Alternativautos“ (plump, unförmig, bemüht); unverständlich, dass BMW seinen heuer eingeführten „I3“ genauso gestaltet hat, wie man sich vor Tesla ein Elektroauto vorgestellt hat, quasi Birkenstock auf Rädern. Dieses schnittige Design von Tesla beruht aber auf einer grundsätzlichen technologischen Eigenschaft von Elektromotoren im Vergleich zu Verbrennungsmotoren: die sofortige Verfügbarkeit der vollen Leistung. Daher ist die Beschleunigung eines Teslas so beeindruckend, dass kein Verbrennungsmotor-Sportwagen mithalten kann. (hier ein englischer Autotest, in dem der stoische Reporter “blown away” wird)

Es ist nicht ein Design-Gag, sondern ein grundlegender technologischer Vorzug in Design umgesetzt. Elektromotoren liefern ihre Energie in einem sehr weiten Drehzahlbereich, daher die überlegene Beschleunigung; daher benötigen sie auch kein aufwändiges Getriebe mit Schaltung. Ein Bauteil, ein Verschleißteil, ein Ölwechsel weniger.

Aus der einfachen Bauweise ergeben sich auch Vorteile für die Verwendung des Raums: der kleine Motor kann auch im Boden integriert werden, womit der Frontbereich als effiziente Knautschzone gestaltet werden kann; die Batterien werden in der Bodenplatte angebracht und sorgen für eine gleichmäßige Gewichtsverteilung und einen tiefen Schwerpunkt; beides erhöht die Sicherheit des Autos enorm. Dass der Tesla zum „sichersten je getesteten Fahrzeug“ erklärt wurde, ist also eine Konsequenz aus dem Elektroantrieb.

Der zweite Schritt ist die Steigerung der Leistungsfähigkeit der Batterien – die Kapazität bei Tesla Model S  ist rd 4mal höher als bei anderen Elektroautos. Soweit ich es verstehe, ist es Tesla gelungen, eine große Anzahl von kleinen Lithium-Ionen-Batterien zusammenzupacken und intelligent zu vernetzen. Das bewirkt auch eine beliebige Ausformung des Ladevorgangs; das Auto kann teilweise, langsam, schnell, vollständig aufgeladen werden, weil immer nur ganz leere Batterien geladen werden. Das erhöht die Lebensdauer. Und Tesla hat es inzwischen geschafft, Reichweiten zu erreichen, die sich kaum noch von konventionellen Autos unterscheiden: der Tesla S erreicht mit einer vollen Batterieladung 500km! Damit gehen den Gegnern allmählich die Argumente aus.

Vom Individualverkehr zum vernetzten Verkehr

Die Reichweite der Batterie ist in der Praxis viel unbedeutender als in der Vorstellung; die meisten Fahrten sind kürzer als 80km. Interessant fand ich, was ein Tesla-Besitzer in einem Interview sagte: das er das Auto eher wie einen Laptop ladet als wie ein Auto tankt, d.h. immer wenn eine Steckdose in der Nähe ist, hängt er das Auto an. Es erscheint mir plausibel, dass sich eine andere Nutzung ergibt, als wir sie von der Infrastruktur des konventionellen Autos kennen. So gesehen beruht der beginnende Siegeszug des Elektroautos auf unseren Erfahrungen mit dem Internet: es ist uns selbstverständlich geworden, einen Großteil unseres Alltags vernetzt zu verbringen; unsere Computer sind sowieso immer online, unsere Laptops bewegen sich von einem W-Lan zum anderen und die Smartphones haben das Netz allgegenwärtig werden lassen. Diese Entwicklung ist fundamental; sie verschiebt die Vorstellung von Individualität und Kollektivität. Unter Berücksichtigung, wofür Automobile in unserer Kultur stehen und wie ihr Siegeszug einst erfolgte, sind die Konsequenzen massiv: wenn Vernetzung besser ist als Autonomie, dann ist die Abhängigkeit des Elektroautos vom Stromnetz nicht mehr ein Nachteil, sondern eröffnet ein völlig neues Verständnis von „Auto“-Mobil: nicht mehr autonom mobil, sondern vernetzt mobil.

Anders als vor 100 Jahren ist Strom inzwischen allgegenwärtig; überall setzen wir Strom ein, überall gibt es daher „Ladestationen“. Das trifft auf Benzin nicht zu, das gibt es nur in eigens konzipierten Tankstellen. Die Zukunft des Elektro-Autos wird daher vermutlich weniger die sein, dass die Tankstellen zu Ladestationen umgerüstet werden, sondern dass es überall Verbindungsstecker für Elektro-autos gibt. Ja, einen Tesla kann man auch mit einem Laptop-Ladegerät laden, dauert halt eine Zeit. Die Reichweitensteigerung ist also ebenso wie das schnittige Design eher ein emotionales Plädoyer, ein Zugeständnis an die Gefühle der Konsumenten als dass es die entscheidende technologische Veränderung wäre.

Elektro-autos und der Umbau der Stromnetze.

Eines der absurden Ergebnisse des Ausbaus dezentraler alternativer Stromerzeugung – Photovoltaik auf Hausdächern – ist, dass das Stromnetz diese gar nicht absorbieren kann, weil es auf zentrale Stromerzeugung und nur in eine Richtung fließenden Strom ausgelegt ist. Daher sagen Experten, dass die nächste große industrielle Umwälzung der Umbau unserer Stromnetze in „intelligente“ sein wird. D.h. das Stromnetz wird dem Internet ähnlicher, mit „Routern“ an jedem Knotenpunkt, die ausrechnen, was sie mit jeweiligen „Strompaketen“ tun sollen, an welchen nächsten Knotenpunkt sie diese weiterleiten sollen.

Ein zentrales Element in dieser Vision des intelligenten Stromnetzes ist die Energiespeicherung. Je mehr Strom aus Quellen wie Wind und Sonne kommt, die nicht beliebig gesteuert werden können wie die Öl- oder Gaszufuhr in einem kalorischen Kraftwerk, desto relevanter wird es, diese Art von Strom zwischenzuspeichern. Diese “Strompufferung” erlaubt es, nicht den gesamten Strombedarf in Form von konventionellen Kraftwerken in Reserve halten zu müssen für jene Zeiten, in denen weder Sonne scheint noch Wind weht; und es müssen nicht umgekehrt Windräder vom Netz genommen werden, weil ihre Stromerzeugung gerade nicht absorbiert werden kann.

Statt zentraler Stromspeicher werden dabei dezentrale, lokale Speicher gefördert – so etwa derzeit in Deutschland. Der Gedanke dabei ist, dass jede Fotovoltaik-anlage ihren dazugehörigen Speicher hat, damit der Haushalt dauerhaft autonom ist. In einem Interview hat ein Manager eines großen deutschen Energieunternehmens die Fantasie gesponnen, das sie auf diese dezentralen Speicher zugreifen könnten, um ihren Überschussstrom zwischenzulagern. Das ist einleuchtend, weil das Problem ist ja der Spitzenstrom; also die Tageszeiten mit dem höchsten Strombedarf; um diesen zu stillen, müssen große Kapazitäten geschaffen werden, die den Großteil des Tages überflüssig sind. Solche Reserven sind daher das Teuerste an der Stromproduktion.

und was hat das mit Autos zu tun?

Autos, auch Elektroautos, stehen bekanntlich den Großteil des Tages (ich glaub, der Durchschnitt ist 23 von 24 Stunden!); Elektroautos sind also 23 von 24 stunden ein verfügbarer Stromspeicher. Das ist der Punkt, an dem die Verbreitung von Elektroautos und die Entwicklung „intelligenter Stromnetze“ zusammengehen: ein Stromnetz, das in der Lage ist, zu erkennen, wie lange ein bestimmtes Autos geparkt sein wird und sich ausrechnen kann, wann es dieses ladet, wann es dieses als Stromspeicher nutzen kann. Für den Nutzer des Elektro-autos ergibt sich die Perspektive, dass er seine leistungsstarke Batterie an das Energieunternehmen vermietet, also mit dem geparkten Auto Geld verdient. (RWE-pilotprojekt Berlin, Artikel mit Berechnungen,VW-Projekt) .  Und Elon Musk, der Mitbegründer und charismatische Leiter von Tesla, ist auch Mitbegründer des größten US-Photovoltaikanlagenbauers Solar City – und Tesla und Solar City haben ein Pilotpojekt gestartet, um Tesla-Autos als Stromspeicher zu verwenden (siehe)

Schon jetzt bietet Tesla auf seinen „Tankstellen“ an, Autos kostenlos mit Solarstrom in 4 Stunden aufzuladen. Unabhängig davon, ob Tesla oder BMW oder die chinesische BYD der Elektro-Auto-Fabrikant der Zukunft sein werden, wird sich die Funktion und Nutzung von Automobilen verändern, aus dem Auto-Mobil wird ein „Net-Mobil“ werden. Und durch die Vernetzung wird paradoxerweise der erhöhte Strombedarf nicht erhöhte Stromproduktionkapazitäten benötigen, sondern eine Verstetigung des Bedarfs und durch die Möglichkeit der Strompufferung sogar eine Reduktion der Spitzenstromkapazitäten bewirken.

Wireless Laden?

Ich habe dazu ja noch eine Fantasie, nämlich das kontaktlose Verbinden des Autos mit dem Stromnetz. Science Fiction? Einerseits ja; der Namensgeber des Tesla, Nikola Tesla, hat sich, nachdem er mit zahlreichen Patenten das heutige Wechselstromregime mitgestaltet hat, der drahtlosen Energieübertragung gewidmet – in Vorführungen brachte er kontaktlos Lampen (und dann auch sich selbst) zum Leuchten.

Abb: Nikola Tesla in seinem Labor in Colorado Springs.

Andererseits wurde inzwischen der sogenannte „Qi-Standard“ entwickelt, um die Aufladung von Mobiltelefonen u.ä. mittels elektro-magnetischer Induktion einzuführen. Mercedes will diesen ab 2014 in seinen PKWs einsetzen. Es mag vielleicht nicht berauschend sein, dass das Gerät sich in max. 4 cm Entfernung von der Ladestation befinden muss, aber das wesentliche ist wohl, dass hiermit all die unterschiedlichen Stecker-formate wegfallen; dass also für die Stromübertragung ebenso ein globaler Standard gesetzt wird wie für die Wireless-Daten-Übermittlung.

Auch hier sehe ich ein Zusammenwachsen von Stromnetz und Internet und ihrer Technologien. Übrigens war es die Fantasie von Nikoa Tesla, drahtlos Energie UND “Nachrichten” zu übertragen – eines seiner Patente aus 1900, mit dem er die drahtlose Energieübertragung beweisen wollte, gilt heute als erstes Patent zur Funktechnik. Das Qi-Konsortium arbeitet bereits an Standards bis 120Watt – dass diese Technologie eingesetzt werden kann, um geparkte Elektroautos zu laden, scheint mir naheliegend (Für Busse wird das bereits eingesetzt, beispiel). Und tatsächlich befinden sich auch fahrende Autos dauerhaft in einem konstanten und geringen Abstand – zum Boden. Ich meine, die Vorstellung, dass in Zukunft elektromagnetische Induktionsschienen in die Fahrspuren von Autobahnen eingelassen sind, durch die Elektroautos während der Fahrt geladen werden, wäre eine späte Bestätigung für Herrn Tesla. (Auch wenn ich mir das als Science Fiction ausgedacht habe: tatsächlich gibt es Testanlagen).

Aber wie auch immer künftige Standards für Auto-Aufladung aussehen, Elektro-Autos haben einen Nutzen für Energieunternehmen, nicht nur als weitere Stromabnehmer, sondern als Funktion im Netz. Daher haben die Stromanbieter ein Interesse an der Förderung dieser Technologie und das ist relevant, weil damit ein nennenswertes Gegengewicht zur Lobby der Ölunternehmen entsteht und gerade die Geschichte der Hegemonialisierung des Benzinmotors zeigt, dass Lobbies einen entscheidenden Einfluss auf Technikstandards haben – oft mehr als die technologischen Vorzüge selbst.

Summary

Elektro-autos sind

  • technologisch einfacher und daher eleganter, leichter, wartungsarmer und sicherer als herkömmliche, benzinbetriebene Autos.
  • leise, abgasfrei und daher für alle viel angenehmer
  • ein nützlicher Teil einer Gesamtumgestaltung unserer Stromnetze, in denen sie eine Verstetigung des Bedarfs bewirken und eine Zwischenspeicherung erlauben.
  • und sie beschleunigen wuiii.

Tesla schafft es, die gesamtgesellschaftlichen Vorteile von Elektroautos in einen individuellen Lustgewinn umzumünzen und bringt daher Käufer dazu, für ein Elektroauto soviel auszugeben wie für einen Porsche. So wie das Elektroauto vor hundert Jahren aus Imagegründen verschwand, erlebt es jetzt seine Renaissance. Die entscheidenden Umwälzungen passieren jedoch, so mein Argument, nicht im Wagen selbst, sondern seiner Funktion im Netz – das heute ein ganz anderes ist als damals. Wegen der Möglichkeiten dieser Vernetzung wird die Umgestaltung des Automobils vermutlich sehr viel schneller erfolgen als derzeit angenommen (etwa in der vieldiskutierten Studie des Öko-Instituts Freiburg).

Dieses überraschende Schneller-als-Erwartet drückt sich auch in dem rasanten Anstieg des Aktienkurses von Tesla aus; hier wurden wohl zahlreiche “Leerverkäufer”, die auf fallende Kurse gesetzt hatten, von den guten Verkaufszahlen überrascht und müssen jetzt um jeden Preis Aktien kaufen. Das scheint mir ein passendes Bild für das überraschend rasche Eintreffen der Zukunft.

 

Update 2016:

Die letzten 3 Jahre entwickelten sich entlang der vermuteten Richtung: die Verkaufszahlen stiegen an, mit dem Modell 3 kündigte Tesla ein Produkt für den Massenmarkt mit erstaunlicher Anzahl an (kostenpflichtigen!) Vorbestellungen an. Am 19.10.2016 kündigte Tesla an, ab sofort alle Autos mit umfassender “Auto-Pilot”-Hardware auszustatten. Die Tragweite erschließt sich eventuell erst bei weiterem Nachdenken: Die Schwierigkeiten des “Selbstfahrens” liegen in der Software, die die komplexen Entscheidungen beim Fahren treffen können und die Datenmengen der Sensoren in Echtzeit verarbeiten können muss und in den regulatorischen Fragen. Beides entwickelt sich erst – aber alle Teslas sind vorbereitet. Eine mächtige Position – zumal Tesla bereits mehr Daten von seinen Autos gesammelt hat als sonstwer. Die Marktmacht von Tesla verschiebt sich von der innovativen Hardware zur avanciertesten Software und größten Datenfülle. Und warum sollte “self driving” wichtig sein? Nachdem ich ein Video gesehen habe, wandelte sich meine Skepsis (ein Nischenprodukt für Bsoffene) zu fröhlichem “Will-ich-haben”: ich kann mein Auto herbeirufen, mich am Ziel absetzen lassen kann, während es sich selbst einen Parkplatz sucht. Das ist nett, ein Auto, das zusätzlich mein Chaffeur ist. Aber die Enthusiasten von “Teslerati” weisen auf die weitreichenden Folgen hin, meinen, dass der Autopilot mehr zur Änderung des Automobil-Nutzen beitragen wird als irgendeine andere Innovation. Und, ganz im Sinne meiner früheren Überlegungen zum Netzwerk, kündigte Elon Musk das “Tesla Network” – in dem die gemeinsame Nutzung von selbstfahrenden Autos möglich wird. Mit hoher Geschwindigkeit fährt Tesla auf ein integriertes, weltweites Daten- und Energienetz zu.

From → Vermischtes

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