"Da gibt es noch nichts Gescheites!"

Staad, CH, 03.08.2019 von Michael Häßler

Wolfgang Rapp aus dem schweizerischen Staad ist einer der Pioniere bei elektrisch angetriebenen Motorbooten. Aufgrund seiner enormen Erfahrungen in diesem Genre hat er sich aber mittlerweile vom Konzept des batteriegetriebenen Gleitboots entfernt. Sein Fazit ist: Die Technik funktioniert, ergibt bei dieser Anwendung aber wenig Sinn. Unterm Strich bleiben hohe Kosten und eine geringe Alltagstauglichkeit. Und die angestrebten ökologischen Vorteile können, zumindest auf diesem Einsatzgebiet, nicht erzielt werden.

IBN: Welche Erkenntnisse haben Sie aus ihrem Elektrobootprojekt gewonnen?

Rapp: Ich bin Segelflieger und dort werden schon seit Längerem Elektromotoren als Hilfsantrieb eingesetzt. Ich habe für das erste Elektroboot Motoren des slowenischen Herstellers Emrax gewählt, der in diesem Marktsegment seit Jahren erfolgreich agiert. Die Slowenen bauen Drehstrom-Außenläufer, die ein riesiges Drehmoment bei geringem Gewicht entwickeln. Beispielsweise wiegt der damals von uns verwendete Motor bei 50 Kilowatt Leistung nur 12,5 Kilogramm. Ein Innenläufer mit derselben Leistung hätte 70 oder 80 Kilogramm gewogen. Allerdings sind Außenläufer etwas aufwendiger zu kühlen. Die Regelung der Motoren kam von der Firma Unitek in Leutenbach bei Stuttgart. Das Problem war damals, dass wir zwei Motoren auf einer Welle gekoppelt haben, was man eigentlich nicht tun sollte. Aber wir hatten eben keine stärkeren Motoren. Mittlerweile baut Emrax Antriebe bis 400 Kilowatt, die mit 800 Volt laufen. Das Problem bei gekoppelten Motoren ist, dass die Drehfelder genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Diese anfänglichen Schwierigkeiten wurden aber gelöst und die Technik funktionierte später tiptop.

Die Batterien kamen aus China. Das waren Akkus vom Lithium-Eisenphosphat-Typ (LiFePo). Das ist der einzige Lithiumakku, der aus Sicherheitsgründen in einem Boot zum Einsatz kommen sollte. Dabei haben wir festgestellt, dass die Zellenspannungen dieser Akkus 4,25 Volt betragen, statt der eher üblichen 3,6 Volt. Das hat uns der Hersteller damals auch bestätigt, und es wollte mir kaum jemand glauben. Die haben ihre Zellen mit irgend einem zusätzlichen Material bestückt. Was das genau war, weiß ich nicht. Aber es hat funktioniert. Aus Sicherheitsgründen sind wir aber nicht ans Limit gegangen, sondern haben die Maximalspannung auf 3,85 Volt begrenzt. Damit wurde eine Ladung von etwa 80 Prozent erreicht. Mit der üblichen Zellenspannung wären bei diesem Akku nur etwa 75 Prozent Ladung realisierbar. Lithium-Ionen-Akkus funktionieren technisch heutzutage sehr gut. Da kann man nichts Negatives sagen. Das Problem sind aber die Rohstoffe Lithium und Cobalt. Das sind seltene Erden, die unter katastrophalen Arbeitsbedingungen unter ebenso katastrophalen ökologischen Bedingungen abgebaut werden.

IBN: Wo kommen diese Rohstoffe her?

Rapp: Lithium kommt vorwiegend aus südamerikanischen Staaten . . .

IBN: . . . und Cobalt aus dem politisch instabilen Kongo, wobei der Weltmarkt zu weiten Teilen aus dem chinesischen Raum kontrolliert wird.

Rapp: Ich habe jedenfalls das Gefühl, dass die Ära der batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge nur kurze Zeit dauern wird, jedenfalls mit dieser Batterietechnik. Ein Professor der Hochschule Esslingen, mit dem ich damals zusammenarbeitete, hat mir mal gesagt, dass das auf der Erde vorhandene Material zur Batterieherstellung nur für etwa zehn Prozent aller Fahrzeuge ausreichend vorhanden wäre. Diese Technik kann also längerfristig nicht funktionieren. Aufgrund meiner Erfahrungen bin ich jedenfalls sehr kritisch gegenüber dieser Antriebsart eingestellt und gerade beim Boot ergibt das alles überhaupt keinen Sinn. Dazu kommt die Ladezeit. Schnellladung funktioniert zwar, aber eben nicht in der kurzen Zeit, in der ich an der Tankstelle den Tank voll mache. Beim Wasserstoff als Energieträger sähe das beispielsweise anders aus.

IBN: Sehen sie also das Ende des Elektroantriebs gekommen, noch bevor die Ära richtig begonnen hat?

Rapp: Es gibt sicherlich Situationen, in denen es keine Alternative zu Batteriestrom gibt, aber wo das nicht der Fall ist, sehe ich keinen Nutzen im batteriegespeisten Elektroantrieb. Weder auf der Straße und schon gar nicht auf dem Boot. Die Batterie muss immer wieder geladen werden und den Strom dafür muss ich irgendwoher holen. Niemand möchte Atomkraftwerke, aber die regenerative Infrastruktur reicht meiner Meinung nach nicht aus, um die vielen Batterien laden zu können, wenn man auf Elektroantrieb umsteigt. Das ist alles weder logisch noch zu Ende gedacht. Es kann nicht funktionieren und das sollte doch jeder merken. Die Realität beim Boot ist auch, dass es dann, wenn Sonnenenergie zur Ladung zur Verfügung steht, gefahren wird. Nachts, wenn das Boot im Hafen liegt und geladen werden könnte, steht aber keine Sonnenenergie zur Verfügung.

Bei unserem Projekt habe ich einige Ideen gehabt, was die Energieversorgung aus regenerativer Quelle anbelangt. So gab es Pläne, über dem Bootsliegeplatz ein Solardach auf Schwimmkörpern zu errichten, das einen zweiten Akku an Land auflädt. Aus diesem Akku könnte das Boot nachts geladen werden. Technisch wäre das möglich und es steht tagsüber genügend Energie dafür zur Verfügung. Die erste Frage ist aber, ob der Hafenbetreiber das möchte und so eine Anlage überhaupt gestattet. Die nächste Frage betrifft die Genehmigung solcher Anlagen durch übergeordnete Behörden. Solche Dinge werden oft etwas ambivalent gehandhabt. Auf der einen Seite möchte man „Grün“ handeln, aber wenn dann jemand tatsächlich „Grün“ macht, ist es auch wieder nicht recht.

Und schließlich stellt sich auch die Sinnfrage, wenn man statt der einen Batterie auf dem Boot plötzlich noch eine zweite Batterie für die Zwischenspeicherung an Land braucht. Also die doppelte Menge der kritischen Rohstoffe zum Einsatz kommt. Diese Technik ist eben nicht „Grün“ und auch Solarmodule werden nicht ohne Umweltbelastung produziert und später entsorgt. Außerdem kommt die normale Stromversorgung am Steg schnell an ihre Grenzen, und bei der Ladung von mehreren Elektrobooten an einem Steg ist diese Grenze dann überschritten.

Die Batterie in unserem Boot kann man in fünf Stunden laden und bei Volllast trotzdem nur eine Viertelstunde fahren. Für diese schnelle Ladung brauchen wir eine Zuleitung von mindestens vier Kilowatt. Wir haben deswegen die Batterie in vier Ladepakete mit jeweils 15 Zellen aufgeteilt, die aus jeweils einem Ladegerät versorgt werden. Dann konnte man das auf zwei Phasen mit jeweils zehn Ampere verteilen. Dann reicht’s gerade so. Von den drei Phasen, mit denen die meisten Steganlagen „angefahren“ werden, brauchen wir für unser Boot schon zwei Phasen. Die Ladung eines zweiten Elektroboots wäre am selben Steg also gar nicht möglich, wenn nicht die komplette Stromversorgung im Hafen grundlegend umgebaut würde.

Ein weiterer Grund, weshalb wir den Akku in vier Ladebereiche aufgeteilt haben, ist, dass die Spannungsdifferenz zwischen den Einzelzellen nicht mehr als 0,1 Volt betragen darf. Und je mehr Zellen gleichzeitig geladen werden, umso schwieriger ist die Überwachung und Regelung dieser geringen Ladungsdifferenz. Der Balancer regelt das über einen Lastwiderstand, der beim Überschreiten der Differenzspannung eingeschaltet wird und überzähligen Strom in Wärme umwandelt. Ansonsten würde die Zelle überladen werden.

IBN: Also entstehen schon beim Laden unvermeidliche Energieverluste. Können sie diese beziffern?

Rapp: Die Lösung mit den Lastmodulen ist einfach, verursacht aber die höchsten Energieverluste. Wie hoch die genau sind, kann ich nicht sagen. Eine andere Lösung wäre, jede Zelle einzeln zu laden. Dazu bräuchten wir ein Ladegerät mit 60 Ausgängen. Das schaltet den einzelnen Ausgang dann einfach ab, sobald die Endspannung erreicht ist. Für den Einsatz auf dem Boot halte ich solche Geräte nicht für ideal, weil diese keine Erhaltungsladung liefern. Sie schalten sich erst wieder ein, wenn ein unterer Wert erreicht wird. Die Erhaltungsladung hält dagegen immer eine konstante Zellspannung und man kann jederzeit mit einer vollen Batterie starten.

IBN: Wie hoch ist die Lebensdauer der Batterien?

Rapp: Die Lebensdauer von LiFePo-Batterien wird mit sieben bis zehn Jahren angegeben, wenn man die volle Kapazität braucht. Meine Erfahrung ist, dass man sieben Jahre mit voller Kapazität hohe Ströme entnehmen kann und in den restlichen drei Jahren einen gewissen Kapazitätsverlust in Kauf nehmen muss. Danach kann man die Batterie nochmal etwa zehn Jahre als Verbraucherbatterie für niedrige Ströme nutzen.

Wir haben unser Elektroboot nicht mehr im aktiven Einsatz und ich habe die Einzelzellen zu Batterien für ein 12-Volt Bordnetz umgebaut. Die Batterietechnik ist ausgereift und funktioniert gut, und als Bordnetzbatterie halten die Akkus praktisch ewig. Im Übrigen gibt es von vornherein zweierlei Arten von LiFePo-Batterien. Welche, die als Leistungsbatterie für hohe Ströme ausgelegt sind, und welche, die von vornherein für geringe Ströme optimiert wurden. Letztere sind etwas preisgünstiger.

IBN: Wenn der Elektroantrieb ihrer Meinung nach dann der falsche Weg ist, was schlagen sie dann vor?

Rapp: Dass der Elektroantrieb der falsche Weg sei, habe ich nicht gesagt. Elektromotoren haben klare Vorteile gegenüber Verbrennungsmotoren und auch die Batterien funktionieren sehr gut. Ich halte aber große Batterien, die mit Landstrom geladen werden, auf dem Boot nicht für sinnvoll. Gleitfahrt braucht sehr viel Energie. Dazu kommt, dass ein wesentlicher Vorteil des Elektroautos beim Boot nicht genutzt werden kann. Boote fahren quasi immer „bergauf“ und man kann keine Bewegungsenergie in elektrischen Strom zurückverwandeln, indem man vom Gas geht und „ausrollen“ lässt, bergab fährt oder bremst. Der Widerstand im Wasser ist immer vorhanden. Es muss die komplette Energiemenge, die unterwegs gebraucht wird, von vornherein eingelagert und mitgeführt werden. Das braucht viel Platz.

Eine andere Problematik ist, dass Leute mit ihrem Gleitboot Wasserski fahren wollen. Das geht elektrisch eben nur ganz kurze Zeit. Eine Viertelstunde „Vollgas“ fahren, bewirkt fünf Stunden laden. Das ist nicht das, was die Leute wollen. Ziehen wir wieder den Vergleich mit dem Auto. Um in der Innenstadt 40 oder 50 km/h zu fahren, braucht man keine große Leistung. Das ist mit einer Wasserstoffbrennstoffzelle mit 10 Kilowatt machbar. Diese zehn Kilowatt entsprechen der Leistung eines Verbrennungsmotors mit rund 14 PS, wobei das Drehmoment des Elektromotors deutlich höher liegt. Damit kann man mit dem Boot schon eine ordentliche Geschwindigkeit erreichen, aber es ist eben kein Gleitboot. In ein paar Jahren ist die Entwicklung weiter fortgeschritten und die Brennstoffzelle gibt bei gleichem Volumen vielleicht die doppelte Leistung ab. Dann sieht die Welt noch einmal anders aus. Aber ein Gleiter wird daraus noch immer nicht.

Für mich liegt das obere Limit beim sinnvollen Einsatz eines Elektromotors auf dem Boot bei etwa 40 Kilowatt. Für stärkere Motoren werden die Batterien zu groß. Das ist einfach nicht praktikabel und mit zu vielen Zugeständnissen verbunden.

IBN: Wie groß ist eine Brennstoffzelle mit 10 KW?

Rapp: Während Brennstoffzellen mit solcher Leistung vor ein paar Jahren noch nicht transportierbar waren und ein ganzes Zimmer füllten, sind diese heute auf die Größe einer Bierkiste geschrumpft. Was mich wundert, ist, dass die ganze Diskussion auch bei der Automobilindustrie komplett in Richtung Elektroantrieb mit Batterien läuft. Wieso spricht niemand mehr vom Wasserstoff als Energieträger? Das Thema wurde noch vor einigen Jahren als die Zukunft propagiert, weil aus dem Auspuff nichts als Wasserdampf herauskommt. Ich weiß zumindest von einem Autohersteller, dass dieser Wasserstoffmotoren serienreif in der Schublade liegen hat. Wieso kommen diese nicht zum Einsatz? Das wäre doch das vernünftigste und sauberste Antriebskonzept. Auch wenn die Brennstoffzellentechnik funktioniert, muss damit der Wasserstoff zuerst in elektrische Energie und danach in mechanische Energie umgewandelt werden. Jede Energieumwandlung ist aber mit mehr oder weniger hohen Verlusten verbunden. Das ginge doch viel einfacher, wenn der Wasserstoff direkt einen Verbrennungsmotor antreibt.

IBN: Und zusätzlich begrenzt die Brennstoffzelle das Energiepotenzial des Wasserstoffs . . .

Rapp: Wenn kurzfristig eine höhere Leistung gefordert ist, kann diese vom Verbrennungsmotor einfach abgerufen werden. Eine Brennstoffzelle kann dagegen nicht mal eben die Leistung zum Beschleunigen vervielfachen. Dazu wären dann wiederum entsprechend dimensionierte Pufferbatterien notwendig. Der einzige Vorteil, den ich beim Elektromotor gegenüber dem Wasserstoffmotor sehe, ist sein höheres Drehmoment.

Vielfach werden Sicherheitsaspekte gegen den Wasserstoff ins Feld geführt, weil Knallgas hoch explosiv ist und die Tanks unter sehr hohem Druck stehen. Aber auch ein Benzintank kann bei einem Brand oder Unfall explodieren. Und vom Gefahrenpotenzial einer Lithiumbatterie reden wir besser erst gar nicht. Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie ist noch relativ harmlos, aber Lithium-Polymer-Batterien sind höchst gefährlich. Auch sind die Feuerwehren derzeit noch hoffnungslos damit überfordert, weil sie gar kein Löschmaterial für solche Brände haben. Das einzige, was hilft, ist Sand, aber soll die Feuerwehr mit dem Muldenkipper zum Löschen kommen? Wenn man mit Wasser löschen will, kann man auch gleich Benzin nehmen. Der Effekt ist fast derselbe. Jedenfalls ist das Thema noch nicht gelöst.

IBN: Wie sieht es mit Erdgas aus? Wäre das auf Booten denkbar?

Rapp: Selbstverständlich. Das funktioniert genau gleich wie ein Verbrennungsmotor. Es hat allerdings auch dieselben Probleme beim Abgas, vor allem mit dem NOx. Damit sind wir wieder beim kuriosen Thema „Dieselfahrverbote in Deutschland“. Je sauberer ein Dieselmotor verbrennt, umso höher ist sein NOx-Ausstoß. Beides hängt unmittelbar zusammen. Diese ganze Diskussion hat jedenalls schizophrene Züge. Ohne CO2gäbe es keine Bäume und überhaupt keine Pflanzen. Irgendetwas kann dabei doch nicht stimmen.

Der Elektromotor ist sicherlich nicht schlecht, aber auch nicht in jedem Fall die beste Lösung. Und ich zweifle an der Glaubwürdigkeit der Politik, die derzeit hinter all diesen Themen steckt. Da wird den Leuten doch Sand in die Augen gestreut. Nochmal: Der Elektromotor ist o.k. Es gibt nichts Besseres. Die Energieversorgung ist aber ein ungelöstes Problem. Da gibt es noch nichts gescheites und im Moment ist man meiner Meinung nach auf dem völlig falschen Gleis.

IBN: Wir bedanken uns für das Gespräch.