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Alternative Fahrzeugantriebe: Fahrt in die Zukunft


ÖKO-TEST Spezial Umwelt & Energie - epaper ⋅ Ausgabe 10/2009 vom 07.04.2010

Die Internationale Automobil-Ausstellung (IAA) hat in diesem Jahr einen Blick in eine ganz andere Art der Mobilität geboten: Möglichst umweltfreundlich soll sie sein und trotzdem Spaß machen, verspricht die Branche. Der Elektrosportflitzer gilt als Paradebeispiel für dieses Konzept.


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Foto: Fisker

Der Autoindustrie geht es zurzeit nicht gut. Das machte sich auch auf der diesjährigen Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) in Frankfurt am Main bemerkbar. Obwohl die IAA als wichtigste Messe der Branche gilt, fi el sie mit 750 Ausstellern im Vergleich zur letzten Pkw-Schau 2007 ein knappes Drittel kleiner ...

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Der Autoindustrie geht es zurzeit nicht gut. Das machte sich auch auf der diesjährigen Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) in Frankfurt am Main bemerkbar. Obwohl die IAA als wichtigste Messe der Branche gilt, fi el sie mit 750 Ausstellern im Vergleich zur letzten Pkw-Schau 2007 ein knappes Drittel kleiner aus. Der Verband der Automobilindustrie (VDA) als Messeausrichter konnte der Situation aber auch Gutes abgewinnen: So bleibe mehr Raum für echte Innovationen. Wenn von Neuheiten gesprochen wird, ist oft Senkung des Verbrauchs und des Schadstoffausstoßes gemeint.

Aber nicht nur sparsame Diesel und Benziner wurden in Frankfurt präsentiert, sondern auch alternativ angetriebene Fahrzeuge. „Alternativ“ bedeutet in erster Linie: elektrisch. Die Stromer sind den ebenfalls emissionsarmen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Pkws inzwischen voraus. Hatten die Fahrzeughersteller noch vor wenigen Jahren unterschiedliche Auffassungen von der Zukunft der Mobilität, herrscht heute weitgehend Einigkeit: Das E-Mobil macht das Rennen. Schon allein die Infrastruktur spricht dafür. Steckdosen gibt es viele, und zusätzliche Ladestationen für E-Autos einzurichten, ist kein Problem. Unternehmen springen bereits werbewirksam in die Bresche: Kürzlich stellte das Fastfood-Restaurant McDonald’s in Schweden kostenlose Stromladestationen auf. Wasserstofftankstellen hingegen gibt es nur eine Handvoll. „Auf dieser IAA ist die zunehmende Bedeutung der Elektromobilität klar erkennbar“, so VDA-Präsident Matthias Wissmann. Zum Beispiel die Elektrofl itzer von Tesla und das HybridfahrzeugKarma des amerikanischen Automobilherstellers Fisker. Der Nobelwagen soll bis zu 80 Kilometer im reinen Strombetrieb zurücklegen. Auch Mercedes zeigte mit demS 400 ein Hybridfahrzeug, Opel präsentierte denAmpera, ein Elektroauto mit verlängerter Reichweite durch zusätzlichen Benzinmotor. Audi brachte eine Studie zumR8 als Elektroversion zur Frankfurter Messe mit und Toyota einen Entwurf seines nächsten Hybridmodells.

Mehr „grüne“ Autos

Auch bei vorausgegangenen Branchenereignissen wie dem Genfer Autosalon im Frühjahr zeigten die Alternativen Präsenz. Für die Pkw-Sparte sind die „grünen“ Fahrzeuge ein Hoffnungsschimmer. Sie stehen für Zukunft, der konventionelle Verbrennungsmotor hingegen gilt als Auslaufmodell.

Die Politik hofft, dass Deutschland ein Leitmarkt der Elektromobilität wird und fördert Investitionen in alternative Antriebe. 500 Millionen Euro stehen zwischen 2009 und 2011 für Forschungsund Entwicklungsvorhaben hauptsächlich im Bereich Elektromobilität zur Verfügung. Auch die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie erhält Fördergelder von Staat und Industrie.

Für die Investitionen spricht zum Beispiel, dass in den wichtigen Märkten weltweit eine zunehmende Verschärfung der Abgasgesetze zu beobachten ist. Die EU hat beschlossen, ab 2012 schrittweise einen CO2-Grenzwert für Neuwagen von 130 Gramm pro Kilometer einzuführen. Das entspricht einem Verbrauch von 4,9 Litern Diesel oder 5,5 Litern Benzin auf 100 Kilometer. Ab 2015 gilt dieser Wert für alle Neufahrzeuge. Für viele Autofahrer sind die hohen Benzinpreise ein Grund, sich nach Spritspar-Alternativen umzusehen. 37 Prozent der Autofahrer wären nicht abgeneigt, ein Elektromobil zu kaufen, besagt eine Studie des Beratungsbüros Perraudin-Konzept aus Hannover vom vergangenen Jahr. Allerdings muss die fi nanzielle Basis stimmen. Nur wenn sich die teureren Alternativautos nach einigen Jahren dank geringerer Verbrauchskosten amortisieren, lohnen sie sich für die Käufer.

Teure Alternativen

Doch genau das ist ein Knackpunkt. Reine Elektrofahrzeuge sind derzeit für den Durchschnittskäufer zu teuer. Hohe Entwicklungskosten, geringe Stückzahlen und die teure Batterie beschränken den Einsatz der E-Flitzer weitestgehend auf Modellversuche. Zwischen 15.000 und 20.000 Euro kostet ein Lithium-Ionen-Akku fürs Auto im Moment. Realistische Verkaufschancen haben die Stromer erst, wenn der Batteriepreis auf etwa 5.000 Euro sinkt, meinen Brancheninsider. Um das zu erreichen, muss unter anderem mehr Masse her. Der Fahrzeugbauer Renault erwägt bereits, die teure Speichereinheit gar nicht mit zu verkaufen, sondern an die Kunden zu vermieten, um die Kosten beim Autokauf nicht in schwindelerregende Höhen zu treiben.

Dass die Zahl der Elektromobile wachsen wird, steht außer Zweifel. Uneinigkeit herrscht nur darüber, wie schnell: Marktbeobachter CSM Worldwide rechnet in fünf Jahren mit einer weltweiten Jahresproduktion von 70.000 E-Fahrzeugen, Bosch sieht im Jahre 2015 schon 800.000 Stromer auf den Straßen. Alle namhaften Hersteller tüfteln an elektrischen Lösungen, niemand will die Fahrt in die Zukunft verpassen. In ein bis zwei Jahren sollen bereits eine ganze Reihe E-Mobile in Serie gehen, versprechen die Marketingabteilungen.

Angesichts zahlreicher noch ungelöster technischer und infrastruktureller Probleme mutet das optimistisch an. Immerhin gibt es mit den Hybriden schon Zwischenlösungen. Die Hauptarbeit erledigt bei diesen Zwitterfahrzeugen immer noch der Benzinantrieb, mehr oder weniger kurze Strecken können die Fahrzeuge elektrisch zurücklegen. Der VeteranToyota Prius läuft bereits seit zwölf Jahren, und die Auswahl an Hybriden wächst. ObHonda Insight für etwa 21.000 Euro oder derSiebener-BMW für schätzungsweise 95.000 Euro – der Markt in diesem Segment wird bunter. Noch eine ganze Weile werden sich die Hybriden als Übergangslösung halten. Auf Dauer sind zwei Antriebs- und Speicherarten in einem Auto aber unwirtschaftlich.

Umweltfreundliches Spaßauto

Das Elektroauto muss also früher oder später allein laufen lernen. Wie das funktionieren kann, macht das amerikanische Unternehmen Tesla vor. DerTesla Roadster ist ein Elektromobil, das tatsächlich schon verkauft wird – seit diesem Jahr auch in Deutschland. Die Fachpresse ist begeistert, vor allem da der Stromer so gar nicht anmutet wie ein „Öko-Auto“, im Gegenteil: Der Wagen sieht aus wie ein getunterLotus Elise , beschleunigt in weniger als vier Sekunden von 0 auf 100 Stundenkilometer und hat 285 PS.

Zum echten Rennwagen-Feeling fehlt nur das Geräusch, denn der Roadster ist wie alle Elektromobile fl üsterleise. Der Preis für den alternativen Fahrspaß ist allerdings heftig: Um die 100.000 Euro kostet der fl otte Flitzer.

Wer sich das leisten mag, kann sich immerhin rühmen, das gleiche Auto zu besitzen wie Filmstar George Clooney.

Hybridantrieb

Mercedes: Die elektrische Unterstützung des Verbrennungsmotors soll auch in der Luxusklasse den Spritverbrauch senken.


Foto: Daimler AG

Hybridfahrzeuge mit Elektro- und konventionellem Antrieb könnten sich in den nächsten Jahren rasch durchsetzen. Mit den Zwittern ist man nämlich nicht allein auf Strom angewiesen, die Hauptarbeit erledigt immer noch ein Verbrennungsmotor. Der Elektroantrieb dient als Entlastung, ihm verdanken die Hybriden folglich einen geringeren Spritverbrauch und Schadstoffausstoß.

Hybridfahrzeuge brauchen keinen Strom zu tanken, sie gewinnen ihre Power selbst, denn das E-Aggregat dient zugleich als Generator, der Strom erzeugt, wenn das Fahrzeug langsam wird. Diese Bewegungsenergie wird in der Batterie gespeichert. Um die Reichweite zu erweitern, entwickelt man jetzt jedoch sogenannte Plug-in-Hybride, die über einen Anschluss zusätzlich Strom aus dem Netz tanken können.

Hybridfahrzeuge gibt es in zwei Varianten: Vollhybride sind dank stärkerer E-Maschinen und größerer Batterien in der Lage, über kürzere Distanzen rein elektrisch zu fahren. Mildhybride unterstützen mit einem schwachen E-Antrieb den Verbrennungsmotor nur zeitweise und mit begrenzter Leistung.

Modellbeispiel

Der MildhybridS 400 Blue Hybrid ist laut Hersteller Mercedes der erste Serien-Pkw mit Lithium-Ionen-Akkus. Angeblich halten die Batterien das ganze Autoleben lang. Der Wagen besitzt einen 15 kW starken EMotor, das entspricht 20 PS. Der konventionelle Verbrennungsmotor bringt es auf 279 PS. Die Höchstgeschwindigkeit gibt Mercedes mit 250 km/h an. Der Elektromotor ist zugleich Starter und Generator.

Verzögert das Fahrzeug, gewinnt der Generator Bewegungsenergie zurück. Dank seines zusätzlichen E-Antriebs soll der fast zwei Tonnen schwere Wagen 7,9 Liter Treibstoff auf 100 Kilometer brauchen, die CO2-Emissionen werden mit 190 Gramm pro Kilometer angegeben. Bei Testfahrten fi elen die Ergebnisse nicht ganz so positiv aus. Das Preisspektrum der Luxuslimousine beginnt bei 79.000 Euro.

Das Auto als Öko-Stromspeicher

Regenerativ erzeugte Energien haben den Nachteil, dass das Angebot schwankt. Bei frischen Böen zum Beispiel erzeugen Windräder viel Power, bei Flaute läuft nichts. Ideal wäre es, wenn man den Öko-Strom speichern könnte. Hier kommen Elektrofahrzeuge ins Spiel. Ihre Batterien wären als Puffer einsetzbar. Sie werden mit grünem Strom vollgeladen und speisen die Energie, die sie nicht selbst brauchen, wieder ins Netz. Ein intelligentes Lade- und Abrechnungssystem vorausgesetzt, könnte jeder E-Mobilbesitzer mit dem Strommakeln Geld verdienen. Etwa so: Nachts, wenn der Strom günstig ist, wird das Auto geladen. Morgens fährt man zur Arbeit und lädt – bis auf eine Reserve für den Heimweg – den nicht benötigten Strom zum Spitzenpreis wieder ins Netz. Noch ist das Elektroauto als Speicher zur Netzregelung und Stromreserve Zukunftsmusik. Doch die Kooperationen zwischen Auto- und Stromindustrie – RWE zum Beispiel ist mit Daimler verbandelt, Vattenfall kooperiert mit BMW – zeigen das Interesse der Branchen aneinander.

Elektroantrieb

Fahren ohne Abgase, Tanken direkt aus der Steckdose – das klingt gut. Aber ganz so einfach ist es nicht. Unter Umweltaspekten ein Grundproblem: Wie wird der Strom fürs E-Auto erzeugt? Stammt er nicht aus regenerativen Quellen, ist es nichts mit dem angeblich emissionsfreien Auto, auch wenn die Abgase nicht während des Fahrbetriebs, sondern im Kraftwerk entstehen. Strom aus Steinkohle- oder Braunkohlekraftwerken sorgt für eine ähnlich schlechte CO2-Bilanz wie Benzin oder Diesel. Wirklich sauber fährt man nur, wenn man regenerativ erzeugten Strom tankt. Hauptkritikpunkte sind außerdem die geringe Reichweite und die langen Ladezeiten der Stromer. In der Praxis sind diese Einwände allerdings zu relativieren. Die bisher möglichen 100 bis 200 Kilometer Reichweite pro Vollladung würden für 98 Prozent der Autofahrten genügen, denn die sind kürzer als 100 Kilometer, hat der Verkehrsclub Österreich (VCÖ) ermittelt. Und da die meisten Autos auch nur eine Stunde pro Tag bewegt werden, machen mehrstündige Ladezeiten wenig aus. Zum jetzigen Zeitpunkt wären erschwingliche E-Mobile attraktive Stadtautos, aber kein gleichwertiger Ersatz für den Spritschlucker, mit dem man nach wenigen Minuten Tanken bis zu 1.000 Kilometer weit kommt.

Der Erfolg der E-Mobile steht und fällt mit der Speichertechnik. Weil andere Lösungen zu groß und schwer sind, setzt man auf immer wieder aufl adbare Lithium-Ionen-Akkus. Ihr Siegeszug im Fahrzeugbau beginnt aber gerade erst, technisch ausgereift sind sie noch nicht. Außerdem sind sie so teuer wie ein halber Neuwagen. Da unter diesen Umständen ein Austausch nach drei oder vier Jahren nicht in Frage kommt, muss die Batterie möglichst so lange halten wie das Auto. Und was passiert mit den ausrangierten Stromspeichern? Das Bundesumweltministerium sucht noch nach Recyclingmöglichkeiten für die Auto-Akkus. Vorrang hat das Ziel, die Speicher billiger zu machen. Die reinen Fahrtkosten der Stromer sind schon gering. Mit einem elektrischenSmart For Two zahlt man für 100 Kilometer etwa zwei Euro, im Benzinmodell kostet die Tour das Dreifache.

Modellbeispiel

Der Japaner iMiev fährt ausschließlich mit Strom. Der Antrieb sitzt unterm Kofferraum.


Foto: Mitsubishi

Ende 2010 sollen die Mitsubishi-Händler auch bei uns den in Japan erprobten vollelektrischeniMiev anbieten. Der Name steht für Mitsubishi innovative Electric Vehicle. Die Limousine erreicht laut Herstellerangaben eine Spitzengeschwindigkeit von 130 km/h. Die Power der Lithium-Ionen-Batterie (16 kWh) soll für eine Reichweite von 160 Kilometern pro Ladung genügen. In Tests kamen die Fahrer allerdings nicht so weit. Wenn man zügig unterwegs ist und elektrische Verbraucher anschaltet, kann das die Reichweite um die Hälfte reduzieren. Besonders sparsame Fahrer wählen den einstellbaren Eco-Fahrmodus: Dabei wird zum Beispiel die Rückgewinnung von Bremsenergie verstärkt, wenn der Fahrer den Fuß vom Gas nimmt. Die so gewonnene Energie wird im Akku gespeichert. Die Energiekosten für 100 Kilometer Strecke liegen nach Angaben des Herstellers bei rund einem Drittel des konventionellen Antriebs. Wer den Wagen volltanken will, muss ihn sieben Stunden lang an die Haussteckdose anschließen. An einer Schnellladestation tankt man in einer knappen halben Stunde zu 80 Prozent. Ein Verkaufspreis für Deutschland ist noch nicht genannt. In Japan kostet der Wagen umgerechnet etwa 34.000 Euro. Für das Geld bekommt man immerhin auch eine CO2-sparend hergestellte Innenausstattung. Wo es geht, ersetzt Mitsubishi Kunststoff durch Bambusfasern.

Wasserstoffantrieb / Brennstoffzelle

Wasserstoff (H2) ist theoretisch ein genialer Kraftstoff: Er hat den dreifachen Energiegehalt von Benzin, ist massenhaft verfügbar und bei seiner Verbrennung entsteht nur Wasser. Doch es gibt auch eine ganze Reihe Handicaps: Die Gewinnung von reinem H2 ist sehr energieaufwendig – und nutzt man dafür konventionelle Ressourcen, ist Wasserstoff alles andere als ein umweltfreundlicher Kraftstoff. Um H2 im großen Stil mit regenerativen Energien zu gewinnen, müsste folglich die grüne Energieerzeugung stark ausgebaut werden. Das Umweltbundesamt sieht daher Wasserstoff als langfristige Option. Auch technisch gibt es Probleme. So lässt sich Wasserstoff schlecht lagern, denn die winzigen Moleküle entweichen aus fast je-dem Druckbehälter. Mit Flüssigwasserstoff hat man das Problem nicht, aber Wasserstoff wird erst bei minus 253 Grad fl üssig – und die Tiefkühlung kostet wiederum wertvolle Energie.

Man kann Wasserstoff wie Benzin direkt im Motor verbrennen oder ihn in Brennstoffzellen zur Energiegewinnung einsetzen. In der Brennstoffzelle reagieren Sauerstoff und Wasserstoff, so entsteht Strom. Die Reichweite solcher Fahrzeuge ist höher, die Betankungszeit kürzer als beim batterieelektrischen Antrieb. Doch die Brennstoffzellentechnologie braucht noch ein paar Jahre, bis die Zellen erschwinglich und handlich genug für den Massenmarkt sind. Solange sich Wasserstoff als Antrieb nicht recht durchsetzt, mangelt es auch an der nötigen Infrastruktur. Nur sechs öffentliche Wasserstofftankstellen gibt es in Deutschland, sie werden von H2-Fahrzeugen aus Modellversuchen angefahren. Die Technologie kämpft mit dem Henne-Ei-Problem: Ohne Fahrzeuge entsteht keine Infrastruktur – ohne Infrastruktur kein Anreiz, die alternative Antriebstechnik auszubauen.

Modellbeispiel

Im Unterschied zu vielen anderen glaubt Honda-Chef Takeo Fukui an das Brennstoffzellenauto. Seit Mitte 2008 fertigt der Japaner denHonda FCX Clarity in einer Kleinserie. Aktuell gibt es das Brennstoffzellenauto aber nur als Leasingfahrzeug in Japan und den USA. Die Leasingrate liegt bei 390 Euro monatlich. Die Amerikaner wählten das Auto, aus dessen Auspuff nur Wasserdampf quillt, zum „World Green Car 2009“ und honorierten damit den Mut, eine völlig wasserstoffbetriebene Limousine auf den Markt zu bringen, obwohl ein kommerzieller Erfolg noch auf sich warten lässt. DerFCX Clarity erzeugt in einer Brennstoffzelle Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff. Der Strom wird in eine Lithium-Ionen-Batterie eingespeist, die den 100 kW-starken Elektromotor bedient. Mit einer Tankladung aus 4,1 Kilogramm komprimiertem Wasserstoff kommt der Honda etwa 450 Kilometer weit. Künftig will Honda auch in Europa die Wasserstofftechnologie vorantreiben.

Erd- und Autogas

Im Honda FCX Clarity stecken 19 Jahre Entwicklungszeit – Brennstoffzellenantriebe sind teuer.


Foto: Honda

Der Opel Zafira 1.6 CNG Turbo entlastet die Umwelt durch seinen Erdgasantrieb.


Foto: GM Group

In Deutschland gibt es zwei Gasvarianten an den Tankstellen: Erdgas in verdichteter Form, auch als CNG (Compressed Natural Gas) bekannt, und fl üssiges Autogas, das als LPG (Liquifi ed Petroleum Gas) bezeichnet wird. Wer mit Gas fährt, spart beim Tanken im Vergleich zu Benzin etwa die Hälfte. Auch die Umwelt wird geschont. Erdgasfahrzeuge stoßen zum Beispiel 25 Prozent weniger CO2 und 75 Prozent weniger giftige Kohlenwasserstoffe aus als Benziner. Statt Erdgas kann man auch regenerativ erzeugtes Biomethan tanken, dadurch wird die Abgasbelastung noch geringer. Etwas ungünstiger als bei Erdgas fällt die Umweltbilanz bei Autogas aus. Nach Schätzungen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft reichen die weltweiten Erdgasreserven aber nur noch für etwa 60 Jahre.

Bis Ende 2018 gilt für Gas als Kraftstoff ein reduzierter Steuersatz. Seit diesem Sommer kann man mit dem Gasauto zu-sätzlich Kfz-Steuern sparen, weil der CO2-Ausstoß des Fahrzeugs in die Berechnung der Abgabe mit einfl ießt. Manche Energieversorger fördern die Anschaffung eines Gasfahrzeugs durch einmalige Zuschüsse oder Tankgutscheine.

Nach Angaben des Kraftfahrtbundesamts steigt die Zahl der Gasfahrzeuge. So lag der Zuwachs im ersten Quartal 2009 gegenüber dem entsprechenden Zeitraum des Vorjahrs bei 56 Prozent.

Zahlreiche Pkw-Modelle lassen sich auf Gasantrieb umrüsten. Wer auf diese Weise beim Tanken sparen will, sollte allerdings genau rechnen. Die Umstellung auf Erdgas kostet bis zu 5.000 Euro, auf Autogas etwa 1.800 bis 3.500 Euro. Der Umbau lohnt sich oft erst nach etwa 50.000 bis 70.000 gefahrenen Kilometern, hat der ADAC kalkuliert. Je mehr man fährt, je höher Verbrauch und Benzinpreis, desto eher rechnet sich der Umstieg auf Gas. Natürlich gibt es Gasfahrzeuge auch ab Werk.

Monovalente Modelle sind auf Gas hin optimiert und haben nur einen kleinen Benzintank als Reserve, bivalente Fahrzeuge können sowohl Gas als auch Sprit tanken. Ganz ohne Benzin geht es aber nicht immer, auch wenn es für Erdgas in Deutschland bis Ende dieses Jahres 900 Tankstellen geben soll, Autogas kann man an etwa 4.600 Zapfstellen kaufen. Im Ausland können Gastanker Versorgungsschwierigkeiten bekommen. Sicherheitsbedenken braucht man bei Gasantrieb übrigens nicht zu haben. In Crashtests wurde keine erhöhte Explosionsgefahr festgestellt.

Modellbeispiel

Im Frühjahr brachte Opel das ErdgasfahrzeugZafi ra 1.6 CNG Ecofl ex Turbo auf den Markt. 5,1 Kilogramm Erdgas verbraucht der Siebensitzer auf 100 Kilometer, die Emissionen liegen bei 139 Gramm CO2 pro Kilometer. Im reinen Gasbetrieb schafft der Wagen eine maximale Distanz von 380 Kilometern, der Benzinreservetank fasst 14 Liter und erhöht die Reichweite noch mal um 150 Kilometer. Die Leistung liegt bei 150 PS, die Spitzengeschwindigkeit bei 200 Stundenkilometern. Der Turbo kostet ab 25.430 Euro.