Was bedeutet Wirkungsgrad?

Der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis zwischen der abgegebenen Nutzenergie (z. B. mechanische Energie bei Motoren) und der zugeführten Energie (z. B. chemische Energie des Kraftstoffs oder elektrische Energie) an. Er wird in Prozent angegeben und zeigt, wie effizient ein System Energie umwandelt. Ein Wirkungsgrad von 100 % bedeutet, dass keine Energie verloren geht – was in der Realität jedoch nicht möglich ist, da immer Verluste wie Wärme entstehen.

Benzinmotoren haben einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 20-30 %, während Dieselmotoren mit 35-45 % etwas effizienter sind, da die Verbrennung effizienter abläuft. Der Energieverlust entsteht vor allem durch Abwärme und Reibung.

Elektromotoren erreichen Gesamtwirkungsgrade von 70-75 %, da weniger Energie in Form von Wärme verloren geht und sie die elektrische Energie direkt in Bewegung umsetzen können.

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff in elektrische Energie um, wobei der Gesamtwirkungsgrad bei etwa 30 % liegt. Verluste entstehen vor allem bei der Umwandlung von Strom in Wasserstoff (Elektrolyse) und umgekehrt.

Der Gesamtwirkungsgrad von Verbrennungsmotoren, die mit synthetischen Kraftstoffen (E-Fuels) betrieben werden, liegt ähnlich wie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren bei etwa 30-35 %. Allerdings ist der gesamte Prozess, von der Herstellung bis zur Nutzung, deutlich ineffizienter: E-Fuels benötigen bis zu 5-mal mehr elektrische Energie zur Herstellung im Vergleich zur direkten Nutzung in Elektrofahrzeugen. Der Gesamtwirkungsgrad (inklusive Produktion, Transport und Verbrennung) liegt bei etwa 10-15 %. Diese niedrige Effizienz stellt eine zentrale Herausforderung dar, weshalb E-Fuels eher für Bereiche wie Luft- und Schifffahrt in Betracht kommen, wo elektrische Antriebe schwer umsetzbar sind. Während Verbrennungsmotoren mit E-Fuels theoretisch klimaneutral betrieben werden können, ist ihr Energiebedarf so hoch, dass sie im Vergleich zu Elektromotoren eine weniger nachhaltige Lösung für die Mobilität darstellen.

Der Wirkungsgrad ist entscheidend für die Bewertung der Effizienz eines Motors. Während Elektromotoren deutlich effizienter arbeiten, haben Verbrennungsmotoren aufgrund der hohen Energieverluste Nachteile, insbesondere im Hinblick auf den Klimaschutz. Der Einsatz energieeffizienter Technologien spielt eine zentrale Rolle in der Mobilität der Zukunft.