Verbrennungsmotor: warum ihn die Physik gegenüber dem Elektroantrieb verurteilt

Während die Hersteller die Tricks häufen, um den Verbrennungsmotor zu retten, macht eine zwei Jahrhunderte alte Wahrheit die Debatte zunichte. Die Energieeffizienz des Verbrenners wird von den Gesetzen der Physik gedeckelt. Eine von vornherein verlorene Schlacht?

Das Jahr 2025 hat ein grausames Paradox offenbart. Während die Verkäufe von Elektrofahrzeugen in Europa stagnieren, klammert sich die Industrie an den Verbrennungsmotor wie an einen Rettungsring. Mildhybride, synthetische Kraftstoffe, optimierte Einspritzung: alles ist recht, um das Siechtum zu verlängern. Doch keine dieser Lösungen kann ein unsichtbares und unerbittliches Hindernis austricksen: den Carnot-Kreisprozess.

Der Carnot-Kreisprozess ist keine vage Theorie. Es ist ein thermodynamisches Gesetz, das 1824 von Sadi Carnot aufgestellt wurde und jedem Motor, der Wärme in Bewegung umwandelt, eine theoretische Grenze setzt. Das Urteil: Ein Teil der Energie geht stets als Restwärme verloren.

In der Praxis erreichen Dieselmotoren etwa 40 % Wirkungsgrad. Benzinmotoren schneiden schlechter ab: 30 bis 35 %. Konkret übersetzt: Bei jeder Tankfüllung Benzin landen mehr als 60 % der Energie als nutzlose Wärme in der Atmosphäre. Nicht gerade ein Musterbeispiel an Effizienz.

Zum Vergleich: Ein Elektromotor übersteigt mühelos 90 % Wirkungsgrad. Keine Verbrennung, keine verlorene Wärme, kein Carnot-Kreisprozess. Ein technischer Sieg durch K. o.

Angesichts dieser gläsernen Decke haben manche chinesische Hersteller einen anderen Ansatz versucht. Statt ihre Aggregate mit Elektrifizierung zu bestäuben, haben sie sich entschieden, die Optimierung der reinen Verbrennung bis an ihre Grenzen zu treiben. Ein Weg, den auch Porsche mit seinem revolutionären Sechstaktmotor erkundet.

Das Problem? Höhere Temperaturen beschleunigen den Verschleiß der Bauteile, vervielfachen den Kühlbedarf und lassen die Schadstoffemissionen explodieren. Die Ingenieure mögen noch so viel Erfindungsgeist aufwenden – Turbolader, Direkteinspritzung, variable Steuerzeiten – sie schieben das Unvermeidliche nur hinaus. Man optimiert, man justiert, man kompensiert. Aber man trotzt der Thermodynamik nicht.

Der andere von der europäischen Industrie erkundete Weg beruht auf synthetischen Kraftstoffen. Die Idee: „sauberes“ Benzin oder Diesel aus Wasserstoff und eingefangenem CO₂ herzustellen. Eine auf dem Papier verlockende Lösung, die es erlauben würde, die Verbrennungsmotoren zu behalten und zugleich den CO2-Fußabdruck zu senken.

Nur bleibt ein synthetischer Kraftstoff ein Kraftstoff. Er verbrennt, gibt Wärme ab und stößt auf dieselben Wirkungsgradgrenzen wie fossiles Benzin. Die Natur des Brennstoffs zu ändern, ändert nichts an den Gesetzen der Physik. Der Carnot-Kreisprozess bleibt unumgänglich.

Bleibt eine Frage: Warum sich abmühen, eine Technologie zu perfektionieren, deren theoretische Obergrenze seit zwei Jahrhunderten bekannt ist?

Die Antwort liegt vielleicht ebenso sehr in der Wirtschaft wie in der Physik. Die industriellen Investitionen in die Fertigungslinien für Verbrenner belaufen sich auf Milliarden. Ein abrupter Wechsel zum Elektroantrieb käme dem Eingeständnis gleich, dass diese Anlagen zur Obsoleszenz verdammt sind. Eine schwer zu schluckende Pille für Konzerne, die ihr Imperium auf dem Verbrennungsmotor errichtet haben.

Doch die Zeit arbeitet gegen sie. Jedes Jahr gewinnen die Elektromotoren an Reichweite, an Produktionskosten und an Energiedichte. Währenddessen optimiert der Verbrenner am Rand, kratzt 2 oder 3 % zusätzlichen Wirkungsgrad zusammen und bleibt in seinen strukturellen Grenzen stecken.

Die Debatte über die Energieeffizienz ist technisch abgeschlossen. Zu entscheiden bleibt, mit welcher Geschwindigkeit die Industrie akzeptieren wird, das Kapitel umzublättern.