Einwand ”Elektroautos haben aufgrund großer Übertragungsverluste eine schlechtere Energieeffizienz als andere Antriebsarten”
[Letztes Update: 6.5.2017] Im Englischen gibt es den sehr anschaulichen Begriff “the long tailpipe” — wörtlich übersetzt: “der lange Auspuff”. Er wird im Zusammenhang mit den Emissionen von Elektrofahrzeugen1 verwendet, um auszudrücken, dass diese zwar keinen Verbrennungsmotor haben und somit lokal emissionsfrei sind, sie ihre Antriebsenergie aber in Form von Strom aus der Steckdose ziehen, der von stationären Kraftwerken erzeugt wird. Je nachdem, um was für ein Kraftwerk es sich handelt, fallen dort etwa bei der Verbrennung fossiler Energieträger entsprechende Emissionen an. Der “Auspuff” der Elektroautos endet also im übertragenen Sinne am weit entfernten Kohle‑, Gas- oder Ölkraftwerk.
Folglich hängen die durch Elektroautos verursachten Emissionen hauptsächlich von dem Strommix ab, mit dem sie “betankt” werden. Und was für die Emissionen gilt, gilt auch für die Effizienz: Die Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen hängt in erster Linie vom Wirkungsgrad der Kraftwerke ab, die den Strom erzeugen. Und die Energieeffizienz der Fahrzeuge verschiedener Antriebsarten ist — unter Berücksichtigung des für den Aufbau der jeweils benötigten Infrastruktur erforderlichen Aufwands — wiederum ausschlaggebend dafür, auf welche Antriebsart die Menschheit mit Blick auf die Mobilität der Zukunft setzen sollte:
“Für die volkswirtschaftlichen Gesamtkosten […] entscheidend […] sind die Energiekosten und damit die Energieeffizienz. Je niedriger der Energieverbrauch, desto geringer die Kosten für eine Energiewende im Verkehr.“2
Um der Frage nachzugehen, wie Stromer bei der von der Quelle bis zum Rad3 gemessenen Energieeffizienz im Vergleich zu Autos mit Verbrennungsmotor abschneiden, müssen wir also zunächst die Kraftwerke betrachten.
Zuvor wollen wir aber noch schnell den deutschen Strommix etwas genauer unter die Lupe nehmen.
a. Der deutsche Strommix
b. Wirkungsgrad der deutschen Kraftwerke und Bereitstellungsverluste
c. Das absehbare Ende des fossilen Zeitalters
d. Der Verbrennungsmotor auf dem Prüfstand
e. Herausforderer Elektroauto
f. Der Vergleich
tldr; — Fazit
Der Begriff “deutscher Strommix” bezeichnet die Zusammensetzung des in Deutschland bereitgestellten Stroms. Dabei wird also betrachtet, welchen Anteil die einzelnen Energiequellen, die für die Stromerzeugung genutzt werden, an der Produktion der gesamten Strommenge haben.
Im Jahr 2016 sah der deutsche Strommix folgendermaßen aus:4
Die regenerativen Energiequellen setzten sich dabei wie folgt zusammen:
Der Anteil der regenerativen Energiequellen ist in den letzten Jahren stark gestiegen,5 während vor allem die Kernenergie durch den beschlossenen Atomausstieg auf dem absteigenden Ast ist.6
Auf Braun- und Steinkohle entfällt mit zusammen über 40% nach wie vor der Löwenanteil am deutschen Strommix. Braunkohle ist im Übrigen der einzige fossile Rohstoff, bei dem Deutschland seinen Bedarf vollkommen aus eigenen Rohstoffvorkommen im Osten des Landes7 decken kann. Bei allen anderen nichtregenerativen Energieträgern (Steinkohle, Erdgas, Erdöl und Uran) ist es nahezu vollständig auf Importe angewiesen.8 Doch leider ist Braunkohle ausgerechnet der fossile Rohstoff, der nach heutigem Kenntnisstand die größten Auswirkungen auf den Treibhauseffekt hat.9
b. Wirkungsgrad der deutschen Kraftwerke und Bereitstellungsverluste
Zu Beginn der industriellen Revolution bis etwa im Jahr 1840 gelang es mit den ersten Dampfmaschinen gerade einmal, 1–3% der im fossilen Brennstoff gespeicherten Energie in nutzbare (mechanische) Energie umzusetzen — der Rest verpuffte ungenutzt als Abwärme.10 In modernen Kraftwerken11 wird mittlerweile mindestens rund 40% der freigesetzten Energie in Strom umgewandelt.
Bereitstellungsverluste
Doch auf dem Weg von dem Bergwerk bzw. der Erdgaslagerstätte bis zum Akku des Elektroautos geht nicht nur im Kraftwerk selbst, sondern auch bei der Erschließung, der Förderung und beim Transport der fossilen Brennstoffe zum Kraftwerk viel Energie verloren. Darüber hinaus kommen auch noch die Übertragsungsverluste im Stromnetz vom Kraftwerk bis zur Steckdose hinzu. Diese Bereitstellungsverluste lassen sich aus den sogenannten Well-to-Tank-Verlusten12 bestimmen, die die Gemeinsame Forschungsstelle der Europäischen Kommission in einer Studie von 2014 ermittelt hat.13 Wie wir aus diesen Zahlen die für unsere Rechnung relevanten Zahlen herleiten, klären wir am besten in einem blauen Kasten:
| Wie wir die Bereitstellungsverluste berechnen
Der Well To Tank Report des Joint Research Centers der Europäischen Kommission von 201414 gibt für die verschiedenen Energiequellen jeweils den Wert in MJ (Megajoule) in der Höhe an, der von der Quelle bis zum Tank notwendig ist, um 1 MJ Nutzenergie am Endpunkt bereitszustellen (Nutzenergie nicht inklusive). Auf den Seiten 115/116 der besagten Studie finden wir die Werte, die für die Stromerzeugung relevant sind. Kohle Gesamteffizienz = 1 / (1+1,8)15 = 35,7% Die Studie geht von einem Kohlekraftwerk-Wirkungsgrad von 43,5% aus.16 Aus der Differenz ergibt sich “reverse engineered” also der Bereitstellungsverlust von 17,93%.17. Erdgas Gesamteffizienz = 1 / (1+1,2)18 = 45,45% Die Studie geht von einem Gaskraftwerk-Wirkungsgrad von 58,1% aus.19 Aus der Differenz ergibt sich “reverse engineered” also der Bereitstellungsverlust von 21,77%.20. |
Für die deutschen Kohle- und Gaskraftwerke liegen genaue Zahlen über den Brennstoffausnutzungsgrad21 vor, welche wir nun zusammen mit den Zahlen aus der europäischen Studie verwenden können, um ein Bild über die Lage in Deutschland zu bekommen.
Kohle- und Gaskraftwerke
Deutsche Kohle- und Gaskraftwerke konnten ihren Brennstoffausnutzungsgrad in den vergangenen 25 Jahren kontinuierlich steigern. Während der erzielte Effizienzzuwachs bei Kohlekraftwerken mit insgesamt 3,2 Prozentpunkten bei Steinkohle bzw. 4,9 Prozentpunkten bei Braunkohle recht spärlich ausfiel, ist die Energieausbeute der Gaskraftwerke mit 20,1 Prozentpunkten im gleichen Zeitraum kräftig gestiegen:22
Dank solcher Effizienzsteigerungen23 müssen also immer weniger der fossilen Rohstoffe verbrannt werden, um die gleiche Energiemenge bereitzustellen. In der Gesamtemissionsbilanz wird diese Effizienzsteigerung allerdings durch den Umstand teilweise wieder zunichte gemacht, dass die Stromerzeugung in Deutschland in den vergangenen 25 Jahren um 10% gestiegen ist.24
Nun müssen wir nur noch die Bereitstellungsverluste berücksichtigen, die ja, wie oben festgestellt, bei herkömmlichen Kohlekraftwerken aufgerundet 18,0% und bei Gaskraftwerken 21,8% betragen.
Also kommen die deutschen Gaskraftwerke letztlich auf eine Energieausbeute von rund 46,2%25, die Steinkohlekraftwerke auf 35,4% und die Braunkohlekraftwerke auf 32,2%.
Nicht eingerechnet in diese Energiebilanz ist die Gewinnung von Wärmeenergie im Rahmen von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK). Der Anteil dieser Anlagen an der Stromversorgung in Deutschland beträgt gut 16%.26 Folglich sind die Kraftwerke bei Einbeziehung der zusätzlich bereitgestellten Wärme in der Gesamtbilanz durchschnittlich sicherlich einige Prozentpunkte effizienter als in der reinen Strombilanz. Da es uns hier aber allein um die Effizienz der Stromerzeugung geht, wird dieser Aspekt (der die Energiebilanz der Elektroautos um mehrere Prozentpunkte verbessern würde) in den nachfolgenden Berechnungen nicht berücksichtigt.
Atomkraftwerke und “Sonstige”
Der Wirkungsgrad von Atomkraftwerken liegt bei etwa 35%27. Wenn man jedoch die Bereitstellungsverluste von aufgerundet 30,3% berücksichtigt28, kommt diese Quelle in der WTT-Gesamtbilanz lediglich auf eine Energieausbeute von 24,4%. Ganz ähnlich sieht das Ergebnis bei den “sonstigen Produzenten” aus. Von dem Kraftwerk-Brennstoffausnutzungsgrad von vorsichtig geschätzt 35%29 bleiben nach Abzug von Bereitstellungsverlusten von (vorsichtig geschätzt) 25% unterm Strich noch rund 26,3% übrig.
Erneuerbare Energien
Für die erneuerbaren Energien können wir in der Well-To-Tank Betrachtung eine Effizienz von 100% für die Primärenergiequellen ansetzen, denn: Jede regenerativ gewonnene Kilowattstunde Strom ist als Reingewinn zu betrachten, weil die erneuerbaren Quellen im Übermaß, emissionsneutral und de facto unbegrenzt zur Verfügung stehen.30 Aber: Auch hier entstehen Verluste, z.B. Wärmeverluste bei der Verbrennung von Biomasse oder bei der Wandlung/Übertragung ins Stromnetz. In der europäischen WTT-Studie finden wir Angaben zu den Verlusten bei der Stromgewinnung durch Verbrennung von Biomasse oder Müll sowie Stromgewinnung durch Windenergie.31 Leider fehlen Angaben zu Wasserkraft und Photovoltaik, darum müssen wir hier andere Quellen heranziehen.32 Insgesamt kommen wir für alle Erneuerbaren Energien auf einen mittleren Effizienzwert von 75,25%.
Fazit
Hier zusammenfassend eine Gesamtübersicht der Energieausbeute der verschiedenen Stromerzeugungsquellen in Deutschland im Jahr 2016 unter Berücksichtigung der Bereitstellungsverluste. Während der gewichtete Durchschnitt des gesamten Strommixes bei 45,6% liegt, fällt die Energieausbeute von Quelle zu Quelle sehr unterschiedlich aus:
c. Das Ende des fossilen Zeitalters ist absehbar
So effizient die neuesten fossilen Kraftwerke, insbesondere die modernsten Gaskraftwerke, auch sein mögen, eines steht fest: Die fossilen Brennstoffe werden früher oder später unweigerlich zur Neige gehen. Bei weltweit gleichbleibendem Verbrauch und gleichbleibendem Anteil fossiler Energieträger ist noch in diesem Jahrhundert mit dem Ende der weltweiten Förderung von Öl und Erdgas und bald darauf auch von Kohle zu rechnen.33
Dies sind wohlgemerkt von der Ölindustrie ermittelte Zahlen, andere Studien kommen sogar zu noch drastischeren Ergebnissen.34 Zudem ist eine frühere Erschöpfung der fossilen Brennstoffe durchaus plausibel, denn: Allein durch das unaufhaltsame Wachstum der Weltbevölkerung ist mit einer weiteren Steigerung des Energiebedarfs zu rechnen — zwischen 1990 und 2008 etwa stieg er um 39%.35 Das fossile Zeitalter wird also in jedem Fall schon sehr bald enden, und es ist nur eine Frage der Zeit, bis es von der Ära der erneuerbaren Energien abgelöst wird, bzw.gezwungenermaßen werden muss.
In Anbetracht der massiven ökologischen Probleme, die wir bereits heute aufgrund des stetig steigenden Treibhausgasausstoßes haben, erscheint es allerdings wenig erstrebenswert, das Zeitalter der fossilen Brennstoffe bis zum Ende auszureizen. Denn angesichts der sich rapide verschlechternden globalen Lage werden die Einschätzungen der Klimaforscher immer pessimistischer.36 Dabei ist klar, dass eine Umstellung auf rein regenerative Energiegewinnung nicht von heute auf morgen machbar ist. Klar ist aber auch: Je früher die menschliche Zivilisation es schafft, ihren Energiehunger ausschließlich aus regenerativen Quellen zu decken, desto wahrscheinlicher ist es, dass wir künftigen Generationen eine lebenswerte Umwelt übergeben können.
Vor diesem Hintergrund wollen wir im Folgenden ermitteln, wie Elektrofahrzeuge heute bei der Energieeffizienz im Vergleich zu konventionellen Antrieben abschneiden, wenn zum Laden der Stromautos die Energiequellen aus dem aktuellen Strommix genutzt werden. Verbrauchen sie über den Umweg der Stromerzeugung, die gemäß dem deutschen Strommix teilweise in (mehr oder weniger effizienten) fossilen Kraftwerken erfolgt, unterm Strich womöglich mehr Energie als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor oder würde ein Umstieg auf Stromer im Gegenteil erhebliche Energieeinsparungen ermöglichen, so dass er im Hinblick auf die Mobilität der Zukunft erstrebenswert ist?
| Wie wir die Energieeffizienz berechnen
Autos mit Verbrennungsmotor
Außer dem reinen Energiegehalt der Kraftstoffe müssen auch hier wieder die Energieverluste berücksichtigt werden, die bei Förderung, Raffinierung und Transport der fossilen Brennstoffe anfallen. Laut dem obengenannten WTT-Bericht von 201439 fallen bei der Bereitstellung folgende Verluste an:
Elektroautos |
d. Der Verbrennungsmotor auf dem Prüfstand
Schauen wir uns zunächst einmal die Fahrzeuge mit herkömmlichem Antrieb an, die bisherige Krone der automobilen Schöpfung.
https://www.youtube.com/watch?v=sO_OFfoxmgU
Verbrennungsmotoren sind nicht gerade für eine besonders effiziente Energieausnutzung bekannt. Selbst unter optimalen Bedingungen können Verbrennungsfahrzeuge auch nach über 100 Jahren Entwicklungszeit nur rund 40% der eingesetzten Energie für den Antrieb nutzen.42 Der größte Teil der Energie des verbrannten Kraftstoffs verpufft ungenutzt als Abwärme. In der jüngeren Vergangenheit fressen dabei die immer restriktiveren Emissionsbestimmungen einen erheblichen Anteil der Fortschritte bei der Motortechnik wieder auf, denn der durch Katalysator und Partikelfilter verringerte Schadstoffausstoß wird durch Leistungsverlust und damit wiederum höheren Verbrauch erkauft.
Für unseren Vergleich haben wir — ebenso wie im Artikel über die CO2-Emissionen — soweit wie möglich die sparsamsten Modelle der jeweiligen Fahrzeugklassen herausgesucht. Grundlage für unsere Berechnungen sind stets die ADAC-Verbrauchsmesswerte unter Realbedingungen, die durchweg über den Herstellerangaben liegen.43
Seit dem 1. Dezember 2011 müssen Neuwagen beim Verkauf mit einem Energieeffizienz-Label ausgestattet sein.44 Bei Pkw beruht die Einstufung für dieses Label (das man beispielsweise vom Kauf von Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen oder Kühlschränken kennt, wo es Aufschluss über den Stromverbrauch gibt) aber leider auf den unrealistischen CO2-Emissionen im Normzyklus. Zur realistischeren Effizienzeinstufung haben wir daher für die sparsamsten Pkw der verschiedenen Fahrzeugklassen die realistischeren ADAC-Messwerte herangezogen.45 Anhand des Realverbrauchs erreichen die effizientesten Fahrzeuge ihrer Klasse somit folgende Effienzklassen:
| Klein(st)wagen | Verbrauch/ 100 km46 | Reale Effizienzklasse47 |
| VW up! 1.0 | 3,1 kg Erdgas | C |
| Mazda 2 D 105 | 3,8 l Diesel | C |
| Suzuki Celerio 1.0 | 5,0 l Super | G |
| Opel Adam 1.4 | 8,1 l Autogas | E |
| Kompaktklasse | ||
| VW Golf 1.4 TGI | 3,6 kg Erdgas | B |
| Audi A3 1,6 | 4,0 l Diesel | C |
| VW Golf 1.0 TSI | 5,1 l Super | D |
| Oberklasse | ||
| Mercedes S300 BT Hybrid | 5,1 l Diesel | B |
| BWM 730d steptronic | 5,3 l Diesel | B |
| Audi A8 3.0 TDI quattro tiptronic | 5,9 l Diesel | D |
Zusätzlich zum Kraftstoffverbrauch im Fahrzeug selbst wird aber, wie oben erwähnt, auch für die Bereitstellung des Kraftstoffs Energie verbraucht. Deshalb haben wir diese Bereitstellungsverluste (WTT-Verluste) zum Kraftstoffverbrauch hinzuaddiert, um den Gesamtenergieverbrauch der Pkw zu ermitteln. Umgerechnet in die Energieeinheit Megajoule ergibt sich somit folgendes Bild für den WTW-Energieverbrauch:
e. Herausforderer Elektroauto
Im Vergleich zu Verbrennungsfahrzeugen verfügt die Antriebs- und Batterieeinheit von Elektroautos über eine viel höhere Energieeffizienz: Nach Abzug der unvermeidlichen Ladeverluste48 stehen rund 80% des Ladestroms für den Antrieb zur Verfügung. Aufgrund von Umwelteinflüssen kann dieser Wert auf bis zu 70% sinken, was aber im Vergleich zu Verbrennern mit ihren rund 40% immer noch eine sehr gute Ausbeute ist.
Neben dem Elektroauto soll auch das Wasserstoff- bzw. Brennstoffzellenauto nicht unerwähnt bleiben, denn einige Hersteller setzen unter Verweis auf vermeintliche Umweltvorzüge (wohl wider besseres Wissen, mehr dazu in unserem Artikel zu Wasserstoffautos) noch immer auf diese Technologie.49 Bei Brennstoffzellenautos schlagen sich allerdings die bei der Bereitstellung des Wasserstoffs auftretenden massiven Energieverluste drastisch im Effizienzvergleich nieder.
Laut ADAC-Messungen ergibt sich für einige Elektroautos (darunter die in Deutschland meistverkauften der letzten Jahre) folgender Energieverbrauch in kWh pro 100 km. Ganz unten folgen die Werte für das Wasserstoffauto Toyota Mirai zum Vergleich.
| Verbrauch50 | Reale Effizienzklasse51 | |
| VW e‑up! | 13,80 kWh | A+ |
| BMW i3 | 16,70 kWh | A+ |
| VW e‑Golf | 18,20 kWh | A+ |
| Renault Zoe | 19,90 kWh | A+ |
| Nissan Leaf | 19,90 kWh | A+ |
| Tesla Model S P85D | 24,20 kWh | A+ |
| Toyota Mirai | 55,00 kWh52 | N/A53 |
Nun müssen wir nur noch die bei der Energieerzeugung nach dem aktuellen deutschen Strommix anfallenden Bereitstellungsverluste hinzurechnen (siehe oben). Dann ergibt sich für die Elektroautos sowie den Wasserstoff-Brennstoffzellen-Pkw Mirai folgendes Bild:
f. Verbrenner und Stromer im Vergleich
Aus den oben ermittelten Werten ergibt sich somit folgende Aufstellung, sortiert von sehr energieeffizient (links) bis verschwenderisch (rechts). Je weniger Energie ein Auto für das Zurücklegen von 100 km braucht, desto besser.
In der Schweiz, wo regenerative Energiequellen auf einen Anteil von über 60% kommen,54 und in Österreich mit sogar rund 80%55 schneiden Elektroautos noch einmal deutlich besser ab als in Deutschland.56
Der Vergleich zeigt deutlich: Elektroautos sind weitaus energieeffizienter als vergleichbare Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Obwohl nichterneuerbare Energiequellen immer noch einen Anteil von rund 70% am deutschen Strommix 2015 haben, schlagen Elektroautos die konkurrierenden Verbrenner beim Energiebedarf deutlich. Sogar das auf Hochleistung und Oberklassen-Komfort getrimmte Spitzenmodell von Tesla reiht sich nur knapp hinter den kleinsten und sparsamsten aller Verbrenner ein und liegt deutlich vor den Verbrenner-Modellen seiner Klasse. Zum Antrieb von Stromern wird also schon jetzt viel weniger Primärenergie benötigt, und da der Anteil der regenerativen Energiequellen an der Stromproduktion stetig weiter wächst, vergrößert sich ihr Vorsprung wegen des Effizienzvorteils der Erneuerbaren Jahr für Jahr.
Wasserstoffautos können zwar auch mit 100% regenerativer Energie betrieben werden, ergeben aber in Bezug auf die Energieeffizienz überhaupt keinen Sinn, da für sie mehr als doppelt soviel Energie bereitgestellt werden muss wie für batterieelektrische Pkw. Hier zeigen sich die Fortschritte, die die Batterietechnik in den letzten Jahren gemacht hat, am deutlichsten: In den 1990er Jahren noch schien der Umweg über Wasserstoff als Energieträger die einzige Möglichkeit zu sein, elektrische Energie in ausreichender Menge in Fahrzeugen zu speichern. Diesen Umweg kann man sich heute sparen.
Wenn wir uns nun noch einmal das eingangs angeführte Zitat vor Augen führen:
Für die volkswirtschaftlichen Gesamtkosten […] entscheidend […] sind die Energiekosten und damit die Energieeffizienz. Je niedriger der Energieverbrauch, desto geringer die Kosten für eine Energiewende im Verkehr.
Dann ist klar: Um die Energiewende so effizient wie möglich zu gestalten, sind mit Blick auf die Mobilität der Zukunft reine Elektrofahrzeuge die beste und einzig vernünftige Option.
Abschließend wollen wir den Blick ein paar Jahrzehnte in die Zukunft werfen — in eine Zeit, wenn Deutschland seinen gesamten Energiebedarf für den Straßenverkehr aus regenerativen Quellen deckt. Dann benötigten wir mit reinen Elektrofahrzeugen wesentlich weniger Primärenergie als bisher, um die gleiche Fahrleistung zu erreichen. Wenn es soweit ist, kommen die oben herangezogenen Test-Fahrzeuge auf folgendes Ergebnis:
Wir sehen: Der wasserstoffbetriebene Mirai (blau) bleibt auch bei 100% regenerativer Energieversorgung Schlusslicht. Bei den Stromern dagegen schlägt der Effizienzvorteil jetzt richtig durch: Der e‑Golf zum Beispiel benötigt dann für 100 km weniger als die Hälfte der Energie seines Benziner-Bruders und der VW e‑up gar nur ca. ein Drittel des VW up mit Erdgasantrieb. Und noch einmal: Wir sehen hier die sparsamsten Verbrenner ihrer Klassen — “normale” Verbrenner verbrauchen zum Teil deutlich mehr.
In seinem Werk “Energiewende — zu Ende gedacht”, in dem Ulf Bossel (2014) (https://www.amazon.de/Energiewende-Ende-gedacht-denn-sonst/dp/3033047734) sich ausführlich mit diesem signifikanten Effizienz-Gewinn befasst, kommt der Autor zu einem ganz ähnlichen Ergebnis: Demnach bleiben bei Verbrennern von 100 Einheiten fossiler Primärenergie aufgrund der großen Verluste auf dem Weg in den Tank (Well-to-Tank) und der schlechten Energiebilanz des Verbrennungsmotors am Ende nur 20 Energieeinheiten zur Nutzung übrig. Nach Vollendung der Energiewende brauchen Elektroautos laut Bossel nur 30 Energieeinheiten aus regenerativer Produktion, also knapp ein Drittel des Energieeinsatzes, um genauso weit zu kommen:
Mit Blick auf den Wandel im Verkehrssektor hin zur Elektromobilität bedeutet das: Ja, wir werden mehr Strom erzeugen müssen als bisher. Aber der Gesamtenergiebedarf des Elektroautoverkehrs, der in Form von zusätzlicher Stromerzeugung gedeckt werden muss, entspricht nur einem Drittel der Primärenergiemenge, die derzeit stattdessen wortwörtlich in herkömmlichen deutschen Pkw verbrannt wird. Anders ausgedrückt: Der straßenverkehrsbedingte Gesamtenergiebedarf dürfte dank der viel höheren Effizienz der Elektroautos unterm Strich um zwei Drittel zurückgehen.
Natürlich ist vieles noch Zukunftsmusik — so muss die Energiedichte der Akkus weiter wachsen, um Preis und Reichweite weiter zu verbessern, und die Ladegeschwindigkeit muss erhöht werden, um den Vorsprung der Verbrenner auf Langstrecken zu verringern. Doch ein Blick auf die Entwicklungsfortschritte der letzten Jahre gibt Anlass zur Hoffnung, dass Elektroautos schon in wenigen Jahren einen wahren Siegeszug antreten werden. — Vielleicht grade noch rechtzeitig. Denn in Anbetracht der globalen Erwärmung ist es allerhöchste Zeit, dass wir das Ende des fossilen Zeitalters einläuten. Und je früher wir den Weg in die Zukunft der abgasfreien und hocheffizienten Elektromobilität antreten, desto besser. Unsere Nachkommen werden es uns danken.
Update 11.4.2017: Diverse externe Links/Quellen aktualisiert.
Update 6.5.2017: Auf Leserhinweis57 die Bereitstellungsverluste für Erneuerbare Energien zur besseren WTT-Vergleichbarkeit inkludiert und alle Grafiken angepasst, sowie auf den neuesten Datenstand aktualisiert.
Weiter zum nächsten Artikel:
Quellen:
Abbildung 4: ©2014 Tkarcher58:
Abbildung 5: ©2016 Umweltbundesamt59
Abbildung 8: ©2015 Tim Urban60
Abbildung 13: ©2014 Ulf Bossel, “Energiewende zu Ende gedacht: Was denn sonst?“61
Wenn ich ihren Strommix auf Co2 Ausstoß umrechne erhalte ich:
8,8 kg Co2/100km beim BMW i3
11,5 kg Co2/100km beim Benziner
Die Speicher- und Transportverlust die durch die asynchrone Erzeugung und zum asynchronen Verbrauch entstehen werden den Vorsprung vom Elektroauto verringern.
Ich sehe nicht wie die PV Spitzen nutzbar sind.
Dem CO2 Ausstoß haben wir uns auf Basis realistischer Verbrauchswerte vom ADAC in diesem Artikel ausführlich gewidmet: http://wiesoeigentlich.de/co2-emissionen. Wir rechnen dort mit Zahlen des Umweltbundesamts von 2014, die den CO2-Ausstoß für den Strommix in Deutschland mit 560 g/kWh angeben (für 2015 gibt es noch keine gesicherten Zahlen, aber es werden dank des steigenden Anteils regenerativer Energiequellen weiter sinkende Werte erwartet).
Die schwankende Stromerzeugung mit Wind und Solar ist natürlich eine Herausforderung. Die Energiewende ist nur mit dem Einsatz von Stromspeichern zu erreichen, die die Lastspitzen puffern und Reserven vorhalten. Diese sollten auf lange Sicht die fossilen Puffer-Kraftwerke ersetzen. Dafür gibt es bereits Lösungen wie z.B. von Tesla (z.B. im Kleinen mit der Powerwall für Einfamilienhäuser/Wohnungen; im Großen mit dem Powerpack, das nahezu stufenlos erweitebar ausgelegt ist, auch für die Strompufferung ganzer Städte). Gerade im Zusammenspiel mit Photovoltaik-Anlagen können sie lokal dort, wo der Strom erzeugt wird, Ihre Stärken ausspielen.
Das ist zwar heute zwar noch nicht wirklich preisgünstig (z.B. rund 7000 Euro für eine Powerwall), aber die Entwicklung schreitet derzeit sehr schnell voran. So hat Tesla bei der gerade erschienenen Powerwall 2 das Speichervolumen verdoppelt — zum nahezu gleichen Preis. Die Marktentwicklung dürfte in den nächsten Jahren sehr interessant werden.
Die Zuodnung eines durchschnittlichen Wertes von 560 g CO2 pro KWh ist hier irreführend! Warum? weil eine zusätzliche kWh die aus dem netzbezogen wird von einem bestimmten Kraftwerk geliefert wird. Die regenerativen laufen nach solarem Angebot Windangebot u.s.w. und werden nicht mehr oder weniger Strom liefern egal ob nun ein Elektrofahrzeug tankt oder nicht.… auch Kernkraft wird nicht weniger laufen und nicht mehr egal wie sich die Entwicklung bei den E Fahrzeugen darstellt. Tatsächlich wird der Mehrbedarf im Wesentlichen von Kohle und hier von Steinkohle gedeckt.….
Darüber hinaus lässt sich der CO2 Ausstoß auch bei einem konventionellen Fahrzeug problemlos rechnerisch auf null senken, indem man entsprechende Zertifikate am Markt kauft und damit dafür sorgt, dass die Emittenten in Summe genau diese Menge weniger emittieren können.… bei 200 Gramm pro km sind das bei 200.000 km Lebensdauer 40 Tonnen a 5 Euro.…. als0 200 Euro, durchaus ein Betrag aber sicherlich nichts worüber man sich die Köpfe heiß reden muss.…
Natürlich folgt nun das richtige Argument die Zertifikate müssen teurer werden! Die Folge wäre zum Beispiel dass weniger Braunkohle und mehr gas eingesetzt würde die Kraftwerke sind ja vorhanden.….. das passiert aber nicht, weil viel weniger Zertifikate benötigt werden als zunächst politisch vermutet, unter anderem deshalb, weil die regenerativen so erfolgreich sind.
Systematisch passiert bei dem Zertifikatesystem dass die CO2 Obergrenze durch die Zertifikate definiert ist. wenn man nun innerhalb der Stromerzeugung viel regenerative hat kann man viel billige Braunkohle einsetzen. Hat man wenig regenerative steigen die CO2 Preise und wir verstromen mehr gas und erreichen das Ziel ebenfalls.
man kann nun natürlich auch argumentieren dass für den Fall dass mehr Strom benötigt wird und die Zertifikatsmengen nicht angehoben werden der zusätzliche Verbrach nur CO2 frei sein kann. Das heißt der zusätzliche Strom kommt aus Gas, versucht dort CO2 Emissionen die ausgeglichen werden durch mehr Gas und weniger Braunkohle! Solange die Emissionen der Fahrzeuge nicht unter den Zertifikatehandel fallen kann man also behaupten die Elektrofahzeuge fahren in der Bilanz CO2 frei Blickt man aber auf die Stromerzeugung findet man dass Pump- Speichern nachts billigen Braunkohle-Strom aufnehmen und tags nach Verlusten wieder abgeben. 1.400 bis 1.500 Gramm CO2 pro KWh sind da ein guter Ansatz.…. man sollte die unterschiedlichen Ansätze in die Diskussion bringen und sich nicht den aussuchen bei dem Elektrofahrzeuge positiv abschneiden und den man dem Laien als plausibel verkaufen kann.… Information statt Werbung, und nicht Werbung als Information verkleidet!
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Dieser Artikel arbeitet den Unterschied in der Energieeffizienz zwischen Verbrennern und Stromern in Bezug auf den deutschen Strommix heraus. Der Frage nach den CO2 Emissionen widmen wir uns eingehend im zugehörigen Artikel, darum möchte ich hier nicht darauf eingehen.
Woher nehmen Sie Ihre Annahme, dass der (Mehr-)Verbrauch von Elektroautos nur von Kohlekraftwerken gedeckt sein sollen, wo doch der Anteil regenerativer Energiequellen stetig ansteigt? Im Übrigen gibt es keinen Anlass davon auszugehen, dass Elektroautos nur nachts geladen werden (warum nicht auch tagsüber am Arbeitsplatz oder unterwegs an der Schnell-Ladestation, wenn die regenerative Stromproduktion auf dem Maximum ist?). Dazu gibt es naturgemäß aufgrund der noch geringen Anzahl an Stromern auf deutschen Straßen keine Anhaltspunkte.
Der Bau neuer (herkömmlicher) Kraftwerke ist dafür nicht notwendig: Jochen Linssen, Wissenschaftler am Institut für Energie- und Klimaforschung in Jülich, sagte dazu vor wenigen Tagen in der ZEIT, dass selbst bei einer Million Elektroautos in Deutschland keine neuen Kraftwerke gebaut werden müssten.
Darüber hinaus bieten gerade Elektroautos auch eine ganz neue Chance für die Pufferung von Stromspitzen: So läuft in Utrecht ein vielversprechendes Modellprojekt (lomboxx.net), welches die Möglichkeit bietet, die Batterie von Stromern zur Zwischenspeicherung von Solarstrom einzusetzen.
Ich weiß nicht, worauf genau Sie “Werbung verkleidet als Information” beziehen. Ich kann Ihnen jedenfalls versichern, dass wir, die Autoren dieses Blogs, alle uns vorliegenden Informationen nach bestem Wissen und Gewissen zusammengetragen und ausgewertet zu haben. Wir legen dabei großen Wert auf nachvollziehbare Quellenangaben und die Verwendung möglichst hieb- und stichfester Quellen. Falls Ihnen Dinge auffallen, die wir nachweislich nicht korrekt dargestellt haben, bitten wir um einen Hinweis, damit wir das entsprechend berücksichtigen können.
Irgendwie fehlt mir der Energieverlust durch den Stromtransport vom Kraftwerk zur Elektrotankstelle (ca. 1/3) — oder habe ich da was überlesen oder nicht verstanden (was egal ist, denn dann ist es nicht deutlich formuliert).
Ich will keine Informationen per ‑mail
Die Bereitstellungsverluste beinhalten alle Verluste von der Quelle bis zum Tank bzw. bis zur Steckdose — siehe Stichwort “Well-to-Tank” (WTT). Die oben erwähnte WTT-Studie der Europäischen Kommission zum Thema von 2014 auf die sich unsere Zahlen stützen, umfasst fünf Stufen:
1. Produktion/Gewinnung des Rohstoffs
2. Ggf. Transformation am Produktionsort
3. Transport zum Kraftwerk
4. Transformation im Kraftwerk (in Strom)
5. Distribution zum Endkunden
Vielen Dank für Ihren Hinweis, ich habe den Text entsprechend ergänzt/geändert, um dies klarzustellen.
Man müsste sich mal die WWT Studie im Detail zu Gemüte führen. Was ist eigentlich mit den zahlreichen Umspann- und Gleichricht-Verlusten? Ich habe mal gelernt dass ca 1/3 der Energie in den Netzen verloren geht.
Selbstentladung? Die meissten Akkus dürften selten wirklich leer gefahren werden, so dass ein ständiger Sockelladestand auch zu ständigen Verlusten führen dürfte.
Langfristig wird es auf Strom rauslaufen, wenn die Erzeugung mal weg von den Fossilien kommt. Wie und wann das der Fall sein wird ist aber imho gar nicht absehbar. Ich erinnere mich noch an Prognosen, dass im Jahr 2000 das Öl ausgehen wird, seinerzeit.
Meines Erachtes fehlt bei der Betrachtung der Effizienz die energetische Armortisation der Solarzellen. Die Well to Wheel Betrachtung schließt es zwar aus, spielt aber in der gesamtenergeitschen Betrachtung eine signifikante Rolle.
In sofern greift die WtW Betrachtung im Fall der regenerativen Quellen teilweise zu kurz.
Aber wenn wir schon WtW absetzen: Wieso wird eigendlich nicht der Wirkungsgrad einer Solarzelle berücksichtigt, wenn die eigentliche Quelle die Solarkonstante ist?
Ebenso fehlen bei der regenerativen WtW Betrachtung die Wandlungsverluste an der Zelle durch die Wechselrichter und der Reinigungsaufwand zum Erhalt des Wirkungsgrades. Schließlich hat der entscheidenen auf die energetische Armortisation der Panels.
Windkraftwerke amortisieren sich energetisch nach wenigen Monaten, Solarzellen nach ca. bis zu drei Jahren (moderne auch in nur 1,5 Jahren — siehe hier). Aber das spielt in unserem Kontext keine Rolle, denn die fossilen Energieträger amortisieren sich im Vergleich energetisch nie. Um überhaupt einen Vergleich zwischen Fossilen und Regenerativen Energien möglich zu machen, haben wir diesen Faktor ignoriert und rechnen die regenerativen Energien als 100%igen Reingewinn.
Der WTT Report, den Sie unter Quelle 14 zitieren, sieht für regenerative Energiequellen die selbe energetische Betrachtung vor, wie für fossile und atomare Energieträger.
Auch wenn der Report auf Seite 67 die Annahme trifft, dass regenerative Energiequellen 100% effizient sind, bezieht sich der Report in diesem Zusammenhang jedoch eindeutig auf die Primärenergiequellen (“..as the raw material “!!), und nicht auf die bereits gewandelte Energieform. Hier bleibt zwar vereinbarungsgemäß der Wandlerwirkungsgrad (“…considered to be (conventionally) 100%, whatever the efficiency of the turbine for wind power and the losses arising during the electricity conversion”) unberücksichtigt, aber selbstverständlich muss die Bereitstellung des Wandlers als solcher in Rechnung gestellt werden.
Daher finden Sie im WTT Report auf Seite 118 unter 4.8.2.3. auch die energetische WTT Betrachtung ausgewählter regenerativer Energiequellen (Wind und Biomassse), die diesem Umstand Rechnung tragen.
Für fossile und atomare Energieträger wenden Sie das im WTT Report angewandte Verfahren exakt an, der regenerative Teil wird hingegen nicht angewandt. Diese asymmetrische Nutzung des Verfahrens ist weder plausibel noch stringent, und führt wegen der zwangsläufigen Verzerrungen zu keinen vergleichbaren Ergebnissen. Das ist sehr ärgerlich, da das WTW Verfahren genau aus diesem Grund ‑der Vergleichbarkeit- etabliert wurde.
Was die energetische Amortisation der Solarzellen angeht, liegt leider auch hier ein offensichtlicher Fehler vor.
Die angegebenen Werte von 1,5 Jahren kommen wenn, dann nur bei primärenegetischer Betrachtung in Reichweite. Für die Amortisation müssen allerdings die Erträge = die elektrisch nutzbare Leistung der Solarzelle herangezogen werden. Wie viel Sonneneinstrahlung dazu auf die Solarzelle eingewirkt hat, ist hingegen irrelevant.
Realistische Werte liegen lt. Literatur (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544213000492) und Verband der Solarmodulhersteller (http://www.photovoltaik.org/wissen/energetische-amortisation) bei 3000 VLH bei Dünnschichtmodulen, 4000 VLH bei polykristallinen und 6000VLH bei monokristallienen Zellen. Somit ergibt sich auch für die Solarzellen bei einer angenommenen Lebensdauer von 20 Jahren in Deutschland ein “energy expended factor” von 1,2 bis 1,4.… Diese Werte wären zu berücksichtigen.
In einer sauberen LCA Bewertung müssen diese Verluste mit berücksichtigt werden. Es würde die Wirtschaftlichkeit der regenerativen Energien auch für die E‑Mobilität nicht erheblich verschlechtern — schon gar nicht die CO2 Bilanz, würde aber zur Glaubwürdigkeit der Branche beitragen, und ökologisch kontraproduktiven Entscheidungen vorbeugen.
Sie haben in einer Sache absolut recht: Ich habe die Energieverluste aus der WTT Studie für Biomasse und Wind in den Berechnungen oben ignoriert und habe die regenerativen pauschal mit 100% eingerechnet als Reingewinn. Die Idee dahinter war: Sind die Verluste nicht irrelevant, wenn die Energiequelle unerschöpflich und sauber ist? 100% regenerative Energieerzeugung ist das Ziel, wo es hingehen muss (und irgendwann zwangsläufig hingeht, wegen der endlichen fossilen Energien — ob wir uns das nun wünschen oder nicht).
Aber ich sehe ein, dass die Vergleichbarkeit der Daten wichtig ist und werde die genannten Punkte darum so schnell wie möglich einarbeiten. Leider fehlen in der besagten WTT Studie Daten zur Solarstromerzeugung (die darin im Europa-Kontext offenkundig als noch nicht wichtig genug betrachtet wird), so müssen wir uns da anders behelfen und ein wenig forschen. Ich teile Ihre Einschätzung, dass die Einbeziehung der Verluste die Effizienz-Bilanz der Erneuerbaren Energien nur unwesentlich verschlechtern wird.
Aber in einem anderen Punkt liegen Sie falsch, zumindest in diesem Kontext: Die Energetische Amortisation/der Erntefaktor ist zwar auch ein sehr interessantes und wichtiges Thema. Aber für die Betrachtung der Effizienz auf WTT-Basis, auf der unsere Berechnung fußt, ist sie nicht von Belang. Die WTT-Studie betrachtet “nur” den Weg von der Gewinnung/Produktion des Rohstoffs über Transport bis zum Endkunden und die Verluste, die dabei entstehen. Die “Graue Energie”, also die Energie zur Herstellung/Aufstellung der Energieernteanlagen, wird dabei nicht beachtet — übrigens auch nicht für den Bau von Kohle‑, Gas- und Kernkraftwerken.
Angeregt durch Ihren Hinweis habe ich mich aber in den letzten Tagen viel mit dem Thema Erntefaktor und Energierücklauf beschäftigt und erwäge auch dazu eine Ergänzung oder einen eigenen Artikel. Der Vergleich der Kraftwerkstypen auf der Wikipedia-Seite zur “Amortisation” hinkt nämlich meiner Meinung nach gewaltig, aber das ist wie gesagt ein Thema für sich 🙂
Wenn ich mir noch die Anmerkung erlauben darf: Es ist großartig zu sehen, wenn sich unsere Leser so intensiv mit den Themen und verlinkten Artikeln auseinandersetzen und angeregt und sachlich diskutieren. Darum machen wir das hier, das bringt uns allen etwas. Vielen Dank!
Um mal mit dem letztgenannten Punkt anzufangen: Ich halte es ebenfalls für definitiv sinnvoll eine sachlich Diskussion um den notwendigen und damit zwangsläufig kommenden Energiewechsel zu forcieren. Darum nehme ich gern die Gelegenheit war, meinen Beitrag dazu zu leisten.
Wenn Sie ohnehin einen Vergleich der Kraftwerkstypen im Sinn haben, kommen Sie ohnehin nicht an der LCA Betrachtung vorbei. Denn es stimmt so, wie Sie es anmerken: Das WTW System ist an den Stellen, wo es um Infrastruktur geht, per Definition “blind”. Das LCA betrachtet eben den gesamten Lebenszyklus eines Produktes, Prozesses oder Dienstleistung und ist entsprechend dichter an der Realität.
Dazu zwei Denkanstöße:
Bis in die 90er Jahre hinein war die Produktion von Solarzellen energieintensiver als die über die Lebensdauer erzeugte Energie. Mit anderen Worten, eine Solarzelle hatte — obwohl vor Ort immer 100% regenerativ- über ihren gesamten Lebenszyklus mehr Energie (und damit auch Ressourcen) verbraucht als erzeugt. Das ist ökologisch natürlich alles andere als sinnvoll.
Viel mehr noch: durch Die WTW Betrachtung ist es vollkommen unerheblich mit welchem Wirkungsgrad die Solarzellen das Sonnenlicht wandeln ==> ist regenerativ und im Überfluss vorrätig- Es hätte somit nie die Notwendigkeit bestanden, den Wirkungsgrad und die Prozesse zu optimieren, um sich der anfangs destruktiven Eigenschaften zu entledigen.
Beide ökologisch kontraproduktiven Eigenschaften bringt erst das LCA an den Tag.
Man muss sich allerdings an den Gedanken gewöhnen, dass auch die regenerativen wie die endlichen Energien ganz eigene Lasten mit sich bringen. Dennoch denke ich, ist es der bessere Ansatz, weil er schonungslos die Defizite der einzelnen Systeme aufzeigt, und so auch klare Empfehlungen ermöglicht.
Ganz lesenswert in diesem Zusammenhang sind die IEA Analysen, wenn sie auch an manchen Stellen mit optimistischen Annahmen glänzen. Siehe hier http://www.iea-pvps.org/index.php?id=350
Falls Sie es noch nicht kennen: Mit Nexus können Sie sich entsprechenden LCA Daten en detail ansehen: https://nexus.openlca.org/
Es ist ja schön wenn schlaue Professoren sich immer neue Studien und Betrachtungen ausdenken und sich damit vor der Öffentlichkeit profilieren wollen. Eines ist so klar wie das Amen in der Kirche: In wenigen Jahrzehnten werden die Oelvorräte erschöpft sein und wenn wir dann noch eine Mobilität wollen, kann diese ja nur elektrisch sein. Ob der Strom dann noch aus Thermischen Kraftwerken kommen kann wenn die Fossilen Energieträger aufgebraucht sind ist wohl keine Frage mehr. Die schon heute unrentable Kernenergie wird die Lücke auch nicht füllen. Je schneller wir das Konzept erneuerbare Energie und Elektromobilität umsetzen umso besser sind wir für die Zukunft gerüstet.
All diese Studien ‚die versuchen die alte fossile Welt in die Zukunft zu retten sind reine Zeitverschwendung.
Zur Grafik von Ulf Bossel — Energiewende zu Ende gedacht:
Aus 100 Einheiten Primärenergie kannst du in einem thermischen Kraftwerk ungefähr 35–40 Einheiten “Primärstrom” generieren. Die Effizienz wird also rein rechnerisch schlechter durch das E‑Auto.
Wenn man alle Verluste berücksichtigt bleibt sie aber ungefähr gleich.
“Für die erneuerbaren Energien können wir in der Well-To-Tank Betrachtung eine Effizienz von 100% für die Primärenergiequellen ansetzen, denn: Jede regenerativ gewonnene Kilowattstunde Strom ist als Reingewinn zu betrachten, weil die erneuerbaren Quellen im Übermaß, emissionsneutral und de facto unbegrenzt zur Verfügung stehen.”
Wenn man einfach so erneuerbar = 100% Wirkungsgrad definiert, bekommt man derbe Rechenartefakte, die nichts mit der Effizienz zu tun haben. Diese ziemlich beliebige Definition muss man am Ende wieder herausrechnen.
Warum sollte die Effizienz steigen, wenn ich z.B. 1 kWh el Biogas durch 1 kWh el Wasserkraft ersetze? Strom ist Strom, der hat keine Farbe.
Erneuerbare Quellen stehen übrigens weder im Übermaß zur Verfügung, noch sind sie emissionsneutral. Weder diese beiden Punkte noch die Reserven haben etwas mit der Energieeffizienz zu tun