Stromer vs. Verbrenner — Kampf um die Effizienz-Exzellenz

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

a. Der deut­sche Strommix

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

energiemix_deutschland_entwicklung
Abb. 4

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
Wir haben für die deut­schen Koh­le­kraft­wer­ke die Anga­ben für “KOEL1” genom­men (weil die effi­zi­en­te­ren IGCC-Kraft­wer­ke in Deutsch­land (noch) kei­ne Rol­le spie­len). Dort fin­den wir einen Wert von 1,8 MJ vor. Um die Gesamt­ef­fi­zi­enz zu bestim­men, müs­sen wir rechnen:

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
Für die deut­schen Gas­kraft­wer­ke haben wir die Anga­ben für “GPEL1b” aus­ge­wählt, weil selbst rus­si­sches Erd­gas bis nach Deutsch­land größ­ten­teils weni­ger als 4.000 km unter­wegs sein dürf­te. Hier gibt die Stu­die den recht nied­ri­gen Wert von 1,2 MJ an.

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

Brennstoffausnutzungsgrad Entwicklung deutscher Kohle-/Gaskraftwerke bis 2015
Abb. 5

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

rohstoffreserven
Abb. 7: Zah­len aus dem BP Sta­tis­ti­cal Review of World Ener­gy June 2016.

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.

ff-timeline
Abb. 8: Je frü­her wir den Wech­sel ins Zeit­al­ter der erneu­er­ba­ren Ener­gi­en schaf­fen, des­to besser.

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
Da der Ver­brauch her­kömm­li­cher Fahr­zeu­ge mit Ver­bren­nungs­mo­tor in Litern (bzw. kg) des jeweils ver­wen­de­ten Kraft­stoffs ange­ge­ben wird, müs­sen wir zunächst ermit­teln, wel­chen Ener­gie­ge­halt die ein­zel­nen Kraft­stof­fe haben. Als Maß­ein­heit für Ener­gie wird gemein­hin Joule37 ver­wen­det. Für die fos­si­len Brenn­stof­fe wird der Ener­gie­ge­halt meist in Mega­joule (MJ = 1 Mio. Joule) pro Liter bzw. Kilo­gramm ange­ge­ben:38

Ener­gie­ge­halt MJ
Ben­zin 32 pro Liter
Die­sel 36 pro Liter
Erd­gas (CNG) 50 pro Kilo
Auto­gas (LPG) 25 pro Liter

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:

Bereit­stel­lungs­ver­lus­te
Ben­zin 18,3%
Die­sel 20,4%
Erd­gas (CNG) 20,0%
Auto­gas (LPG) 11,9%

Elek­tro­au­tos
Der Antriebs­en­er­gie­ver­brauch von Elek­tro­fahr­zeu­gen wird in Kilo­watt­stun­den (kWh) ange­ge­ben. Eine Kilo­watt­stun­de hat umge­rech­net einen Ener­gie­ge­halt von 3,6 MJ.40 Bereit­stel­lungs­ver­lus­te fal­len bei Elek­tro­au­tos, die mit dem nor­ma­len Strom­mix gela­den wer­den, wie oben erläu­tert, eben­falls an, und zwar für die För­de­rung und den Trans­port der fos­si­len Brenn­stof­fe zu den Kraft­wer­ken und die Strom­über­tra­gung vom Kraft­werk bis zur Steck­do­se, sowie auf­grund des nicht per­fek­ten (100%igen) Brenn­stoff­aus­nut­zungs- bzw. Wir­kungs­grads der Kraft­wer­ke. Außer­dem haben wir die beim Auf­la­den des Akkus eines Elek­tro­au­tos anfal­len­den Strom­ver­lus­te berück­sich­tigt.41

d. Der Ver­bren­nungs­mo­tor auf dem Prüfstand

Schau­en wir uns zunächst ein­mal die Fahr­zeu­ge mit her­kömm­li­chem Antrieb an, die bis­he­ri­ge Kro­ne der auto­mo­bi­len Schöpfung.

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:

Abb. 9

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

tldr; — Fazit

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:

energieeffizienz_bossel
Abb. 13: Ener­gie­ef­fi­zi­enz­ver­gleich Ver­bren­ner/E-Auto unter Ide­al­be­din­gun­gen (=100% rege­ne­ra­ti­ve Ener­gie­zu­füh­rung nach voll­zo­ge­ner Ener­gie­wen­de). Quel­le: Ulf Bos­sel — Ener­gie­wen­de zu Ende gedacht.

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

13 Gedanken zu „Stromer vs. Verbrenner — Kampf um die Effizienz-Exzellenz“

  1. 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.

    1. 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.

  2. 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!
    .

    1. 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.

  3. 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

    1. 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.

    2. 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.

  4. 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.

    1. 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.

      1. 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.

        1. 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!

          1. 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/

  5. 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.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.