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Die Elektromobilität

Weltweit gibt es mehr als 1,3 Milliarden KFZ., Davon 40 Millionen in Deutschland. Selbst wenn alle deutschen Autos nur elektrisch betrieben würden und der ganze Strom aus erneuerbarer Energie stammte, wäre der Effekt auf das Klima nahe Null, denn alleine schon die Gewinnung der für die Batterieherstellung benötigten exotischen Metalle und der Energieverbrauch bei der eigentlichen Herstelljung und der späteren Entsorgung der Akkus belastet Umwelt so sehr, wie ein konventionelles Auto, das bereits hunderttausend Kilometer gefahren hat. Ich vermute, dass bei dieser (nicht meiner) Aussage die Gegenrechnung fehlt, denn auch ein konventionelles Auto verbraucht zu seiner Herstellung und Entsorgung Ressourcen und Strom und belastet die Umwelt.

Der Elektroantrieb macht zweifellos Sinn bei der Verbesserung der innerstädtischen Luftqualität, und das ist nicht wenig. Wenn ein Land von der Größe Deutschlands eine Vorreiterrolle  beim Klimaschutz spielen will, so ist das zwar ethisch richtig und hoffentlich nicht schädlich für die Wirtschaft, aber ein wirksamer Klimaschutz ist nur möglich, wenn große Klimasünder, wie die USA oder China  ernstzunehmende Maßnahmen ergreifen.
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Der in Deutschland erzeugte Strom aus konventionellen Kraftwerken, Atomkraftwerken und aus grünern“ Quellen sammelt sich in einem großen Strompool. Wenn nun Bezieher von Ökostrom, speziell solche, die ein Elektromobil fahren, glauben, sie trügen etwas zur Umweltschonung  bei, so irren sie. Der Ökostrom, den sie für sich beanspruchen, fehlt allen anderen Verbrauchern, die so gezwungen sind, entsprechend mehr konventionellen Strom zu beziehen. Aber noch darüber hinaus ist der Schutz der Umwelt durch Elektromobilität nicht so „grün“, wie es viele technisch Unbedarfte sich erträumen, denn sie wissen nichts oder nur wenig über die technischen Probleme bei der Herstellung bezahlbarer Akkus mit der nötigen Kapazität und kleinem Gewicht und von den Problemen bei der Bereitstellung einer genügend großen Zahl leistungsfähiger Elektro-Tankstellen, sowohl öffentlich  als auch privat, einhergehend mit dem dann erforderlichen Neubau großer Kraftwerke und dem Ausbau des Hoch- und Niederspannungsnetzes bis hin zur Hausinstallation. Das alles wird Kosten in der Billionenhöhe verursachen.
Selbst wenn unter optimalen Bedingungen im Sommer die „grüne“ Stromerzeugung für einige Stunden am Tag den ganzen Strombedarf deckt und alle „grün“ Angehauchten jubeln lässt, so berücksichtigen diese Leute nicht,, dass dann Kraftwerke ausgeschaltet oder die Leistung reduzieren müssen, was bei den meisten so kurzfristig nur eingeschränkt möglich ist. Die Folge davon ist ein Stromüberschuss, der im Inland keine Abnehmer findet, und so entsteht die absurde Situation, dass dieser Überschuss zu Dumpingpreisen oder zum Nulltarif ins Ausland exportiert (entsorgt) werden muss. Genügend leistungsfähige Stromspeicher, die diesen „grünen“ Stromüberschuss aufnehmen könnten, gibt es nicht und wird es auf absehbare Zeit nicht geben. Allein um den Strombedarf einer einzigen Winterwoche mit wenig Wind „grün“ zu decken, müssten  Speicherkapazitäten abgerufen werden, die der Leistungsfähigkeit von ca. 10 Anlagen vom Kaliber des chinesischen Drei-Schluchten-Staudamms entsprechen. So werden die Probleme einer bedarfsgerechten  Stromerzeugung mangels genügender Speicherkapazität immer größer, je mehr „grüner“ Stromes ins Netz drängt, wie im Winter 20/21, wo durch einen schnellen Wetterumschwung die Kraftwerkskapazitäten nicht schnell genug nachjustiert werden konnten und ein gr0ßflächiger Stromausfall drohte.
Probleme entstehen auch dadurch, dass, wie groß auch der Anteil der erneuerbaren Energie noch wird (z.Zt. 30%), immer die volle konventionelle Kraftwerkskapazität zur Verfügung stehen muss, um in Zeiten ohne Sonnenschein und wenig Wind die Versorgung mit Strom zu sichern. Das wiederum macht Probleme bei der Auslastung der Kraftwerke und deren Amortisation. Die Stromkosten werden dadurch immer höher. Unter diesen Umständen ist der Neubau von Kraftwerken offenbar wenig lohnend, denn da höre ich eben in den Nachrichten (16.11.2017), dass Siemens seine Kraftwerkssparte verkleinern und dabei über 6000 Arbeiter entlassen will..
Richtig ist natürlich, dass die Elektromobilität ganz entscheidend die innerstädtische Luftqualität  verbessert, und zwar so sehr, dass in Zukunft in Städten wohl nur noch elektrisch gefahren werden darf. Über die ökologische Gasamtbilanz sollte man sich aber keinen Illusionen hingeben. Das Elektroauto selber stößt zwar kein Kohlendioxyd aus, dafür die Kraftwerke aber um so mehr. Leisten die Antriebsräder eines Elektroautos 20 kW, was für eine Geschwindigkeit von etwa 100 km/h langt, so müssen die Kraftwerke dafür wohl fast 40 kW leisten. Berücksichtigt man also diese Verluste, hat ein sauberer Diesel eine viel bessere Ökobilanz. Bei optimalem Betrieb erzeugt er kaum mehr als die Hälfte an CO2 als ein konventionelles Kraftwerk, das die Energie für ein vergleichbares Elektroauto bereitstellt. Aber auch bei allen anderen Betriebszuständen erzeugt der Diesel weniger CO2. Selbst ein Benziner hat da noch eine bessere Ökobilanz. (ImTeil 2 folgt die Begründung.)

Nun zur Technik der Elektromobile: Technisch relevante Informationen sind in den üblichen Herstellerangaben kaum zu finden, Bei meinen mühseligen Recherchen im Internet habe ich herausgefunden, dass die in den Autos eingesetzten Lithium-Ionen-Akkus einen hohen (energetischen?) Wirkungsgrad  von 85% bis 95% haben und auch die Zyklenfestigkeit scheint kein Problem zu sein. Angaben, unter welchen Lade- und Entladebedingungen dieser hohe Wirkungsgrad erreicht wird, fehlen natürlich. Wird in den E-Tankstellen der Akku brachial in einer halben Stunde geladen und wird er dann im Fahrbetrieb meist sehr schnell oder ebenso brachial wieder entladen, dürfte der energetische Wirkungsgrad mindestens 10 bis 20% niedriger sein,  Kaum untersucht ist auch das Verhalten der Batterie bei schweren Unfällen. Grundsätzlich werden alle Systeme gefährlicher, je mehr Energie auf immer kleinere Volumen zusammengedrängt wird.
Aber das größte Handikap ist die Reichweite der Elektromobile. Die üblichen Angaben schwanken zwischen 300 und 500 km. Sie sind wie üblich geschönt, denn diese Strecke erreicht man nur mit einer sehr moderaten Geschwindigkeit unter optimalen äußeren Bedingungen in der Ebene. Bei Abruf der vollen Leistung, z.B.  bei einer flotten Autobahnfahrt, erreicht man nicht einmal die Hälfte dieser Distanz. Kritisch ist auch der Preis einer Batterie, der heute etwa die Hälfte oder noch mehr des Kaufpreises eines rein elektrisch angetrieben Autos ausmacht.
Selbst für den eher unwahrscheinlichen Fall, dass die Leistungsfähigkeit der Batterien in nächster Zeit verdoppelt würde, wäre eine totale Elektromobilität, wie sie offenbar einigen technisch Unbedarften vorschwebt, kaum machbar. Wie gesagt, erfordert die Produktion der Batterien einen enormen Energieaufwand, und die Entsorgungsproblematik ist noch völlig ungeklärt. Auch der Umbau der Fabriken wird große Probleme schaffen. Es werden wohl viele Beschäftigungsmöglichkeiten wegfallen, die mit den neu entstehenden Arbeitsplätzen bei der Produktion von Akkus, Kfz-Elektronik und Elektromotoren nur teilweise kompensiert werden können, wobei noch zu berücksichtigen ist, dass die bei weitem teuerste Komponente der Elektromobilität, der Akku, noch immer ganz überwiegend fern im Osten produziert wird. Dann stelle man sich einmal vor, dass alle Elektroautos haben und alle fahren in Urlaub. Schon heute bilden sich an manchen Autobahn-Tankstellen in derUrlaubszeit Warteschlangen, obwohl das Tanken von Benzin mindestens 10 mal schneller geht als das Tanken von Strom. Da ist Chaos vorprogrammiert.
Sollte in Zukunft ein Hochleistungs-Akku für einen Mittelklassewagen durchschnittlich 100 kWh Energie speichern können und sollte dieser Akku tatsächlich in einer viertel Stunde geladen werden können, was wünschenswert und heute schon machbar  ist, so müsste jede einzelne öffentliche Strom-Zapfsäule eine Leistung von ca. 500 kW bereitstellen. Die Ladeströme wären dann bei einer Akkuspannung von 400 Volt größer als 1200 Ampere. Das alles ist kaum machbar. Realistisch könnten folgende Werte sein: Die Ladezeit beträgt eine halbe Stunde und vermindert so die Ladeleistung auf 250 kW. Die Spannung könnte auf 800 Volt erhöht werden. Durch beide Maßnahmen würde der Ladestrom nur noch 300 A betragen. Jedenfalls ist die Ladetechnik mit der Bereitstellung einer genügenden Anzahl von leistungsfähigen Stromtankstellen eines der größten Probleme, auch wenn dann wohl viele der „reinen“ Elektrofahrer und wohl die meisten „hybriden“ eine eigene Stromtankstelle in der Garage haben werden.
Nur elektrisch zu fahren ist z.Zt. eine feine Sache für einen, der das Geld für einen Zweitwagen hat. Er kann sich das Geld aber sparen, indem er ein Hybridauto kauft. Er nutzt dann die Vorteile beider Systeme und hat damit alle Freiheiten. Insbesondere ist er nicht unbedingt auf eine Stromtankstelle angewiesen, weder in seiner Garage noch sonst wo. So entstehen auch weniger Netzprobleme, denn der Akku kann wahlweise vom Verbrennungsmotor geladen werden. Daher bin ich sicher, dass der Bestand an Kraftfahrzeugen in der Zukunft bei Hybridfahrzeugen immer viel größer sein wird als der an reinen Elektrofahrzeugen. Ein Nachteil der Hybridfahrzeuge ist die höhere technische Komplexität. Die Kosten dafür werden aber teilweise, vielleicht auch ganz, dadurch  kompensiert, dass das Hybridfahrzeug einen kleineren Verbrennungsmotor als ein konventionelles Auto benötigt, da bei Höchstleistung z.B. bei Überholvorgängen, sich die Leistung beider Antriebe addiert und der Elektromotor sehr hoch überlastbar ist. Auch der Akku kann viel kleiner sein als bei einem reinen Elektroauto. Der Akku im Hybridauto braucht als Minimum nur etwa eine gute halbe Stunde Elektrobetrieb im Stadtverkehr zu ermöglichen. Der Verbrennungsmotor braucht als Minimum nur so stark zu sein, dass das Auto bei gleichzeitiger Ladung der Batterie auf der Autobahn nicht zu einem Verkehrshindernis wird.