Die Elektromobilität

Die Elektromobilität

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 und zur Verbesserung der Stromversorgung 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 die Verbesserung der Ökobilanz durch reine Elektromobilität nicht nur gleich Null, sondern sie ist, wie ich nachfolgend noch begründen werde, umweltschädlicher als die Mobilität mit Verbrennungsmotoren. Nicht berücksichtigt sind hier noch die enormen technischen Probleme und die Umweltbelastung bei der Herstellung bezahlbarer Akkus mit der nötigen Kapazität und kleinem Gewicht und die Probleme bei der Entsorgung verbrauchter Akkus.  Es kommt noch hinzu, dass wir bei der Beschaffung der für die Akkuproduktion benötigten Rohstoffe total von ausländischen Lieferanten abhängig sind. (Obige Ausführungen hat ein Elektro-Fan bemängelt, weil ich die Umweltbelastung und weitere Folgen der Ölförderung nicht erwähnt habe. Er hat Recht, und ich bleibe ein Gegner der totalen Elektromobilität.) Ein großes Problem wird die Bereitstellung einer genügend großen Zahl leistungsfähigerElektro-tankstellen sein mit dem dann nötigen Neubau vieler Kraftwerke einhergehend mit den Kosten für den Ausbau der Niederspannungsnetze 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 herunter gefahren 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 oder gar mit Zuzahlung ins Ausland exportiert (entsorgt) werden muss. Das alles muss der Endverbraucher in Form immer höherer Strompreise finanzieren. Genügend leistungsfähige Stromspeicher, die diesen „grünen“ Stromüberschuss aufnehmen könnten, gibt es nicht und wird es auf absehbare Zeit nicht geben. So werden die Netzprobleme und die Probleme einer bedarfsgerechten Stromerzeugung immer größer, je mehr „grüner“ Stromes ins Netz drängt.

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 auch 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.
(Im Nachtrag versuche ich, diese Behauptung zu begründen.)

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 Entlade-Bedingungen 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 200 und 400 km. Sie sind wie üblich geschönt, denn diese Strecke erreicht man nur mit einer sehr moderaten Geschwindigkeit unter optimalen äußeren Bedingungen. 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 den Urlaubstankstellen der Autobahn 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.

Ein Nachtrag.
Ich verbrauche im Jahr etwa 2000 kWh Strom und fahre im Jahr etwa 10.000 km mit einem konventionellen Auto mit einer Jahresdurchschnittsgeschwindigkeit von etwa 75 km/h und einer geschätzten Jahresdurchschnitts-Leistung von etwa 15 kW. Damit fahre ich im Jahr etwa 133 Stunden Auto (10.000 / 75). Dabei verbrauche ich eine Energie von etwa 2000 kWh (133 x 15). Durch den Betrieb eines Elektroautos würde sich so mein jährlicher Stromverbrauch also verdoppeln. Gehe ich davon aus, dass ich ein durchschnittlicher Autofahrer bin und alle 46 Millionen Autos in Deutschland wären elektrifiziert und hätten die gleiche Fahrleistung wie mein Auto, entstünde ein zusätzlicher jährlicher Energiebedarf  2000 kWh x 46 Millionen = 92 TWh = 92.000.000.000 kWh. Naturgemäß sind das alles, wie auch meine weiteren Ausführungen, grobe Schätzungen mit einem Fehler von vielleicht +/- 20%. Ein Atomkraftwerk hat eine Leistung von 1 GW. Ein Jahr hat 8760 Stunden. Im Jahr liefert ein Atomkraftwerk also 8,76 TWh  = 8.760.000.000.000 kWh. Es wären dann theoretisch ca.10 Atomkraftwerke zusätzlich nötig, um den Mehrbedarf einer totalen Elektrifizierung  zu decken. Der Energiebedarf dieser Autos würde den Stromverbrauch aller privaten Verbraucher verdoppeln und der Anteil an dem gesamten Stromverbrauch würde von derzeit 25% auf 40% steigen und damit den Bedarf der Industrie als bisher größten Verbraucher übertreffen.

Doch so dramatisch ist es nicht, denn es werden auch in Zukunft noch lange nicht alle Autos rein elektrisch angetrieben und Hybridfahrzeuge sind nicht auf die öffentliche  Stromversorgung angewiesen. Die meisten Besitzer von Elektromobilen werden ihren zusätzlichen Strombedarf dann mit Sicherheit in nächtlichen Schwachlastzeiten zu entsprechend günstigen Tarifen aus ihrer privaten Stromtankstelle abrufen. Damit würde die Elektrifizierung dieser Autos in ganz idealer Weise zu einer wesendlich gleichmäßigeren Auslastung der Kraftwerke beitragen, was die Stromerzeugung wirtschaftlicher macht. Für diese Stromverbraucher ist es sogar wahrscheinlich, dass überhaupt kein zusätzlicher Ausbau von Kraftwerkskapazität erforderlich ist. Lediglich die öffentlichen Stromtankstellen werden das Netz ungünstig belasten und so den zusätzlichen Neubau von Kraftwerken erfordern. Sollte der technische Fortschritt eine Reichweite von 500 km oder mehr bei heute üblicher Fahrweise und erträglichen Kosten ermöglichen, wären Elektromobile eine gute Alternative zu Hybridfahrzeugen und zu Autos mit Verbrennungsmotoren..

Hier noch ein Nachtrag zu meiner Behauptung, dass konventionelle Autos eine bessere Ökobilanz haben. Von der Turbinenleistung der Kraftwerke bis zu den Antriebsrädern der Elektroautos geht etwa die Hälfte verloren, Meine Rechnung: Durch den Eigenbedarf der Kraftwerke – im Internet finde ich Werte von 4% bis 16% - und Verluste des Generators und des Maschinentrafos vermindert sich der nutzbare Ertrag um den Faktor ca. 0.9. In den Leitungen und in den mindesten 3 weiteren Umspannern bis zum Endverbraucher beträgt der Leitungsverlust ca. 6%, Faktor 0.94 (Internet). Der Verluste des  Akkus schätze ich bei der sehr schnellen Ladung und Entladung mindestens auf 20%, Faktor 0,8. Der Gleichrichter in der Garage und die Elektronik im Auto erhöhen die Verluste um ca. 10%, Faktor 0,9. Der Elektromotor hat ebenfalls einen Faktor von 0.9. Das  summiert (multipliziert) sich zu einem Verlust von fast 50%.

In den Kraftwerken wird der Energiegehalt der eingesetzten Brennstoffe hoch geschätzt zu ca. 40% in nutzbare Elektrizität verwandelt, wovon nur 20 bis 25% der dort eingesetzten Brennstoffenergie entsprechend der oben angeführten Auflistung an den Antriebsrädern der Autos zu Verfügung stehen.  Moderne Motore dagegen nutzen den Bennstoff beinahe doppelt so gut aus, immer vorausgesetzt, es sind (Diesel-) Motore, die im wirtschaftlich günstigen Verbrauchsbereich gefahren werden, d.h. bei niedrigen Drehzahlen um 2000 Touren und nicht „sportlich“. Daher erzeugt ein Diesel  im Optimum seiner Verbrauchskurve nur etwas mehr als die Hälfte der Menge an CO2, die ein konventionelles Kraftwerk an CO2 für den Antrieb eines gleichwertigen Elektroautos erzeugt.. Berücksichtigt man  die 30% „grünen“ Strom, sind es immer noch 30% bis 40% CO2-Einsparung. Auch bei allen anderen Betriebszuständen hat der Diesel eine bessere Ökobilanz. Das gilt selbst für einen Benziner. Ein Diesel hat gegenüber diesem jeweils im günstigsten Betriebsbereich den Vorteil eines ca. 20% geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauchs und was noch viel wichtiger ist: Der spezifische Verbrauch im Teillastbereich, wie er z.B. im innerstädtischen Verkehr üblich ist, steigt bei einem Diesel wesentlich weniger als bei einem Benziner. Hier erhöht sich der Verbrauchsvorteil des Diesels nach den mir vorliegenden Verbrauchskennfeldern um weitere 10 - 20%

Fazit: Je mehr Elektroantrieb, um so mehr Umweltbelastung und Probleme bei der bedarfsgerechten Stromerzeugung, Den Hybridautos gehört daher die Zukunft, weil nur dann elektrisch gefahren wird, wenn es vorgeschrieben ist oder wenn es Spaß macht (oder billiger ist?). Vorstehende Aussagen  sind plausibel, so lange der meiste Strom aus der Verbrennung von Kohle und anderen Stoffen erzeugt wird. Das wird wohl immer so bleiben, es sei denn, man macht es so wie Frankreich und baut massiv Atomkraftwerke. Dort fährt man elektrisch tatsächlich nahezu CO2-frei, denn der Strom wird nur zu 5% bis 6% von konventionellen Kraftwerken geliefert.

Entgegen aller Dieselhysterie und allen Prognosen wird ein sauberer Diesel noch lange leben und sich auch gegen den reinen Elektroantrieb noch lange behaupten, erst recht in Hybridfahrzeugen, sei es als Hauptantrieb oder als „Notstromaggregat“. Die deutschen Firmen handeln ökologisch und ökonomisch vernünftig, wenn sie sich nicht an dem Wettlauf um die reine Elektromobilität beteiligen. Es genügt, wenn sie brauchbare Hybridfahrzeuge herstellen.
(Hier sprach der Diesel-Fan.)


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