24 Elektromobilität

Was im öffentlichen Verkehr längst Standard ist, hält langsam auch im Individualverkehr Einzug: das Elektrofahrzeug. E-Motoren sind effizienter als Verbrennungsmotoren. Doch woher kommt der Strom? Wie wird der gespeichert? Ist Elektromobilität sauberer? Liegt im Elektroauto und -moped die Zukunft oder handelt es sich bloß um ein Plazebo im Kampf gegen den Klimawandel?

Die Radiosendung

Eine Sendung von Stefan Mayer und Christina Röll.

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Hintergrundinformation

(Virus-Umweltbureau)

Elektromobilität

Eckpunkte und Grundsatzfragen

Nachdem im Hinblick auf umweltfreundliche Verkehrsabwicklung Handlungsbedarf besteht, bekommen Elektromobile und Hybridfahrzeuge steigende Bedeutung. Damit hält die Elektromobilität, die bisher im Öffentlichen Verkehr bei leitungsgebundenen Verkehrsträgern (Bahn, Straßenbahn, O-Bus, …) ihre Domäne hatte, auch Einzug im Individualverkehr. Wo liegen nun die Chancen und Risken dieser Technologien?

Elektromobile sind leise und setzen keine Abgase frei. Es ist auch möglich, Bremsenergie zurückzugewinnen. Allerdings haben sie (noch) kurze Reichweiten. Dies lässt sie vor allem für den Stadtverkehr prädestiniert erscheinen (der nicht notwendigerweise Individualverkehr sein muss). Ein Großteil der Wege, die mit dem PKW zurückgelegt werden, liegt übrigens im Bereich von wenigen Kilometern, mehr als 95% der Wege liegen laut VCÖ unter 50 km, also innerhalb der Reichweite, die sich mit Elektrofahrzeugen bewältigen lässt. Das Stadtauto muss jedoch nicht die einzige Anwendung bedeuten. Auch Bewohner_innen des Stadtumlands, die etwa zu Park-&-Ride-Anlagen (idealerweise dann mit Ladestation) pendeln und anschließend ins Öffentliche Verkehrsnetz umsteigen, sind denkbar.

Während leitungsgebundene Elektrofahrzeuge wie Bahn und O-Bus keine Probleme mit der Mitführung von Energievorrrat haben, weil sie ständig an der Oberleitung hängen, muss das Elektroauto die benötigte Energie selbst mitführen. Handicap dabei ist das nicht unbeträchtliche Gewicht der Batterien. Bei der Energiespeicherung in der Batterie und beim Abrufen entstehen Verluste, die in die Gesamteffizienz einzubeziehen sind.

(Andere Konzepte versuchten es vergeblich mit Druckluftspeichern bzw. forcierten Brennstoffzellen, die den Einstieg in eine Wasserstoffwirtschaft mit den damit verbundenen Technologien für Verteilung, Lagerung sicheren Betrieb erfordert. Der benötigte Wasserstoff ist keine Primärenergie, sondern muss unter Energieeinsatz gewonnen werden). Aufgrund mangelnder technologischer Reife der Alternativen wird erwartet, dass batteriebetriebene E-Fahrzeuge im Vergleich zur genannten Konkurrenz eher marktreif werden. Die Qualität des Energiespeichers (möglichst hohe Kapazität bei geringem Gewicht, Effizienz des Lade- und Entnahmevorgangs, geringe Selbstentladung, lange Lebensdauer, Zahl der Ladezyklen) ist ein wesentliches Kriterium. Elektrofahrzeug wird meist als Elektroauto verstanden – dies muss aber nicht sein. Zweispurige Fahrzeuge, die in Konkurrenz zu den bei Jugendlichen sehr beliebten (nicht selten auch noch mit Zweitaktmotoren ausgestatteten) Kleinfahrzeugen treten können, haben insbesondere, wenn es dazu auch noch Förderungen gibt, Potenzial. Der Vollständigkeit halber werden Gefährte wie Segways bzw. Elektrofahrräder erwähnt. Letztere sind dann zielführend, wenn sie Personen die Fahrt ermöglichen, die keine Fahrräder benützen können, werden aber dann energetisch kontraproduktiv, wenn sie das muskelbetriebene Fahrrad auch bei jenen Benützer_innen ablöst, denen es sehr wohl möglich wäre, weiterhin muskelgetrieben mit dem Fahrrad unterwegs zu sein.

Während Autohersteller bisher relativ vergeblich an erfolgreichen Elektrofahrzeugen herumentwickeln (auch von der Motivation her profitieren sie nicht nur, sondern verlieren auch), eröffnet sich ein Markt für Quereinsteiger. So sorgte „Tesla“ mit „crossover“-Technologie aus der Notebook-Branche (gestackte Lithium-Akkus mit optimiertem Temperatur- und Lademanagement) für Furore. Trotz Akkuverlusten sind Elektrofahrzeuge effizienter als die speziell ineffizienteren Verbrennungsmotoren. Es kann also mit deutlich weniger Endenergieeinsatz dieselbe Nutzenergie erzeugt werden (zur Gesamteffizienz siehe Zusatzerläuterungen).

Neben der Frage der Batterien ist auch die Frage zu stellen, wo die benötigte Elektrizität gewonnen wird. Sie ist essentiell dafür, ob Elektrofahrzeuge wirklich als umweltfreundlich gelten können, und ob diese dann mit erneuerbaren Energieträgern gespeist werden. Auch durch Verwendung mit fossilen Brennstoffen erzeugter Elektrizität entsteht ein Effizienzgewinn, dies wirkt aber strukturkonservierend und ist im Sinne der vielbeschworenen Energiewende kontraproduktiv.

Innerhalb von kurzer Zeit (mit angemessener Verzögerung) ist die E-Wirtschaft aufgesprungen und sieht Elektrofahrzeuge vermehrt als neuen Absatzmarkt. Damit verbunden ist die Gefahr, dass bei einem Elektroautoboom die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieformen eben nicht mithalten kann.

Ob und bis wann mit welcher Geschwindigkeit welcher Marktanteil erreicht werden kann, ist derzeit unklar. Ebenso unklar ist, wie das System von Stromtankstellen aussehen wird. Welche Technologie (Steckdosen), wer kontrolliert das System, wie benutzer_innenfreundlich ist es, auf welche Nachfrage ist es ausgelegt (wie leicht ist es, einen Anschluss zu bekommen)?

Höhere Ladegeschwindigkeit bedeutet hier mehr Ampere und damit stärkere Belastung für das Netz (Leistung).

Überlegungen, stillstehende Elektrofahrzeuge als Speicher zu nützen und damit als Bestandteil eines (erneuerbaren) Energiesystems zu nutzen, klingen vielversprechend, müssten sich aber erst bewähren und gehen auf Kosten der Ladezyklen, die für den eigentlichen Zweck des Fahrzeuges zur Verfügung stehen.

Probleme mit Parkraumbeanspruchung wie bei herkömmlichen Fahrzeugen bleiben bestehen (wird durch kleinere leichtere Fahrzeuge etwas gemildert).

Anmerkung: Die Verfügbarkeit von Elektrofahrzeugen für den Individualverkehr bedeutet keinesfalls, dass die Bahn oder andere öffentliche Verkehrsmittel überflüssig werden.

Es sollte nicht die Illusion genährt werden, dass das fossilbasierte Verkehrssystem in seiner bisherigen Größe und Wachstumsdynamik (und auch seinen negativen Auswüchsen – z.B. Raumentwicklung, Zersiedelung) unter Ersparung sämtlicher Anpassungen einfach durch technische Verbesserung durch Umstellung auf andere Treibstoffe oder eben Technologien wie das Elektrofahrzeug beibehalten werden kann. Auch sollte nicht vergessen werden, dass im Bereich der Elektrofahrzeuge ausschließlich Lösungen im Bereich des Personentransports bzw. der Kleintransporter auf dem Tapet stehen, während es für den Schwerverkehr, insbesondere Güterfernverkehr – der Hauptemittent und Hauptantriebskraft für Zuwächse bei den Treibhausgasemissionen ist –, kein Angebot gibt.

ausführlichere Beschreibungen und Erläuterungen

Allgemeiner Hinweis

Im Grunde geht es um Elektrofahrzeuge, auch wenn gern von Elektromobilität die Rede ist. Der Begriff der Mobilität wird in vielfältiger und auch unterschiedlicher Weise verwendet, und ist nicht nur ein verkehrstechnischer Parameter. Dem Unterschied zwischen Mobilität und Verkehr ist eine eigene Sendung gewidmet.

Gesamteffizienz des Verkehrssektors

Österreich hat einen Endenergieeinsatz von 353,7 Petajoule (PJ = 1015 J) für den Verkehr. Davon werden nur 123 PJ in Nutzenergie umgewandelt, der Rest ist Verlustenergie. Das ergibt also eine Gesamteffizienz von 35% – darin sind leitungsgebundene Elektrofahrzeuge, v.a die Bahn, die deutlich effizienter ist, bereits enthalten. Der elektrische Endenergieeinsatz im Verkehrsbereich beträgt allerdings insgesamt nur 12 PJ! Netto verbleiben für Verbrennungsmotoren (ÖV und IV) also ca. 342 PJ Endenergie und ca. 113PJ Nutzenergie, also 33% Effizienz in diesem Bereich. Bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 70% für Elektrofahrzeuge bräuchte nur 161,5 PJ für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden, wenn der gesamte auf Verbrennungskraftmaschinen gestützte Verkehr in Österreich auf elektrische Basis umgestellt werden würde. (Anm.: Das ist ein Gedankenexperiment – z.B. Groß-LKW auf elektrischer Basis sind nicht in Sicht). Dies entspricht umgerechnet etwa 45 TWh. Der gesamte Stromverbrauch in Österreich beträgt dzt. etwa 66 TWh (Jahr 2009 www.e-control.at)

Marktchancen

Hier sind Aussagen des Verbands der Elektrizitätswerke (VEÖ 2010), mit 15% des jetzigen Strombedarfs könnten alle Fahrzeuge umgestellt werden, mit Vorsicht zu genießen. Ohne dies explizit anzugeben, werden nur PKW gemeint, und auch hier wird offensichtlich von sehr optimistischen Werten ausgegangen.

Laut Statistik Austria waren mit 31.12.2009 in Österreich 4,3 Millionen PKW zugelassen.

http://www.statistik.at/web_de/statistiken/verkehr/strasse/kraftfahrzeuge_-_bestand/index.html

Ausbauziele bewegen sich im Bereich von 200.000 bis 250.000 Fahrzeugen bis zum Jahr 2020 (VEÖ 2010 bzw. Die Presse 4.10.2010). Auch diese Zielvorgaben werden vielfach als unrealistisch kritisiert. Als Ausgangswert können die Angaben in der Presse http://diepresse.com/home/wirtschaft/economist/570895/index.do gelten: diese gibt einen derzeitigen Bestand von 223 zugelassenen Elektroautos und 3559 Hybridautos (April 2010) an; dies deckt sich mit obigen Werten der Statistik Austria von Ende 2009, die ebenfalls 223 Elektroautos auswiesen und offensichtlich die Primärquelle darstellt. Laut Bundesverband nachhaltige Mobilität sind mehr als 400 Elektroautobesitzer_innen registriert. Bestimmte Modelle scheinen von der Statistik Austria gar nicht berücksichtigt worden zu sein. Diese Unterschiede ändern allerdings nichts an den großen Diskrepanzen zu obigen Zielwerten.

Primärenergieeffizienz und Herkunft der Elektrizität

Das Elektrofahrzeug wandelt seinen Batteriestrom deutlich effizienter in Fahrenergie um, als ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor dies mit dem Energieinhalt seines Treibstoffs tut. Für eine vollständige Betrachtung ist auch maßgeblich die Gesamteffizienz zu betrachten, wo für einen Vergleich noch zusätzliche Faktoren zu berücksichtigen sind. Zusätzlich ist auf die energieträgerabhängige unterschiedliche Relevanz von Energieeffizienz hinzuweisen. Beim Einsatz fossiler Energieträger bedeutet geringere Effizienz immer auch Schaden. Wird erneuerbare Energie eingesetzt, sieht die Sache etwas anders aus, hier ist Effizienz nicht von gleicherweise maßgeblicher Bedeutung. Hinsichtlich der Bedeutung der Gesamteffizienz wird im folgenden Vergleich von jeweils fossilem Energieeinsatz bei der Primärenergie ausgegangen. Hier kommt beim Verbrennungsmotor direkt Primärenergie zum Einsatz, während diese beim Elektrofahrzeug im Falle des Umwegs über Elektrizität im Kraftwerk verbrannt wird, dann über das Stromleitungsnetz übertragen und verteilt werden muss. Mit dem Ladestrom wird dann wieder jeweils unter Verlusten der Akku geladen und beim Betrieb des Fahrzeuges die chemische Energie wieder in Strom rückumgewandelt.

Welcher Prozess nun günstiger ist, hängt im Wesentlichen von der Effizienz des Kraftwerks und der Batterietechnologie ab. Bei neuen Kraftwerks- und Batterietechnologien (Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken bzw. Lithium-Ionen-Akkus) hat auch in diesem Vergleich das Elektroauto die Nase vorn, was nicht als Aufforderung missverstanden werden soll, ein Elektroauto mit Strom aus fossil befeuerten Wärmekraftwerken anstatt mit erneuerbarem Strom zu versorgen. Derzeit reicht allerdings der Zuwachs an erneuerbarer Stromerzeugung nicht aus, um auch nur den bestehenden Anteil zu halten bzw. mit dem Stromverbrauchszuwachs (auch ohne Elektroauto) Schritt zu halten. Ausbaupläne der E-Wirtschaft für erneuerbare Stromerzeugungsanlagen sind optimistisch auf 15 TWh bis 2020 gepeilt (Energiepaket in Rot-Weiss-rot- vgl. mit 45TWh oben)

VCÖ-Einschätzung zur Elektromobilität

Das Ergebnis der Analyse des VCÖ ist einfach und klar: Elektro-Mobilität verschafft im wahrsten Sinne des Wortes in ein paar Jahren für ein paar Jahre ein wenig Luft. Elektro-Mobilität entbindet nicht von der Entscheidung, die verkehrspolitischen Weichen weg vom Auto und hin zum Öffentlichen Verkehr, Gehen und Radfahren zu stellen.“ VCÖ 2009

Fahrdistanzen

„Die meisten mit dem Auto gefahrenen Strecken sind nur wenige Kilometer lang. Die Reichweite moderner Elektro-Autos reicht für nahezu alle Fahrten aus.“ (VCÖ 2009)

Der überwiegende Teil aller Autofahrten ist kürzer als 20 Kilometer - Grafik: VCÖ 2009

Der überwiegende Teil aller Autofahrten ist kürzer als 20 Kilometer - Grafik: VCÖ 2009

Grafik: VCÖ 2009

Problem der Schlüsselrohstoffe

Hier ist aus jetziger Sicht vor allem Lithium für Batterietechnologie relevant, auch dieser Rohstoff („peak everything“) ist begrenzt verfügbar (vor allem in leicht gewinnbarer Form). Hier ist nicht nur die Grenze der Reichweite maßgeblich, sondern auch mögliche Engpässe bei der Förderung, die auftreten können, auch wenn an und für sich genug Vorräte da wären. Rückgewinnung von Lithium aus verbrauchten Batterien kann die Situation entschärfen, löst aber das Grundsatzproblem nicht.

Anmerkung zum Tesla Roadster

Leistungsstarker E-Sportwagen, eigentlich für die Breitenanwendung die falsche Design-Richtung. Manche kritisieren das, andererseits sorgte dieses auch vom Preis nicht alltägliche Fahrzeug aber mit durchaus beeindruckenden Fahrparametern für Furore, und damit für Image und Interesse für die Elektrofahrzeugtechnologie insgesamt.

Vlotte

Eine von fünf vom Klima und Energiefonds geförderten Modellregionen für Elektromobilität in Vorarlberg. (VEÖ 2010) – http://www.Vlotte.at unter Federführung der Illwerke-Vkw.

Pfandsysteme für Akkus

Ebenfalls diskutierte Option ist es, Fahrzeug und Akku getrennt zu betrachten, bzw. zu verkaufen, für letztere ein Pfandsystem einzurichten und den Akku nicht im Gerät zu laden, sondern zu tauschen.

Zusammenfassend gibt es eine Vielzahl von Ideen und Überlegungen über verschiedene Systeme und Zugänge, die einander teilweise widersprechen bzw. auch mit unterschiedlichen Profiteur_innen.

Kleintransport

Elektrofahrzeuge kommen derzeit nicht für den Güterschwerverkehr in Betracht. Zulieferfahrzeuge wie von Post oder Bäckerein haben durchaus Potenzial. In Deutschland gibt es mit Spiekeroog eine Nordseeinsel, die konventionell betriebene Kraftfahrzeuge gänzlich verbannt hat und den Transport von Gütern bzw. auch Gepäck zur Gänze mit Elektro-Kleinlastfahrzeugen abwickelt. Aus den USA liegen Berichte über ersten Einsatz mit einer Flotte mit Teslatechnik-Schnellladung und starker Batterie – außerdem Range-Expander mit Wasserstoff, Benzin, Diesel, PÖL (Pflanzenöl) – vor. Fahrzeuge werden in größeren Flotten in den USA in bereits zwei Häfen eingesetzt, nichtsdestotrotz bleibt der Eingangssatz des Absatzes gültig.

Glossar

Hybridfahrzeug: Fahrzeug mit 2 Antriebssystemen (Verbrennungskraftmaschine, E-Motor) die alternierend bzw. kombiniert betrieben werden können. Akku für E-Motor wird bei Motorbetrieb bzw. beim Bremsen geladen. Betriebsmodus Stadtverkehr elektrisch, Überland konventionell

Nachteil: zusätzliches Gewicht für zwei Systeme mitzuführen.

Petajoule entspricht 1015 Joule. Das Joule ist die Einheit für Energie, wird oft auch als Wattsekunde angegeben und dann durch Division durch 3600 in die üblichen Wattstunden umgerechnet. Entsprechend dem internationalen Einheitensystem werden für 3 Größenordnungen/Zehnerpotenzen bestimmte Vorsilben der Einheit vorangestellt. Also Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta und Exa für 103, 106, 109, 1012, 1015, 1018

GuD Gas und Dampfkraftwerk Kombination einer Gas und einer Dampfturbine in kaskadierender Nutzung zur Effizienzsteigerung

Literatur, Weblinks

VCÖ 2009 „Potenziale von Elektromobilität“ downloadbar unter www.vcoe.at (Stand 21.05.2010)

VEÖ 2010 „ E-Wirtschaft macht E-mobil VEÖ Journal“ Ausgabe Februar 2010)

Energieagentur Energieflussbild 2005 basierend auf Daten der Statistik Austria

www.vlotte.at (Stand 21.05.2010)

http://www.teslamotors.com/ (Stand 21.05.2010)

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektroauto (Stand 21.05.2010)

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromobilität (Stand 21.05.2010)

http://www.statistik.at/web_de/statistiken/verkehr/strasse/kraftfahrzeuge_-_bestand/index.html (Stand 21.05.2010)

Fußnote

Notebook-Batterien auf Lithium-Basis halten 3 Jahre bei 300 Ladezyklen und vorher sichtbarem Leistungsabfall

Interviewpartner_innen

in der Sendung

Gerd Sammer, o.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
Leiter des Instituts für Verkehrswesen an der Universität für Bodenkultur Wien
gerd.sammer[at]boku.ac.at
http://www.rali.boku.ac.at/2656.html

und

DI Martin Blum
zuständig für Verkehrspolitik beim Verkehrsclub Österreich (VCÖ)
martin.blum[at]vcoe.at
http://www.vcoe.at/