STROM STATT SPRITT - IST DAS DIE LÖSUNG?
Willkommen im zweiten Teil meines Blogartikels, welcher sich sich wie angekündigt, um vorwiegend elektrische angetriebene Fahrzeuge kümmern wird. Ursprünglich war dieser Teil nur ein kleiner Teilabschnit meines Artikels zum Hybridantrieb auf Motortalk, jedoch zeigten die letzten Monate, dass das Thema doch deutlich bedeutsamer ist und so habe ich es in einen eigenen Artikel umgewandelt. Im Hybridartikel habe ich von Desinformationskampagnen, Marketingargumenten, sowie von einem deutschen Ansatz bei dei den Operationsstrategieen von Hybridantrieben gesprochen. Dies will ich im folgenden näher ausführen, einen Einblick auf die Situation in Europa und im Ausland geben und letztendlich zu einer Bewertung und einem Fazit zu kommen.
Politische und mediale Kampagnen für Elektrofahrzeuge
Bevor ich auf die verbrauchstechnischen Aspekte von Plug-in-Hybriden, Range Extendern und Elektroautos zu sprechen komme, ist es wichtig die Hintergründe in Deutschland und Europa zu kennen, welche die Basis von zahlreichen Artikeln und Diskussionen darstellen.
Verbrauchsermittlung in Europa
Die in Europa gültigen Verbrauchsangaben für Plug-in-Hybride wurden nach einer "R101" genannten Regelung der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE), vom zuständigen Gremium Inlandtransportkomitee (ITC), Arbeitsgruppe WP.29 erstellt.
-> LINK UNECE WP.29
Vom Lobbyverband der deutschen Autoindustrie VDA, welcher wiederum Teil des europäischen Autolobby
ACEA ist, wird die Regelung wie folgt umschrieben:
Damit ist sichergestellt, dass alle gesetzlich vorgeschriebenen Regeln eingehalten werden und der ermittelte Verbrauch korrekt ist. Der NEFZ erfüllt damit seine Aufgabe als einheitliches Regelwerk, das im Wettbewerb einzelne Hersteller weder bevorzugt noch benachteiligt. Die Details zur NEFZ-Verbrauchsmessung sind in der UN/ECE-Regelung 101 akribisch festgelegt. In allgemein verständlicher Form erläutert z. B. die Broschüre „Fakten und Argumente zum Kraftstoffverbrauch“ – erstellt vom VDIK, VDA und TÜV Nord – alle relevanten Fragen.
-> LINK: Seite des VDA zum R101 Zyklus
Der eigentliche Verbrauch wird beim R101 NEFZ Regeltest wie folgt ermittelt:
C = (De x C1 + Dav x C2)/(De + Dav)
C = Gesamtverbrauch in l/100 km,
C1 = Kraftstoffverbrauch bei voll aufgeladenem Akku,
C2 = Kraftstoffverbrauch bei leerem Akku,
De = rein elektrische Reichweite,
Dav = 25 km (willkürlich zugrundegelegte mittlere Strecke zwischen zwei Akkuaufladungen)
-> LINK: Plug-in-Hybrid Verbrauchsberechnung auf Autokiste
Man kann an Hand dieser Regelung erkennen, dass nur ein Bruchteil des tatsächlichen Verbrauchs ins Endergebnis Einzug findet. Zum einen wird der entstehende Stromverbrauch völlig außen vorgelassen, zum anderen sind die 25km zwischen zwei Aufladungen völlig willkürlich festgesetzt und ergeben nur dann einen Sinn, wenn der Alltag tatsächlich und immerwährend mit 25km elektrischer Fahrt zurückgelegt wird.
Im entsprechenden
Wikipedia Artikel werden auch Kritiken zu dieser Regelung aufgeführt. Fragwürdig ist das Verfahren aber nicht nur wegen eventueller Verbrauchertäuschung, sondern auch wegen steuerrelavanter Auswirkungen, die im Zusammenhang mit dem veröffentlichten CO2 Ausstoß stehen.
Verbrauchsermittlung im Ausland
In den USA gilt die R101 Verbrauchsformel nicht. Dort wird von der Umweltbehörde EPA nach
FTP-75 Norm getestet und auf der Webseite fueleconomy.gov sowohl die elektrische Effizienz als MPGe (
Miles per Galone Gasoline equivalent)/oder als elektrischer Verbrauch in kWh/100 mi, als auch die Verbrennungsmotoreffizienz als MPG oder als Benzinverbrauch in gal/100 mi wiedergegeben.
-> Beispiel: Vollhybride
-> Beispiel: Plug-in-Hybride
-> Beispiel: Elektrofahrzeuge
In Japan gitl die R101 Verbrauchsformel ebenfalls nicht. Dort werden von den japanischen Behörden geforderte Test nach JC08-Standard und zukünftig nacht WLTP-Standard durchgeführte Tests durchgeführt und sowohl die Treibstoffeffizienz in km/L als auch die elektrische Effizienz in km/kWh
-> Beispiel: Toyota Prius PHV Spezifikation
-> Beispiel: VW Golf GTE Spezifikation
-> Beispiel: VW e-Golf Spezifikation
Benachteiligung ausländischer Hersteller durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Nicht nur bei den Plug-in-Hybriden wird von offiziellen Stellen ein Kurs gefahren, welcher weder im Interesse des Kunden, noch im Interesse des freien und internationalen Wettbewerbs steht. Auch beim für reine Elektroautos wichtigen Thema Ladestandards und Lademöglichkeiten wird ein Kurs gefahren, welcher selbst nur noch deutschen Herstellern zu gute kommt und sogar andere europäische Mittbewerber ausschileßt.
Es geht dabei um den Gleichstrom Schnellladestandard
CCS, welcher hastig von deutschen Herstellern als Konkurrenz zum japanischen CHAdeMO Standard, sowie zum Supercharger Standard des US Unternehmens Tesla, entwickelt wurde. Der Einfluß der deutschen Autolobby führte aber nicht nur dazu, dass auf EU-Ebene der CCS als Standard beschlossen wurde. Darüber hinaus wurde vom BMWi die in Deutschland gültige
Ladesäulenverordnung erlassen, welche den Betreibern derartiger Stromtankstellen nicht nur die verpflichtende Installation eines CCS-Ladeports vorschreibt, sondern auch noch die physikalische Abgrenzung seines Ladeorts, da dieser sonst als öffentlicher Raum erklärt wird.
Hinzu kommt ein, ebenfalls vom BMWi veranlasstes Förderprogramm "Schnellladenetz für Achsen und Metropolen" (SLAM) bei welchem Ladestationen, welche neben dem definierten CCS-Schnellladesystem auch noch andere Systeme unterstützen, explizit von der Förderung ausgeschlossen werden.
-> Artikel: SLAM der Förderunsinn
Benachteiligung ausländischer Hersteller in den Medien
Deutsche Medienveröffentlichungen sind ein großer Quell gezielt abwertender Polemik durch verschiedene Incognito Schreiber, aber auch halbstaatlicher Akteure. Das Repertoire umfaßt Texte, welche direkt von der Marketingabteilung deutscher Hersteller aufgesetzt sein könnten, als auch solche die sich sehr stark auf einen bestimmten Markt oder ein bestimmtes Thema verbissen haben und nichtsmehr außen herum wahrnehmen. Ich führe hier einige Beispiele auf an denen man unmittelbar die Wirkung (oder aber auch die geistigen Ursachen) der oben genannten Sonderregelungen in der EU und Deutschland zu sehen sind.
-> Press inform Artikel von 2015: Toyota verpasst mit dem Prius die Trendwende
-> Interview mit Ferdinand Dudenhöffer 2016: Toyota macht zu viel falsch
-> Focus Test zum Prius+ 2017: Der lange Japaner mit enttäuschender Batterie-Reichweite
-> AMS Test zwischen Golf GTE und Prius Plug-in 2017: Schlägt der Golf den Hybrid-Urvater?
Gelenkte Diskussionen und Meinungszensur in Internetforen wie "Motor-Talk"
Zusätzlich zu den hier genannten Medien gehört aber auch die angeblich größte europäische Auto-Community motor-talk in die Reihen der Manipulateure. Obbleich die Webseite und das Forum schon seit Jahren als sehr VW-freundlich bekannt ist, gab es seit dem Aufdecken des Diesel-Gate-Skandals eine immer stärker werdende Lenkung der Beiträge hin zum Thema Plug-in-Hybrid und Elektroauto. Dies alleine ist nichts verwerfliches, da man sich nach den nun nichtmehr zu verleugnenden Problemen beim Diesel auch Alternativen suchen muß. Das Problem lag im Stil und der Art und Weise, wie von den sogenannten "Moderatoren" die entstehenden Forendiskussionen um die Themen gelenkt wurden. Alle Debatten hatten unter der oben aufgeführten Prämisse "Plug-in-Hybrid und Elektroauto = CO2 Emissionsfrei" zu laufen. Diskussionen über die Herkunft des Stroms wurden kaum gedulded und mehrfach wurden ganze Passagen oder Seiten gelöscht, welche dem jeweiligen Moderator oder der Forenobrigkeit nicht in die Agenda gepasst hatten. Beschwerden wurden mit dem Hinweis, dass man nicht über Moderationsentscheidungen diskutieren würde, einfach abgebügelt.
-> LINK: Artikel eines anderen Bloggers über Motor-Talk
Diesem äußerst "demokratischen" Umstand verdanke ich dann auch eine e-Mail von Motor-Talk, welche mich darüber informierte, dass meine Anwesenheit im Forum nicht länger erwünscht sei. Höflich wie ich bin, habe ich daraufhin geantwortet, dass ich in diesem Fall das Recht auf mein geistiges Eigentum geltend mache und die werten Damen und Herren meine Blogs von ihrer Seite zu entfernen haben.
Nun gut, das ist jetzt schon etwas
aber ich möchte im Grunde nur ausdrücken, dass man sich auf motor-talk, ähnlich wie auch in den oben zitierten Medienartikeln, keine reine Sachinformation zu einem Produkt holt, sondern gleich eine vorgefertigte Meinung welche man im Forum dann entweder auch gerne teilen darf oder sonst gerne den Mund halten kann.
Energiegewinnung, Aufwand und Verbrauch bei Elektrofahrzeugen
Wie wir aus der weiter oben aufgeführten Betrachtung wissen, gelten Elektrofahrzeuge im europäischen Gesetzesrahmen praktisch als emissionsfrei. Damit ist der Anreiz für deutsche Hersteller geschaffen um mit möglichst teuren Fahrzeugen in einer staatlich geförderten und geschützten Nische (wie es schon beim Diesel der Fall war) kommende CO2 Richtlinien beim Flottenverbrauch auzusitzen oder zu umgehen. In den Medien und öffentlichen Diskussionen zumindest fällt immer wieder das Wort "emissionsfrei" bei der Elektromobilität und viele Politiker und Verbände fordern das baldige Ende des Verbrennungsmotors. Ich möchte dieser Betrachtung nun weiter folgen um zu sehen, ob sie gerechtfertigt ist und wie man das Thema in anderen Ländern angeht.
Ich komme zurück auf den Wikipedia Artikel zum R101 Verbrauchszyklus. Dort heißt es wie folgt:
Der Fehler liegt zusätzlich in der Nichtberücksichtigung der vorher eingeladenen elektrischen Energie. Dieser systemische Fehler führt deshalb zu sehr niedrigen Norm-Verbrauchswerten.
Eine ausschließliche Berücksichtigung des Schadstoffausstoßes bei der Stromproduktion (Übergang von Tank-to-Wheel zu Well-to-Wheel) würde allerdings zu einer Verzerrung zugunsten der Verbrennungsmotoren führen, da die Aufwendungen für Produktion und Transport der Flüssigkraftstoffe bisher ebenso unberücksichtigt bleiben. Außerdem würde diese Betrachtungsweise zu regional unterschiedlichen Verbrauchsangaben führen, da die Aufwendungen zur Stromproduktion und Kraftstoffherstellung regional /in verschiedenen Ländern stark differieren, vom Fahrzeughersteller aber nicht beeinflussbar sind. Vor allem aber ist durch die zunehmende Nutzung regenerativer Energien ein quasi „automatischer“ Einspareffekt bei E-Fahrzeugen gegeben, während ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor immer dieselbe Menge Kraftstoff pro 100 km verbrauchen und entsprechend CO2 emittieren wird, der Aufwand für die Kraftstoffproduktion aber tendenziell steigt.
Möglich wäre eine Angabe in der Norm über den Energiebedarf pro 100 km in kWh. Auch der Energiegehalt von Benzin und Diesel lässt sich in kWh angeben. Dadurch würde dann auch sichtbar, wie ineffizient die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor mit der Menge chemisch gespeicherter Energie umgehen.
Energieaufwand Verbrennerfahrzeug
Diese Argumentation wird nicht nur bei Plug-in-Hybriden, sondern auch bei reinen Elektrofahrzeugen angewandt und ist in zahlreichen Foren zu finden. Nach ausgiebiger Recherche zum Thema bin ich beim Ottomotor mit Benzin dann auf folgende Informationen gestoßen:
Bei der Benzinherstellung aus konventionell gewonnenem Erdöl (Erdölförderung, Transport und Raffinierung) entstehenden klimaschädlichen Emissionen betragen rund 10 % der CO2-Emissionen, die später durch Verbrennung des Benzins entstehen. (Der größte Teil dieser zusätzlichen Emissionen entsteht in der Raffinerie, der zweitgrößte bei der Rohölgewinnung; der Transport den Öltanker und fällt weniger stark ins Gewicht.) Der Energieverbrauch an Energie bei der Herstellung liegt sogar bei ca. 18 % des Energieinhalts des Kraftstoffs. Bei der Gewinnung von Erdöl mit nicht-konventionellen Methoden können Energieverbrauch und Emissionen allerdings noch weitaus höher sein.
-> LINK: RP-Energielexikon zum Thema Benzin
Um also einen Well to Wheel Vergleich zwischen Verbrennungsfahrzeugen und Elektrofahrzeugen zu starten, müßte man also den Treibstoffverbrauch des Verbrennungsfahrzeuges mit 110% berechnen. Dies ist eine sehr einfache Rechnung und so würde z.B. ein Auris Hybrid an Stelle von 3,5-3,9L/100km dann einen NEFZ Verbrauch von 3,9-4,3L/100km aufweisen.
Energieaufwand Elektrofahrzeug
Nach ebenfalls ausgiebiger Recherche bin ich beim Elektrofahrzeug zu einem für manche vielleicht überraschendem Ergebnis gekommen, was vielleicht auch den Grund dafür darstellt, dass man keinen ernsthaften Well to Wheel Vergleich beim Elektrofahrzeug darstellt. Es ergeben sich nämlich mehrere Stufen beim CO2 Aufwand, welch ich wie folgend darlegen möchte.
Akku-Produktion: Auch beim Verbrenner versursacht die Fahrzeugproduktion einen bestimmten Anteil an CO2 Emissionen. Allerdings hat eine kürzlich erschienene Studie des IVL Swedish Environmental Research Institute gezeigt, dass die Produktion von Lithium-Ionen-Akkus mit einem CO2-Äquivalent von 150 bis 200 kg pro Kilowattstunde Speicherkapazität einhergeht. Die Forscher fordern daher, dass Elektrofahrzeuge mit möglichst kleinen Akkus auskommen sollen.
->LINK: Focus Artikel: Schwedische Studie rechnet vor: CO2-Bilanz eines Elektroautos ist ein Desaster
->LINK: Studie des IVL als PDF
Strom-Produktion: Kommen wir nun zum wirklichen Knackpunkt und dem was man direkt messen kann, die Stromproduktion. Was beim Abbau von Kohle oder Gas an CO2 entsteht, konnte ich nicht recherchieren. Allerdings entstehen im deutschen Strommix
527g CO2 pro kWh. Der Strommix schließt, wie der Name schon sagt, den gesamten in Deutschland erzeugten Strom inklusive Ökostrom, Kohlestrom, Gasstrom oder Atomstrom mit ein und wird dann fällig, sobald man ein Netzkabel in die Steckdose steckt.
-> LINK: Quelle ist das Umwelbundesamt
Übertragungsverluste: In Deutschland gehen im Deutschen Stromnetzwerk durch
Übertragungsverluste rund 5,7% der bereitgestellten Energie verloren.
-> LINK: Quelle auf Wikipedia
Ladeverluste: Beim Aufladen von Lithium-Ionen Akkus gehen bei jedem Ladevorgang durch
Ladeverluste zwischen 10-30% der bereitgestellten Energie verloren. Als Quellen beziehe ich mich auf folgende Seiten
-> Studie Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH
-> Webseite: Mario Sedlak - Ladezeiten und Energieeffizienz von Akkus für Elektroautos
-> Artikel auf Ecomento.de: Technik im Elektroauto: Verbrauch, Ladeverlust und Wirkungsgrad
-> Artikel auf Greenfinder.de: Elektroauto Ladekosten
-> Thread im Tesla Fahrer & Freunde Forum: Ladeverluste
-> Thread im GoingElectric Forum: Ladeverlust?
In Summe: Zusammengenommen bedeutet beim Elektroauto eine Well to Wheel Betrachtung in Deutschland nicht weniger als: 527g CO2/kWh zzgl. 5,7% Netzverluste zzgl. 10-30% Ladeverluste = 613-724g CO2/kWh.
Situation in Japan
Viele von Euch werden wissen, dass Japan mit dem Mitsubishi i-MiEV und dem Nissan Leaf stark im BEV-Geschäft engagiert ist und der Leaf das am meisten verkaufte Elektroauto weltweit ist. Trotzdem verkauft Nissan heute deutlich mehr Vollhybridmodelle und der japanische Staat hat ein Programm zum schnellen Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur auf den Weg gebracht. Woran mag das liegen?
In Japan wurden nach dem großen Erdbeben und dem Tsunami von 2011 mit der anschließenden Reaktorkatastrophe in Fukushima, sämtliche Kernkraftwerke vom Netz genommen. In den ersten Tagen und Monaten führte dies zu Produktionsausfällen bei vielen Unternehmen und verursachte damit hohe wirtschaftliche Folgeschäden. Seit diesem Zeitpunkt importiert Japan einen großen Teil fossiler Rohstoffe um damit den eigenen Energiebedarf zu decken. In der Folge stieg der japanische Strommix auf einen CO2 Ausstoß von
554g CO2 pro kWh an.
-> Quelle: FEPC Measures to Suppress CO2
Im Hinblick auf die weiter oben genannten Übertragungsverluste in Deutschland gibt es in Japan mit 100V die weltweit niedrigste Netzspannung überhaupt, was wiederum eine hohe Verlustleistung impliziert. Zudem wird in Westjapan mit einer Netzfrequenz von 60Hz, in Ostjapan mit einer Frequenz von 50Hz gearbeitet.
-> Quelle: Wikipedia Artikel Stromerzeugung in Japan
Es gibt Bestrebungen bis 2030 den japanischen Strommix auf 420-450g CO2/kWh zu senken, was allerdings nur dann gelingen wird, wenn man entsprechend viele Kernkraftwerke wieder ans Netz bringt.
-> LINK: Japans Power Sector and CO2 Pathways
-> LINK: Japans Energy Plan
Vor diesem Hintergrund sind die Überlegungen und die Tagespolitik in Japan sehr einfach zu verstehen. Es ist schlicht und einfach rationaler auf die stetig effizienter werdenden Vollhybride zu setzen, als dass man sich auf teure Elektroautos konzentriert, welche Strom benötigen, der unter hohem CO2 Ausstoß produziert und hohen Verlusten durch die Leitungen geschickt wird. Auch die vielseits beliebten Kei Cars werden durch Verbesserungen ihrer Verbrennungsmotoren und Fortschritten bei der Gewichtseinsparung immer effizienter. Schließlich und letztlich bietet die Wasserstoff-Technologie eine Möglichkeit an, Regenerativ gewonnene Energie direkt und unmittelbar vor Ort zu speichern - Firmen wie Iwatani, Toshiba, Panasonic und andere haben hier bereits vieles erreicht.
-> Artikel: Japan könnte Deutschland mit Hybrid-Autos ausbremsen
-> Artikel: Japanese automakers accelerate hybrid push in Southeast Asia
Situation in China
In den Medien wird China als DAS Elelktroauto-Wunderland dargestellt und zahlreiche Kommentatoren loben die chinesische Staatspolitik zur Förderung und Forderung nach Elektroautos. Dabei werden einige Punkte aber immer wieder übersehen. Zentrales Ansinnen der chinesichen Regierung ist die Stärkung ihrer heimischen Industrie, denn die Elektro-Soll-Quote ist in China nur dann erfüllt, wenn auch der Akku im Elektroauto aus chinesischer Produktion stammt. Vergleicht man das mit Meldungen aus Deutschland, so hört man immer wieder, dass eine Akkuproduktion hierzulande zu teuer und unwirtschaftlich wäre.
-> Artikel: Chinesische Batterien sind Pflicht: China bringt Produktionsquote für E-Autos
-> Artikel: Für 200 Millionen Euro: BMW baut Kompetenzzentrum für Batteriezellen in München
Der nächste Punkt welcher vollkommen ausgeblendet wird, ist die Stromproduktion in China. Durch einen hohen Anteil von Kohlekraftwerken hatte der chinesische Strommix 2012 einen CO2 Ausstoß von 836,7-1085g CO2/kWh, welcher aktuell auf einen Stand von
752,45g CO2/kWh gesunken ist.
-> Artkel: Klimaschädliche Elektroautos
-> 2015 Guidelines for Defra/DECC's GHG Conversion Factors for Company Reporting
Auch in China ist man sich der Problematik des CO2-Ausstoßes durch zahlreiche Kohlekraftwerke bewußt. Die Lösung auf dieses Problem lautet dabei für die chinesische Regierung: massiver Ausbau der Kernernergie. Das Land, welches von von unseren Politikern und Meinungsbildnern wegen seiner Elektromobilitätspläne so hofiert und idealisiert wird, steigt genau dort ein, wo eine Bundeskanzlerin Merkel 2011 ausgestiegen ist.
-> LINK: IAEA How China has Become the World's Fastest Expanding Nuclear Power Producer
-> Aritkel: China warned over 'insane' plans for new nuclear power plants
Mein Fazit
Ich hoffe ich konnte in diesem Blog-Artikel genügend Anschauungs- und Informationsmaterial bringen, damit sich nun jeder bis zu diesem Zeitpunkt ein eigenes Urteil bilden konnte. Mein Fazit in Bezug auf CO2 lautet "Man verringert den CO2 Ausstoß, in dem man weniger CO2 produziert". Es gibt keine generelle Lösung für alles und jeden, so wie sie von manchen grünen Politikern gesehen wird. Es mag Firmen geben, die eine große Photovoltaikanlage auf dem Dach haben und mit dieser ihre in Bereitschaft stehenend Elektrofahrzeuge laden können. Es gibt aber auch Millionen von Menschen, die haben keine Solaranlage, geschweige denn einen eigenen Stellplatz für ihr Auto um es irgendwo anzustecken - da sind Vollhybride im Gegensatz zu einer erzwungenen Elektromobilität einfach effizienter.
Eine Sache halte ich aber generell für Quatsch und das sind Plug-in-Hybride. Hier werden mit sehr viel Aufwand zwei Fahrzeugkonzepte unnötigerweise zur Ineffizienz getrieben. Im Fall japanischer Plug-in-Hybridmodelle gibts einen schweren Akkusatz, welcher an der reinen Hybrideffizienz nagt und mit Strom aus der Steckdose keinen Deut umweltfreundlicher ist. Im Fall deutscher Plug-in-Hybridmodelle gibts einen ineffizienten Downsizer, welcher nochmal mit schwerem Akkusatz beladen wird. Herzlichen Glückwunsch - was soll das bringen?
-> LINK: Spiegel Artikel: Elektromobilität - Ministerien beschweren sich über Hybrid-Dienstwagen
Zusammengefasst möchte ich noch Professor John D. Kelly von der Weber State University zitieren, welcher in einer Vorlesung sagte "Wer über 70.000 US-Dollar für einen Tesla S ausgeben kann, der kauft den Wagen nicht, weil er Treibstoff sparen will".
Das war es jetzt von meiner Seite aus zum "allgemeinen Thema" Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Ich werde in folgenden Blogartikeln gezielt auf die Hybridsysteme japanischer Hersteller eingehen. Wie immer sind mir Fragen und Kommentare jederzeit willkommen.