Zum Stand der Elektrifizierung des Straßenverkehrs

 

 

Das Elektroauto

Der Energie-Inhalt von Benzin oder Dieselkraftstoff liegt bei 10 kWh/l. Damit enthält ein 45-l-Tank 450 kWh. Setzt man den Wirkungsgrad eines modernen Turbo-Dieselmotors im praktischen Betrieb mit 30% an, was schon knapp gerechnet ist, und gesteht man dem Elektromotor einschließlich der Verluste im Umrichter und des Lade-Entlade-Wirkungsgrads des Akkus dagegen großzügige 90% zu, was angesichts der besseren Eignung (u. a. Rückspeisung) des elektrischen Antriebs legitim ist, so erleichtert dies mit einem runden Verhältnis von genau 1/3 die Einschätzung: Ein Elektroauto müsste also 150 kWh elektrischer Energie mit sich führen, um die gleiche Fahrleistung und Reichweite aufzuweisen und somit das Diesel getriebene Fahrzeug vollumfänglich ersetzen zu können. Das entspricht etwa 300 herkömmlichen Autobatterien mit einer Masse von 3 bis 5 Tonnen. Damit erhöht sich der Energie-Bedarf des Fahrzeugs entsprechend, und die Katze beißt sich in den Schwanz.

Nun sind herkömmliche Starterbatterien nicht auf größte Kapazität, sondern auf größten Belastungsstrom hin ausgelegt und daher mit so genannten Traktionsbatterien nicht vergleichbar. Auch ist die Bleibatterie bleischwer und die Energiedichte – weder auf die Masse noch auf das Volumen bezogen – das Gelbe vom Ei. Neuere Entwicklungen, vor allem die Lithium-Ionen-Batterie in ihren vielen Varianten, haben die Verhältnisse schon sehr verbessert und z. B. die mögliche Arbeitszeit am Laptop seit dessen Erfindung schon gut und gerne vervierfacht, obwohl sich die Leistungsfähigkeit der Rechner gleichzeitig enorm erhöht hat und die Bildschirme mit ihrem wesentlichen Anteil am Strom-Verbrauch dieser an sich schon sparsamen Geräte erheblich größer geworden sind, denn die Energiedichte ist bei Lithium-Ionen-Zellen grob 4 Mal so hoch wie bei Bleiakkumulatoren. Das Äquivalent zum 45-l-Tank wöge heute »nur« noch eine Tonne.

Bild 1
Bild 1: Dieser Akkusatz reicht gerade einmal zur Versorgung eines einzigen Reisezugwagens der DB – keineswegs etwa für Heizung und Klimatisierung, vom Antrieb ganz zu schweigen, sondern lediglich für Beleuchtung und Hilfsbetriebe

Die Kosten solcher Speicher werden mit 1000 €/kWh angegeben. Der VDE meint, durch Massenfertigung seien hier noch erhebliche Kostenreduzierungen zu erwarten. Preise im Bereich von 300 €/kWh für Hochenergiebatterien und 500 €/kWh für Hochleistungsbatterien scheinen ihm in den kommenden 5 Jahren bei Etablierung einer Massenfertigung realistisch. Im Jahr 2015 wird immer noch mit etwa 380 €/kWh gerechnet und ein Potenzial zu weiterer Kostensenkung von nur 20% bis 30% gesehen, denn diese Kosten bestünden (bei 18 Millionen Zellen im Jahr) zu 2/3 aus Materialkosten (und nur 10% Lohnkosten). Damit kostet der »45-l-Tank« aber immer noch zwischen 45.000 € und 75.000 €. Beides, sowohl die Masse als auch der Preis, beschränken den Einsatz des Elektroautos also auf den eines Kurzstrecken-Fahrzeugs mit z. B. einem »5-l-Tank«. Für ein »normales« Auto, wie der Bundesbürger (egal, unter welchem Adler) oder der Eidgenosse es sich vorstellt, reicht eine solche Verbesserung immer noch nicht aus. Hier ist erst noch ein Quantensprung von Nöten, eine ganz neue Erfindung, an die wir jetzt überhaupt noch nicht denken, vergleichbar vielleicht der Entdeckung der Kernspaltung oder der Hochtemperatur-Supraleitung.

Dessen ungeachtet kommt es aber immer wieder zu neuen Sensations-, Wunder- und Durchbruchsmeldungen, die verkünden, dass die Elektromobilität (womit immer nur diejenige auf der Straße gemeint wird) jetzt marktreif würde, und danach passiert dann gar nichts mehr – bis zur nächsten Meldung. Diese Meldungen lesen sich dann ungefähr wie folgt:

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Durchbruchsmeldung 1: 605 km mit einer Akkuladung

So absolvierte am 27. Oktober 2010 ein umgebauter Audi A2 eine Rekordfahrt. Als »Durchbruch« zum »alltagstauglichen« Fahrzeug gefeiert, stellt dies jedoch insofern einen Rückfall in alte Zeiten dar, als man wieder einmal einem bestehenden konventionellen Auto einen Elektro-Antrieb »aufgepfropft« hat. Selbst das Schaltgetriebe ist drin geblieben. Das ist gerade so, als wenn sich ein Traktor vom Acker macht, um auf dem Nürburgring mitzufahren, oder als wenn man einen Pflug an die dort eigentlich zirkulierenden Fahrzeuge spannt. Umso erstaunlicher ist allerdings die bewältigte Strecke von 605 km. Der Rekord hingegen wird von anderer Seite auch wieder bestritten. Mit einem speziell hierfür gebauten Fahrzeug hat es offenbar jemand früher schon weiter gebracht – nur eben ohne ideelle und finanzielle Unterstützung aus der Politik und daher von der Öffentlichkeit unbemerkt. Selbst schuld. Das war vorherzusehen. Den vorstehenden Versuch hingegen hätte man ebenso gut schon 5 Jahre früher fahren oder aber gänzlich unterlassen können, denn:

  • Als Akkumulator wird ein Lithium-Metall-Polymer-System – eine seit Jahren bekannte Technik – genannt.
  • Die Kapazität wird mit 100 kWh und die Masse mit nur 100 kg angegeben, was also einer Energiedichte von 1 kWh/kg entspräche.

Ungereimtheiten der ersten Art

An anderer Stelle werden die Energiedichten solcher Systeme mit 140 Wh/kg bis höchsten Falls 180 Wh/kg genannt. Das lässt am Rest der Meldungen über die Rekordfahrt ebenfalls Zweifel aufkommen. Tatsächlich wird der hier verwendete Akku anderweitig mit 300 kg angegeben, was der Wahrheit schon näher kommen dürfte. Leider wurde der Wagen bei einem Brand der Lagerhalle, in der er stand, zerstört und lässt sich nun nicht mehr im Original überprüfen. Für den Funktionsbeweis wurde er daher nachgebaut, doch statt 1260 kg wie das Ursprungsauto wog der Nachbau nun 1340 kg. Gleichzeitig sank die Kapazität der Batterie von vormals 98,8 kWh auf nur noch 62,9 kWh, und der Hersteller gibt das Gewicht der Batterie jetzt mit 386 kg an. Will sagen: Die Energiedichte verminderte sich von »über 300 Wh/kg« auf 163 Wh/kg, was respektabel, aber nicht mehr sensationell ist, wie »Die Zeit« in einem ausführlicheren Beitrag berichtete.

  • Sucht man nach den Kosten dieses Akkumulators, so findet man in den Berichten über die Rekordfahrt nichts. Will man solche Zellen, wie sie z. B. zum Betrieb von Modellflugzeugen eingesetzt werden, anderen Orts kommerziell in kleineren Einheiten erwerben, sieht man sich mit Preisen um 2 €/Wh konfrontiert.
  • Unterstellt man eine Halbierung dieser Kosten für größere Einheiten, wie sie zum Betrieb von Autos in Frage kämen, landet man beim Übergang vom Diesel- auf ein Elektroauto immer noch ganz grob bei einer Verfünffachung des Kaufpreises für ein solches Fahrzeug – der übrigens (laut »Wirtschaftswoche« 14/2011, S. 94) mit 750.000 € angegeben wird, was also den Faktor 5 gleich noch einmal quadriert. Nun ist dies zwar kein Serienpreis, aber das Basisfahrzeug stammte, wie ausgeführt, aus der Serie. Schon das Quadrat weg zu bekommen dürfte in einer rein hypothetischen Serie schwierig werden; die Basis 5 bleibt auf jeden Fall bestehen.

     

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Auswertung der verfügbaren Daten

Bei der Anwendung elektrischer Energie im Auto großzügig mit 90% und beim Dieselfahrzeug mit relativ mageren 30% gerechnet, entsprächen die 100 kWh Strom ungefähr einem Verbrauch von 300 kWh in Form von Dieselkraftstoff, also etwa 30 Litern. Das Elektroauto hat also keine Energie gespart, sondern im Gegenteil mehr Primärenergie geschluckt, denn bei der mäßigen angegebenen Geschwindigkeit hätte ein Diesel-A2 deutlich weniger als 30 Liter verbraucht. Tatsächlich handelt es sich um ein »3-Liter-Auto«, und ein solch niedriger Verbrauch ist bei einem Kleinwagen und dieser Fahrweise wirklich realistisch. Vermutlich wurde der Versuch mit Bedacht bei Nacht (und Nebel?) durchgeführt, um möglichst konstant mit etwa 90 km/h fahren zu können. Aus der weiteren Betrachtung der verfügbaren Zahlen ergibt sich:

  • Die Stromkosten hätten an einer Haussteckdose um 16 € betragen; für Dieselkraftstoff wären also knapp 25 € fällig gewesen.
  • Der Wagen wird die Strecke also rund 10.000 Mal zurücklegen müssen, ehe er anfängt (Geld) zu sparen (Energie spart er ohnehin nicht – s. o.).
  • Bedauerlicherweise jedoch ist der Akkumulator spätestens nach 3.800 Fahrten »schon« am Ende seiner Lebensdauer angekommen.
  • Da ist es noch nicht einmal von Belang, dass in dieser Rechnung der Dieselkraftstoff mit Mineralölsteuer gerechnet wurde, der Strom dagegen nicht. Eines Tages, wenn Autos gesamthaft oder mehrheitlich elektrisch fahren, wie es das Fernziel dieser Subvention sein soll, müsste der Strom für das Auto also auch dermaßen besteuert werden, dass sich sein Preis nahezu verdoppelt.

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Was ist hier falsch gelaufen?

Der Fehler mit dem Traktor auf dem Nürburgring wurde hier gleich ein zweites Mal gemacht, denn das Elektroauto ist ein typisches Kurzstreckenauto:

  • Dieselmotoren eignen sich für das »Lastprofil Autobahn« recht gut; da ist nicht mehr viel zu holen. Beim »Lastprofil Innenstadt« aber schneiden sie schlecht (und Ottomotoren miserabel) ab. Der Elektromotor vermag beide Anwendungsfelder gleichermaßen gut zu bedienen und hat somit naturgemäß nur im Stadtverkehr einen entscheidenden Vorteil zu bieten, im Fernverkehr eher nicht.
  • Der Stromspeicher als – einziger, aber eben tödlicher – Engpass des E-Mobils könnte für das »Lastprofil Innenstadt« viel kleiner ausgelegt werden.

Solch ein Kurzstrecken-Elektrofahrzeug spart tatsächlich relativ viel Primärenergie ein – nur eben absolut wenig, weil es nur wenige Kilometer in seinem Leben fährt, und rechnet sich folglich nicht, weder finanziell noch für die Umwelt. Ein »Vielfahrer-Kurzstrecken-Elektrofahrzeug«, etwa für Taxis, scheitert wieder an der Unterbringung ausreichender Kapazität und der notwendigen Ladezeit. Schade eigentlich, denn auch ein Kurzstrecken-Elektrofahrzeug ließe sich ohne weiteres sehr sportlich motorisieren – das Paradepferd des elektrischen Straßenverkehrs, der imposante Elektro-Sportwagen Tesla Roadster, zeigt es! Die Beschleunigung reicht an einen Ferrari heran, und die Höchstgeschwindigkeit ist auch nicht von schlechten Eltern. Man kann sie nur nicht lange fahren, bis der Spaß wieder vorbei ist, weil eben der Luftwiderstand mit dem Quadrat zur Geschwindigkeit steigt. Beim PKW ist er irgendwo zwischen 50 km/h und 90 km/h gleich groß wie die Rollreibung und wird damit im Bereich der Höchstgeschwindigkeit zum nahezu allein bestimmenden Faktor. Der Tesla Roadster fährt mit einer Akkuladung zwischen 90 km und 500 km weit. Die Werksangabe beträgt 350 km. Bei den 90 km dürfte es sich um eine Versuchsfahrt mit Höchstgeschwindigkeit handeln. Diese ist elektronisch begrenzt, wie bei allen Elektrofahrzeugen, damit der Akku nicht noch schneller leer wird – hier allerdings auf immerhin 200 km/h. Die überaus üppige Motorleistung von 225 kW ließe im Prinzip noch deutlich mehr zu, aber der Akkumulator eben nicht – oder nur für einen kurzen Zwischenspurt.

Ein moderner Diesel-PKW würde bei dieser Geschwindigkeit etwa 15 l/100 km verbrauchen. Böte der Dieselmotor durch »sanfte« Fahrweise ein ähnliches Sparpotenzial wie der Tesla Roadster, dann müsste sich der Verbrauch dieses üppigen Motors bis auf 2,7 l/100 km drücken lassen. Das klingt eindeutig unrealistisch und macht dadurch deutlich, dass das Sparpotenzial des Elektro-Antriebs vor allem – wenn nicht ausschließlich – im unteren Teillast-Betrieb, also im Stadtverkehr, liegt.

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Durchbruchsmeldung 2: Ein E-Auto für 7.000 €!

In der »ew Energiewirtschaft« 12/2011 fand man auf S. 66 die Nachricht: Das spezielle Stadtfahrzeug Renault Twizy mit winzigen Abmessungen und 2 hintereinander angeordneten Sitzen gibt es jetzt für 7.000 € bis 8.500 €! Das ist genau das, worauf die Pendler Jahrzehnte gewartet haben!

Doch wie üblich muss man den Artikel erst zu Ende lesen, um an den Pferdefuß zu gelangen. Zunächst einmal muss man die Standard-Version mit einer Höchstgeschwindigkeit von 45 km/h eher als Krankenfahrstuhl ansehen und wohl weniger als »Auto«. Auch die 80 km/h schnelle »GTE«-Version liegt noch hart an der Grenze eines ernst zu nehmenden Autos. Beiden aber ist vor allem der Haken gemein, dass der Preis keinen Akku beinhaltet. Den muss man für 49 € im Monat mieten. Er soll 7 kWh Strom fassen und damit Reichweiten von bis zu 115 km ermöglichen (wobei »bis zu« immer eine goldige Angabe ist). Wenn die Miete für den Akku nicht teurer sein soll als der Strom-Verbrauch des Fahrzeugs, muss man also den Akku mindestens täglich (jeden Tag, auch am Wochenende, an Feiertagen und im Urlaub) ein Mal vollständig leer fahren und vollständig wieder aufladen, sprich »bis zu« 115 km am Tag und somit 40.000 km im Jahr fahren. Dies entspricht gerade mal dem Punkt, an dem Stromkosten und Akkukosten sich die Waage halten, der Akku also die Energiekosten »nur« verdoppelt. Je weniger das Fahrzeug genutzt wird, desto krasser wird diese Bilanz. Lassen Sie uns aber die Akku-Miete als »Ersatz« für die als Subvention des Elektrofahrzeugs entfallene Mineralölsteuer betrachten: Ein »High-Tech«-Diesel vergleichbaren Kalibers (13 kW in der GTD-Version, 450 kg leicht) müsste dann mit etwa 2,5 l/100 km auskommen und würde so bei ebenfalls 40.000 km im Jahr gerade so viel Mineralölsteuer kosten wie die Akku-Miete des Twizy. Jeder weniger gefahrene Kilometer spart dem Diesel-Fahrer etwa 3 Cent; dem E-Fahrer nur 1,5 Cent – und wer fährt schon 40.000 km im Jahr in einem Kabinenroller?

Bei der Bahn rechnet sich das erstaunlicherweise dennoch, aber auf der Straße? Das typische Wenigfahrer-Auto mit der gemieteten Batterie wird so eher zum Groschengrab.

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Durchbruchsmeldung 3: »Alltagstaugliches Elektroauto schon ab 21.700 €«

So lautete es schon wieder in einer Kurzmeldung. Dieses Mal wird vorsichtshalber gar nicht erst darauf hingewiesen, dass für den Akkumulator (von immerhin 22 kWh) eine Monatsmiete in Höhe von 79 € anfällt – macht in 6 Jahren Nutzungszeit (weiter reicht der Produkt-Konfigurator nicht) schon 5688 € zusätzlich. Bei Überschreitung einer Fahrleistung von 12.500 km/a (aber keine Sorge; dazu wird es nicht kommen) steigt die Miete noch entsprechend. Ein sparsamer Dieselmotor würde den Kleinwagen bei dieser Fahrleistung für weniger als das bewegen – inklusive Mineralölsteuer.

Davon abgesehen kostet der Akku etwa so viel wie das gesamte restliche Auto. Man müsste diese Miete daher schon mindestens 20 Jahre lang bezahlen, ehe der Akku wirklich bezahlt ist. Irgendwo muss also noch ein Sponsor, eine Quersubvention oder eine staatliche Förderung beteiligt sein.

Da ist es kein Trost mehr, dass der E-Wagen laut Produkt-Konfigurator gar nichts verbraucht – nicht in l/100 km, und etwas anderes wird dort auch nicht angegeben.

Ein Automatikgetriebe soll er angeblich haben. Wenn das stimmt, hat man wieder einmal einen der entscheidenden Vorteile des Elektromotors wirkungsvoll ausgehebelt. Bleibt zu hoffen, dass dies nur sinngemäß als »braucht das Fahrzeug nicht« zu verstehen ist.

»Das Interesse von Privatkunden an Elektroautos ist größer als erwartet« heißt es dann weiter in der betreffenden Pressemeldung. »Bereits jeder vierte Deutsche zieht beim nächsten Autokauf ein Elektrofahrzeug in Betracht«. Demnach müsste sich der Bestand an Elektrofahrzeugen – in echten Verkäufen gerechnet – innerhalb einer Auto-Generation um den Faktor 100.000 erhöhen. »Knapp 60 % der Autofahrer haben sich bereits intensiv mit dem Thema Elektromobilität befasst.« Ja, was würden Sie denn sagen, wenn Ihnen jemand ein Mikrofon unter die Nase hält?

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Durchbruchsmeldung 4: »Markteinführung von Elektroautos startet«

So titelte die Fachpresse wieder einmal.  Dabei muss man diese Fachveröffentlichung schon lobend hervorheben, da im Text wirklich Daten und Fakten wiedergegeben werden. Üblicherweise finden sich dort immer nur Absichtserklärungen oder Szenarien ohne Angabe der angenommenen Ausgangsdaten, denn gibt man diese an, so ist die Folge – wie im vorliegenden Fall – dass der Text das Gegenteil dessen aussagt, was in der Überschrift steht. Im vorliegenden Fall jedoch werden wirklich einmal zwei vergleichbare Modelle einander gegenüber gestellt. Die dort abgebildete Tafel 2 wurde hier etwas erweitert und aktualisiert – denn Benzin und Strom werden ja munter immer teurer – als Tabelle 1 wiedergegeben.

Dabei treten folgende Erkenntnisse zu Tage:

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Tabelle 1
Tabelle 1: Vergleich eines Elektro- mit einem Benzinauto
+Diese Fahrzeuge sind hinsichtlich Größe und Fahrleistungen wirklich vergleichbar.
+Dies ist ein echtes Elektroauto mit einem eigenen Konzept! Man erkennt es an den leicht unterschiedlichen Abmessungen und Wendekreisen, an den Unterschieden im Antriebskonzept vorne / hinten und dem Weglassen des Schaltgetriebes beim Elektroauto.
+Die Energiekosten des Elektrofahrzeugs liegen bei nur knapp einem Drittel derer des Benzinfahrzeugs!
-Nur liegt der Kaufpreis leider beim Dreifachen des Benzinfahrzeugs.
-So muss das E-Auto unglücklicherweise fast eine halbe Million Kilometer fahren, ehe sich der Mehrpreis amortisiert hat.
-Die Reichweite wird mit 150 km genannt – bei 16 kWh Akku-Kapazität schon eine mutige Angabe. In einem weiträumigen, über zwei Jahre laufenden Test mit 741 Testfahrern und 200 Fahrzeugen wurde für dieses Fahrzeug und einige nahezu baugleiche Typen ein Verbrauch von 183 Wh/km statt der angegebenen 125 Wh/km ermittelt. Dies senkt die Reichweite auf 87 km.
-In jedem Fall entspricht dies über 3000 Ladezyklen und damit dem Ende der Lebensdauer des Akkumulators.
-Im Übrigen hat der Wagen damit gut 2 Jahre seines Lebens an der Steckdose zugebracht, während derer er zum Fahren also nicht zur Verfügung stand. Natürlich könnte man sich für 20.000 € einen Zweitakku besorgen, um dieses Problem zu umgehen, doch wird dies die Kostenbilanz nicht gerade verbessern. Auch die an dieser Stelle immer ins Feld geführten »Leasing-« und andere Modelle lösen dieses Problem nicht, denn letztlich müssen die 20.000 € von irgendjemandem bezahlt werden, und selbst wenn das der Staat ist, sind wir das letztendlich alle miteinander.
-Dabei ist selbst diese Rechnung noch stark geschönt, da auch hier wieder der reale Benzinpreis einschließlich Mineralölsteuer verwendet, aber keine entsprechende Abgabe auf den »Autostrom« eingerechnet wurde, wie sie nach der erhofften erfolgreichen Einführung der »Elektromobilität« zur Finanzierung des Straßenbaus wird erhoben werden müssen.

Vom »Durchbruch« zur Marktfähigkeit der Elektroautos bleibt so nicht viel übrig. Ein Hersteller sagt dies mittlerweile offen – und das gerade in dem Moment, in dem er sein neues Elektroauto vorstellt.

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Durchbruchsmeldung 5: Altauto-Verwertung

So aber funktioniert die Wirtschaftlichkeit: Man kaufe einfach ein Auto von der Stange und einen Umrüstsatz! Den Verbrennungsmotor baut man aus und wirft ihn weg.

Oder vielleicht doch nicht? Dann funktioniert es aber zumindest mit Altautos mit Motorschaden. Einige Kleinwagen vergangener und gegenwärtiger Modelle lassen sich mit Hilfe eines vorgefertigten Umrüstsatzes – einschließlich eines Akkupacks von 10 kWh, das allein schon, wie früher ausgeführt, um 10.000 € kosten muss – in ein Elektroauto umbauen. Natürlich rechnet sich diese Investition in ein altes Auto. Der »Kostenvergleich« zeigt es ganz deutlich: Die ehemaligen Kraftstoffkosten übersteigen die künftigen Stromkosten bei weitem. Angaben zu den Kosten des Umbaus und des Umrüstsatzes kann man lange suchen; die erfährt man nur auf Anfrage. Will man ein Auto kaufen, trifft man auf…

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Durchbruchsmeldung 6: »100-fache Akku-Kapazität mit Kupfer!«

Weder von Stöchiometrie noch von Atomphysik hat der Verfasser einer weiteren Sensationsmeldung offensichtlich allzu viel gehört. Einen neuen Akkumulator auf Basis von Kupferelektroden möchten ihm zu Folge einige Forscher entwickeln, der die 100-fache Kapazität der zur Zeit verfügbaren Lithium-Ionen-Zellen bieten soll. Das »Geheimnis« soll darin liegen, dass durch eine feinporige Struktur mehr Oberfläche entsteht – gerade so, als sei dies eine neue Erkenntnis und als wäre im herkömmlichen Blei-Akkumulator nur 1% des Bleis an der chemischen Reaktion beteiligt. Ganz abgesehen davon, dass man mit »Kapazität« die Ladung [Ah] oder die Energie [Wh] meinen kann, wovon der Leser sich eines aussuchen kann, ist der Faktor 100 einfach zu fantastisch, um von der Meldung irgendetwas zu glauben. Rechnen wir nach:

Kupfer hat eine Atommasse von 63,546. Versieht man diese Zahl mit der Einheit Gramm, so enthält die entsprechende Menge 6,02*1023 Atome (die für jedes Atom und übrigens auch jedes Molekül gültige Avogadro-Konstante). 1 kg Kupfer enthält somit ungefähr 9,5*1024 Atome, und jedes Atom kann ein Elektron zum elektrischen Strom – also auch dessen Speicherung – beitragen. Jedes Elektron hat eine Ladung von 9,1*10-19 As (Elementarladung e), macht insgesamt eine elektrische Ladung von 421 Ah, wenn sich wirklich jedes in 1 kg Kupfer verfügbare Elektron an dem Prozess beteiligt und der ganze Akku aus Kupfer und nur aus Kupfer besteht. Diese Ladung muss nun noch mit der Zellenspannung multipliziert werden, um auf den Energie-Inhalt der neuartigen Kupferzelle zu kommen, also irgendetwas zwischen den üblichen 1,25 V für Nickel- und den spitzenmäßigen 3,7 V für Lithium-Zellen.

Ein üppiger Laptop-Zusatz-Akku wiegt auch ungefähr 1 kg und bietet eine Energie-Kapazität von knapp 100 Wh. Unser Kupfer-Akku brächte es also auf sagenhafte 10 kWh/kg. Dazu müsste die Zellenspannung schon bei 10 kWh/421 Ah =  23,75 V liegen. Indes liegt aber auch bei dem inzwischen entwickelten und etablierten Lithium-Ionen-Akku zwischen dem theoretischen Optimum, so denn der gesamte Akkumulator ausschließlich aus Lithium-Ionen bestünde und davon jedes an der Reaktion beteiligt wäre, und der Realität ein Faktor von 70 (siehe den Abschnitt über die teure Batterie-Chemie ).

Fazit: Die Forscher müssen ein völlig neuartiges Kupfer-Atom entdeckt haben, dessen Position in der elektrochemischen Spannungsreihe sich besser in Kilovolt als in Millivolt angeben lässt.

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Durchbruchsmeldung 7: Leichtbau

Doch dann kam der BMW i3! Dank seines genialen Leichtbaus wöge er 342 kg weniger als der Opel Ampera, heißt es wiederum in einer Pressemeldung. Gleich danach räumt der Autor ein, der Opel sei aber auch einen ganzen Meter länger. Also wo ist nun die Meldung?

Wenn der teure Leichtwerkstoff so viel Energie spart, warum setzt man ihn dann nicht in konventionelle Fahrzeuge ein? Nur dann wären die Verbräuche doch vergleichbar, da man dies ohne weiteres tun könnte – rein technisch. Wie man diese unrentable Investition dann trotzdem verkauft, ist eine andere Frage.

Der Wagen ist auch mit einem Reichweiten-Verlängerer (zu Deutsch »Range Extender«) erhältlich, schafft damit aber nur rund 150 km mehr. Der Tank ist offenbar nicht größer als ein Reservekanister. Warum nicht mehr als das, wenn man schon rund 4000 € Aufpreis bezahlt, dafür den Platz opfert und sich das zusätzliche Gewicht eines Ottomotors, eines Generators, einer Lade-Elektronik usw. auflädt?

Der Bericht umfasst auch noch ein »Fahrabenteuer mit Happy End«. Der Bericht lässt nur einen Schluss zu: Die Elektronik ist kaputt. Mit einer Person errechnet sie 157 km Reichweite, mit voller Zuladung – also knapp 20% mehr Gesamtgewicht – nur noch die Hälfte. Das wäre selbst bei linearen Verhältnissen und alleiniger Berücksichtigung der Rollreibung schon physikalisch unmöglich. Hinzu kommt aber noch, dass ein Auto den Löwenanteil seines Energieverbrauchs für den Luftwiderstand aufwenden muss. Verdoppelt sich denn die Stirnfläche, wenn 3 Personen mehr einsteigen? Nennenswerte Energie-Aufwendungen für Beschleunigungen sind nur im Stadtverkehr zu erwarten (Taxis). Gerade dort aber kommt ausnahmsweise einmal die Rückspeisefähigkeit zum Tragen, und die zur Beschleunigung der zusätzlichen Masse zusätzlich aufgewendete Energie kann größtenteils zurück gewonnen werden.

Und dies ist dem Bericht zu Folge dann auch der Fall – gemäß Meldung der Bordelektronik sogar zu über 100%: »Innerorts wird der Akku sogar wieder etwas aufgeladen« heißt doch wohl: Der Ladezustandsanzeiger steigt ein wenig?

Blättern wir um. Dann erfahren wir: »Elektro-Transporter der Kompaktklasse« haben Akkus von etwa 22 kWh, die um 5000 € kosten, und egal, ob man den Akku kauft oder mietet oder etwas dazwischen (zu Deutsch »Leasing«) – bezahlt werden muss er so oder so. Die Monatsmiete des Akkumulators (daher der Name) häuft sich über die Laufzeit von 8 Jahren zu gut 8000 € auf. Wenn ein spezifischer Akkupreis von »206,58 €/kWh ein vergleichsweise günstiger Kennwert« ist und mit einem »Ökostrompreis von 22,65 ct/kWh« gerechnet wird, dann muss der Akku 800 Mal voll geladen und vollständig entladen werden, bis er Strom im Gegenwert seines eigenen Preises transportiert hat. Dann ist er so ziemlich am Ende. Legt man die Kosten für den Akku auf den Strom um, so ist der Akkustrom doppelt so teuer wie Steckdosenstrom. Gerechnet wurde aber mit dem einfachen Preis von Steckdosenstrom, um auf »nur etwa 61% des derzeitigen Kraftstoffpreises, den ein NV200 mit Dieselmotor verursachen würde« zu kommen. Das E-Auto verursacht also, legt man die Akkukosten um, selbst ohne Mineralölsteuer schon höhere Energiekosten als der Diesel mit Mineralölsteuer.

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Schuld ist die zu schwere Batterie-Chemie

Zwar kann ein Lithium-Atom nur ein Elektron zur Verfügung stellen, was weniger als 1/10.000 der Masse des Li-Atoms ausmacht. Man könnte also sagen, mehr als 99,99% selbst der »aktiven Masse« eines Li-Ionen-Akkus seien gewissermaßen »toter Ballast«. Doch gilt das Gleiche auch für »gewöhnliche« Verbrennungs-Reaktionen, denn auch diese spielen sich nur unter den äußeren »losen« Elektronen eines jeden Atoms ab. Nebenbei bemerkt macht dies vorstellbar, warum in Kernreaktionen etwa 106 Mal mehr Energie steckt als in chemischen.

Wenn ein Li-Ionen-Akku ausschließlich aus Lithium bestünde und sämtliches Lithium auch wirklich an der gewünschten chemischen Reaktion beteiligt wäre, könnte 1 kg Lithium immerhin etwa 7 kWh elektrische Energie speichern. Das wäre 70 Mal so viel wie in der Praxis heute erreicht werden und stellt eine theoretische Obergrenze unter niemals erreichbaren Idealbedingungen dar. Mineralöl-Kraftstoffe bringen es auf etwa 10 kWh/kg – die aber vollständig am Prozess beteiligt werden. Wäre dies auch beim elektrochemischen Speicher erreichbar, so hätte dieser angesichts des deutlich besseren Wirkungsgrads des Elektromotors ganz klar die Nase vorn.

So ist es nur leider nicht. Lithium ist eigentlich schon das optimale Element für diese Zwecke, da es nach Wasserstoff und Helium das drittleichteste im Periodensystem der Elemente ist, doch leider kann kein elementares Lithium zum Einsatz kommen, sondern Verbindungen wie beispielsweise Li4Ti5O12 für die Kathode, LiFePO4 für die Anode und Li3PO4N als Elektrolyt. Das allein macht schon 13 kg Gesamtmasse für 1 kg Lithium aus. Der Faktor 70 fällt somit auf etwa 5. Trägermaterial für die Elektroden, Gehäuse und Anschlüsse sind darüber hinaus auch unentbehrlich. Dünner als dünn kann man diese Bauteile nicht machen; das wäre insbesondere bei Anschlüssen und Elektroden, die schließlich den Strom aufnehmen müssen, kontraproduktiv. Der theoretische Faktor 5 fällt also praktisch bis auf irgendetwas in der Gegend von 2. Niedriger kann man bei aller Forschung nicht mehr kommen. Das »Ende der Fahnenstange« ist noch nicht erreicht, aber schon in greifbarer Nähe. Daran ändern auch die Fördertöpfe der Kanzlerin nichts. Die verführen eher zu Mitnahme-Effekten. Dann sollte man auch Anträge auf Förderung von Projekten zur Erhöhung des Brennwerts von Kohle und Öl stellen. Die haben dann sicher auch Aussicht auf Genehmigung, und ein irgendwie geartetes »Ergebnis« wird man im Abschlussbericht schon zurecht gebastelt bekommen. Das gelingt immer.

Das Blei-Atom stellt 4 Elektronen für chemische Reaktionen zur Verfügung, ist aber 30 Mal so schwer, was den Vorteil weit mehr als aufschluckt. Für gleiche Speicherkapazität müsste theoretisch, wie oben betrachtet, 14 Mal mehr Blei eingesetzt werden, wenn man mit einer Zellenspannung von 2 V für Blei- und 3,7 V für Lithiumzellen rechnet. Tatsächlich ist die Energiedichte in der Praxis »nur« 4 Mal geringer als bei Li-Ionen-Akkus. Also wird das Blei weitaus besser ausgenutzt als das Lithium. Das ist auch logisch, denn hier kommen PbSO4 bzw. im aufgeladenen Zustand PbO2 zum Einsatz. Die Atommasse von Blei liegt bei 207, Sauerstoff bei 16 und Schwefel hat fast genau 32. Das Blei macht also seinem Ruf Ehre und überwiegt alle anderen Elemente in den vorkommenden Verbindungen bei weitem. Lithium bringt es nur auf 7, Eisen jedoch schon auf 56 und Titan auf 48. Entsprechend dieser »Stöchiometrie« verhalten sich die einzusetzenden Massen der Elemente in den jeweiligen Verbindungen.

Von einem Ansatz zur Überwindung des Faktors 70 wird inzwischen berichtet. Leider ist auf dieser Basis bisher nur die Herstellung einer Batterie im landläufigen Sinn, einer Primärzelle, gelungen – Aufladen unmöglich. Von der »übernächsten Generation« von Akkumulatoren ist dort die Rede, die vielleicht irgendwann einmal auf der Basis reinen Lithiums funktionieren könnten.

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Schuld ist die zu teure Batterie-Chemie

Doch Masse und Volumen der Akkumulatoren stellen nur das zweit- und das drittgrößte Hemmnis beim Elektroauto dar. Das größte ist und bleibt der Preis, und dieses Problem kann sich bei Verbesserung der Leistungsdichte nur noch verschärfen. Eine Million Kilometer zur Amortisation des Akkus unter realistischen steuerlichen Bedingungen – das hieße, die Energiepreise müssten sich verzehnfachen und der Preis des Akkus gleichzeitig auf ein Zehntel fallen, damit sich das E-Auto nach 10.000 km bezahlt macht. Bei der Energie können wir hier ganz zuversichtlich sein, jedoch das vielfach propagierte Fallen der Preise für Li-Ionen-Akkus lässt sich auch mit einigen Stunden Internet-Recherche kaum nachvollziehen (Tabelle 2). Erschwert wird die Suche natürlich dadurch, dass sich massenhaft kleine Akkus für Elektro-Kleingeräte finden, die hier nicht gefragt sind.

Mittelt man die ausgewählten Fundstücke gewichtet – aufsummierte Preise geteilt durch aufsummierte Kapazität, damit ein Akku mit 3200 Wh auch 10 Mal so stark gewertet wird wie einer mit nur 320 Wh – so ergibt sich, dass die Kilowattstunde Stromspeicher im Mittel 724 € kostet. Sofern die Anbieter Angaben zur Lebensdauer machen, lässt sich nun ermitteln, dass jede gespeicherte Kilowattstunde elektrischer Energie im Durchschnitt 34,27 Cent an Akkukosten verursacht, also als Aufschlag auf den Strompreis. Der günstigste Akku, wie man so schön sagt und den billigsten meint, ohne zu wissen, wie »günstig« dieser sich für ein Elektroauto eignen würde, käme auf 11,45 ct/kWh – für eine Einzelzelle von 2,24 kWh und 27 kg. Nicht nur von der Energiedichte her, sondern auch hinsichtlich der Strom-Belastbarkeit erscheint diese Zelle zunächst als geeignet. Aus z. B. 10 Stück davon eine Batterie von 22,4 kWh aufzubauen, was einem gängigen Wert für E-Autos entspräche, würde jedoch zu einer Batteriespannung von höchstens 32 V führen, wäre also allein deshalb eher »ungünstig«. Kleinere – also tendenziell teurere – Zellen wären gefragt. Die Preise schwanken allerdings auch innerhalb einer Größenklasse zum Teil stark, u. a. da einige Akkus die unumgängliche Ladesteuerung (das »Batterie-Management«) bereits eingebaut haben, andere nicht. Die Konfektionierung, der Lade-Entlade-Wirkungsgrad sowie Kapitalkosten sind in den spezifischen Preisen durchweg noch nicht enthalten.

Tabelle 2
Tabelle 2: Verfügbare Daten und Preise für frei verkäufliche Li-Ionen-Akkumulatoren

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Kein heißer Ofen

Zudem zieht all dies noch nicht den übrigen Energie-Bedarf eines Automobils in Betracht. Da wäre vorrangig Wärme zu nennen. Über Wärme spricht man nicht, Wärme hat man – beim Verbrennungsmotor im Überfluss. Dort ist sie Abfall und zählt damit zur »Soda-Energie«: Sie ist einfach so da (der Ausdruck wird sonst nur auf Sonne, Wind und Wasser bezogen, passt aber hier auch). Jedoch »bei einem kleinen Elektroauto braucht es 4 kW Wärmeleistung, um den Innenraum von -10°C auf 25°C aufzuheizen,« sagt ein Fachmann. Anschließend seien dauerhaft 2 kW nötig, um die Temperatur zu halten, und weitere Nebenverbraucher zögen gut 400 W. Heizung, Klima, Licht und dergleichen verbrauchen in 3 h Fahrtzeit 7,2 kWh. Somit wären etwa 3000 € zu rechnen, um die Energie für Komfort und Behaglichkeit an Bord eines Kleinwagens vorzuhalten, doch »damit ist noch nicht 1 km Reichweite an Bord.«

Um zu Einsparungen zu gelangen, wird an Flächenheizungen in Lehnen, Sitzen, Fußraum und in den Innentüren gedacht. »Um 0,5 m² Fläche in 110 s von -20°C auf 35°C zu erwärmen, braucht es eine Leistung von 1 kW. Danach sind nur noch 150 W nötig, um die Temperatur zu halten«, rechnet der Fachmann vor. Ob dies den gleichen Grad an Behaglichkeit bietet, ist noch die Frage. Deshalb wird auch an Wärmepumpen gedacht. Die Abwärme von Motor, Leistungselektronik und Batterie soll ebenfalls mit herangezogen werden. Bei der Bahn geschieht das schon. Leichter und billiger – bzw. weniger teuer – wird das E-Fahrzeug dadurch aber nicht.

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Effizienz-Vorteil (nur) im Teillast-Bereich

Bild 2
Bild 2: Effizienz-Vorteil des elektrischen Antriebs im Teillast-Betrieb

Abgesehen von dem Umstand, dass ein E-Auto immer in dem Umfang, wie diese im Strommix enthalten ist, mit regenerativer Energie fährt, kann es einen Effizienz-Vorteil vor allem im Teillast-Bereich für sich beanspruchen – und dieser liegt im praktischen Fahrbetrieb fast immer vor. Ein gut ausgelasteter Dieselmotor – d. h. vielleicht zwischen 50% und 80% der Nennleistung –weist einen ähnlichen Wirkungsgrad auf wie ein Elektroauto brutto, also einschließlich der Stromversorgungskette. Eine von Fachleuten geprüfte vereinfachte Näherungsrechnung z. B. an einem Seat Altea XL führt dort hin. Ausgegangen wurde von folgenden Daten und Annahmen:

  • Der Wagen hat ein »lang übersetztes« 5-Gang-Getriebe, d. h. die Höchstgeschwindigkeit wird im vierten Gang erreicht. Der fünfte Gang ist als »Schongang« für den Tank, den Motor und das Gehör der Nutzer ausgelegt.
  • Die Gangstufen (Übersetzungs-Verhältnisse) verhalten sich etwa wie 1:2:3:4:5.
  • Die Nennleistung wird mit 77 kW angegeben.
  • Entsprechend beträgt die Leistung bei Höchstgeschwindigkeit (183  km/h) im fünften Gang ≈65 kW. Eine Gegenrechnung mit den bekannten Fahrwiderständen (Rollreibung 1%, cw = 0,32, Stirnfläche 2,24 m²) bestätigt dies.
  • Hochgeschaltet wird dann, wenn die Drehzahl dadurch nicht unter 1/4 der Nenndrehzahl fällt.
  • Der Leerlaufverbrauch beträgt bei warmem Motor und ohne nennenswerte zusätzliche Verbraucher (z. B. Klima, Heckscheibenheizung) laut Multifunktions-Anzeige 0,3 l/h (≈3 kW »chemische Leistung«) und
  • wird der inneren Reibung des Motors zugeschrieben.
  • Dieser Wert (innere Reibung) steigt proportional zur Drehzahl (was eine Vereinfachung der Realität zu Gunsten des Verbrennungsmotors darstellt).
  • Der übrige (thermodynamische) Verlust ist proportional zur Abgabeleistung (auch hierdurch wird der Verbrennungsmotor nochmals etwas geschönt).
  • Die Multifunktions-Anzeige zeigt bei durchgetretenem Gaspedal im fünften Gang einen Verbrauch von ≈12,5 l/100 km an.
  • Nun wird ein hypothetisches Fahrzeug identisch dem Seat Altea XL, aber mit elektrischem Antrieb (einschließlich der Existenz eines entsprechenden Akkumulators), angenommen. Der fixe Stromverbrauch an Bord betrage 0,5 kW (Steuerung, Regelung, Lüfter, im Stand weiter taktender Umrichter).
  • Dazu kommen beim Fahren ohmsche Verluste proportional zum Quadrat der erforderlichen mechanischen Leistung. Diese Vereinfachung passt mit guter Näherung auf das Fahren mit konstanter Geschwindigkeit, wenn auch nicht auf die hier nicht betrachteten Beschleunigungs-Vorgänge (die nur Sekunden in Anspruch nehmen).

Je mehr regenerative Energie das Stromnetz bereit stellt, desto eher stellt sich die Frage nach der Definition und Relevanz des Wirkungsgrads einer Windkraft- oder Solaranlage, doch nimmt man für die Erzeugung einschließlich Übertragung der elektrischen Energie einen Wirkungsgrad von 37% an, so zeigt sich:

Bild 3
Bild 3: Der Energie-Verbrauch eines Autos – ob elektrisch oder nicht – steigt bei hohen Geschwindigkeiten exponentiell
  • Die beiden Fahrzeuge verbrauchen bei Höchstgeschwindigkeit gleich viel Primär-Energie (Bild 2, Bild 3).
  • Je langsamer jedoch gefahren wird, desto vorteilhafter entwickelt sich der elektrische Antrieb. Bei 29 km/h erreicht das E-Fahrzeug sein Verbrauchs-Minimum von 80 Wh/km. Der Diesel verbraucht hier 1,65 Mal so viel Primär-Energie wie das E-Auto und erreicht sein Verbrauchs-Minimum von 3,8 l/100 km erst bei 46 km/h. Für einen Benzinmotor sähe die Bilanz noch deutlich schlechter aus.
  • Und es verschärft sich beim E-Fahrzeug die vom konventionellen Auto her bekannte Erkenntnis: Großes Sparpotenzial liegt ausschließlich im langsamen Fahren. Beispielsweise mit einem Akkumulator von 16 kWh käme der Wagen bei einer Geschwindigkeit von 30 km/h etwa 200 km weit. Bei 100 km/h sind es nur noch 100 km und bei 183 km/h gerade mal 35 km. Damit dies nicht so sehr auffällt, ist die Höchstgeschwindigkeit der E-Autos in aller Regel elektronisch gedeckelt. Auch der Dieselmotor nähme nun 12,5 l/100 km zu sich – etwa das Dreifache des Normverbrauchs.

Ladesäulen-Mystik

Doch statt sich erst einmal mit Nischenmärkten für reine Kurzstreckenautos zu bescheiden, die ohnehin mit geringen Geschwindigkeiten gefahren werden und am Standort über eine ganz normale Steckdose aufgeladen werden, entwirft man schon wieder Szenarien, wann, wie und wo die »Tankstellen« für Elektroautos zu errichten seien. Damit die Sache nicht etwa am Ende doch noch bezahlbar wird – keine Sorge, davon sind wir so oder so Meilen entfernt – definiert man, dass man hierzu auch einen besonderen Stecker benötigt statt auf vorhandene Schuko- und CEE-Steckverbindungen zurück zu greifen. Eine ganz gewöhnliche 16-A-Haushaltssteckdose würde ausreichen, um die zur Zeit diskutierten Akkumulatoren mit etwa 20 kWh Kapazität in 6 Stunden aufzuladen. Wer, wie die meisten Haushalte, über einen Drehstrom-Anschluss 3*16 A verfügt, also nichts weiter als einen zweiten Herd-Anschluss, den man mit einer Freiluft-Steckdose versieht, könnte es in 2 Stunden schaffen. Schneller geht es ohnehin schon deshalb nicht, weil der Akku dies übel nähme. Selbst der kleine Laptop-Akku wird dabei schon warm. Die Steckdose gäbe genügend Leistung her, um ihn in einer Minute voll zu bekommen. Warum tut das dann niemand? Weil die Folgen grausam wären! Aber bitte sehr, wer seinen Akku strapazieren möchte, der lege eine Starkstromleitung 3*35 A vom Keller zur Garage. Der Hausanschluss fast jedes Einfamilienheims ab etwa Baujahr 1970 gibt das her. Die Anschlusstechnik ist vorhanden und genormt. Dieses Rad hätte man nicht neu erfinden müssen.

Kein Geschäftsmodell

Doch während dem Elektrohandwerk durch Errichtung oder Betrieb – so genau wird das nicht spezifiziert – von Ladesäulen für Elektroautos ein neues Betätigungsfeld suggeriert wird, kommt das Fraunhofer Institut in einem Vortrag zum Thema »Geschäftsmodelle mit Ladesäulen für Elektroautos« zu dem »Ergebnis«: »Der Verkauf des Stroms bietet kein kommerzielles Potenzial. Das Geschäftsmodell muss woanders gesucht werden«, und der BDEW urteilt: »Um den weiteren Zuwachs der defizitären öffentlichen Ladeinfrastruktur parallel zum Fahrzeughochlauf in Deutschland sicherzustellen, brauchen wir ein partnerschaftliches Konzept zur Finanzierung zwischen öffentlicher Hand und der Wirtschaft«. Zu Deutsch: Bezahlen sollen andere als die Nutznießer.

Bild 4
Bild 4: Zur Arbeitslosigkeit verurteilt – ob auf dem Campus der RWTH Aachen…
Bild 5
Bild 5: …oder »auf dem platten Land« bei De Cocksdorp am Strand von Texel

Während dessen wird berichtet, der Nutzer eines Renault Zoe sei nach »nur« 24 Stunden Fahrzeit und »nur« 9 Zwischenladungen auf der 1000 km langen Fahrt zur eCarTec in München angekommen. – Warum eigentlich 9 Zwischenladungen? Die Reichweite ist doch mit 210 km angegeben! Und wie hat er das ohne Schnell-Ladungen geschafft, die Renault für seine gemieteten Akkus (aus guten Gründen) verbietet? Aber nach 9 Mal knapp 3 Stunden »Nachladen« wäre die Reisezeit schon mehr als verstrichen. Rätsel geben auch die Nenndaten des Fahrzeugs auf:

  • Kapazität: 22 kWh
  • Verbrauch: 14,5 kWh/100 km
  • Reichweite: 210 km

Wie sich das zusammenrechnet, kann hier nicht analysiert werden. Renault gibt jedoch auf seiner Webseite eine »realistische Reichweite« von 100 km bis 150 km an. So geht die Rechnung auf. Der Wert »210 km« wurde nach dem »Neuen Europäischen Fahrzyklus« NEFZ ermittelt. So viel zur Praxistauglichkeit des NEFZ.

Wie auch immer; damit steht wieder einmal im Text das Gegenteil dessen, was die Überschrift sagt (»Elektromobilität entdeckt ihren Sinn für die Realität«. VDI Nachrichten 42/2013, S. 1), denn ein gewöhnliches Auto hätte die Strecke auch in 8 Stunden geschafft und hätte nur ein Mal tanken müssen. Die Stromkosten für den Renault Zoe (ohne Mineralölsteuer) wurden mit »nur 37,50 €« angegeben. Mit einem Diesel-Fahrzeug vergleichbarer Größe hätte die Fahrt bei diesem Durchschnittstempo – und zwar ganz ohne Tanken – das gleiche gekostet (Bild 3). Und jede der Ladestationen hat einen Umsatz von etwa 4 € gemacht. Dieser verteilt sich damit auf 10 Stationen statt sich auf eine Tankstelle zu konzentrieren. Die Nebenkosten werden dadurch nicht unbedingt geringer. Es ist zu bedenken, dass ein E-Auto an der Ladesäule dieser einen Umsatz von weniger als 1 €/h beschert. Ein konventionelles Auto generiert an einer Zapfsäule etwa 1000 €/h. Hieran werden sich die vielfach und vielfältig beschworenen Geschäftsmodelle messen lassen müssen.

So stellt auch das RWE fest: Eine Ladesäule kostet einschließlich Errichtung und Anschluss größenordnungsmäßig 5000 €, und die informationstechnische Vernetzung im »smart grid« (damit die Belastung sich optimal in das Lastgangprofil einfügt und z. B. nur Ökostrom getankt wird) verdoppelt den Preis schnell noch einmal. Das RWE beabsichtigte deshalb 2011 noch nicht, sich mit Wechselstrom-Ladesäulen abzugeben, denn selbst wenn diese – auf den Lastgang pfeifend – rund um die Uhr irgendwelche Autos zu laden hätten, würde es bei einem Aufpreis von 5 Cent auf den »normalen« Strompreis 200 MWh oder – bei 3,7 kW Ladeleistung – 50.000 Stunden oder 6 Jahre Dauerladen erfordern, ehe ans Geschäft überhaupt auch nur entfernt gedacht werden könnte. Bei einer realistischen Auslastung muss man unrealistische 100 Jahre warten.

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»Lösung«: Gleichstrom

Deswegen setzt das RWE auf Gleichstrom-Schnellladestationen, die 50 kW oder später auch 100 kW hergeben – gerade so, als ginge die Ladung durch das Gleichrichten auf einmal schneller. Dabei muss der Strom ohnehin gleichgerichtet werden, denn Wechselstrom lässt sich in keinem Akku speichern. Ob dies nun vor bzw. in der Ladesäule oder erst im Fahrzeug geschieht, ist Jacke wie Hose und hat mit dem Prinzip und der zur Verfügung zu stellenden Leistung rein gar nichts zu tun. Als Grund hierfür wird angegeben, dass für Gleichstrom inzwischen schon ein Anschluss bis 240 kW genormt ist, für Drehstrom jedoch nur bis 37 kW. Dies stellt indes schon wieder eine tendenziöse Meldung dar; vergleicht diese doch den Standard-Stecker, der – einphasig oder dreiphasig, bis 16 A oder bis 32 A – bereits genormt ist, mit dem Hochstrom-Gleichspannungsstecker 600 V 400 A. Dieser jedoch liegt auch für 3 * 500 V 250 A Drehstrom normativ schon fest (IEC 61851-1). Ganz nebenbei dürfte schon der Stecker so viel kosten wie ein Kleinwagen – insbesondere, da er 13-polig ausgeführt ist und die (hier ungenutzten) Anschlüsse für die Standard-Lademoden beinhaltet.

An anderen Stellen wird sogar schon von Schnelllade-Zentren mit Ladezeiten von 10 Minuten fantasiert. Nun gut, wenn man einem ganzen Parkplatz voller Autos in 10 Minuten so viel Energie verpassen möchte wie diese in einigen Stunden verbraucht haben, dann

  • suchen wir schon mal nach einem passenden Akku, der das heil übersteht,
  • und errichten neben jedem Parkplatz ein Umspannwerk,

denn so wenig Energie auch in die Autos passt, so sehr würde eine gleichzeitig räumliche und zeitliche Konzentration des Energieflusses einen völlig unverhältnismäßigen Aufwand mit sich bringen: Ein Umspannwerk, das mit nur einigen wenigen Vollast-Stunden im Jahr belastet wäre.

Zudem ist die Belastung der Akkumulatoren, auch wenn sie als »schnell ladefähig« deklariert sind, beträchtlich. Laut Akku-Experten vervielfacht sich hierdurch der Verschleiß. Renault z. B. verbietet daher für seine gemieteten Batterien das schnelle Laden. Hat sich der im Akku gespeicherte Strom schon einmal durch den »normalen« Einsatz des Akkus um den Faktor 3 bis 10 verteuert und verteuert er sich beim schnellen Laden noch einmal um einen Faktor 3 bis 10, weil ein schneller Ladevorgang den Akku so sehr altert wie 3 bis 10 »normale«, so stehen wir nun vor einem Kostenfaktor irgendwo zwischen 9 und 100 gegenüber Steckdosenstrom; so genau mag das niemand beziffern. Dazu kommt dann noch, wie oben ausgeführt, ein unkalkulierbarer, zwangsläufig aber saftiger Aufpreis für die kraftvolle Infrastruktur mit nur ein paar Volllast-Stunden pro Jahr. Am Ende steigen die Kosten für eine Schnell-Ladung – umgerechnet, also teilweise verdeckt, aber eben doch vorhanden – auf viele 100 €. Eine Befreiung von der Mineralölsteuer, die schließlich auch nur vorläufig sein kann, hilft da rein gar nichts mehr. Erhöhte Energieverluste im Akku, da, wie erwähnt, die Verlustleistung im Quadrat zum Lade- bzw. Entladestrom steigt, kommen ferner noch hinzu – und bedürfen der aktiven Kühlung. Und machen wir uns nichts vor: Auch wenn die hohen zusätzlichen Kosten auf andere Weise, etwa durch Werbe-Effekte oder Subventionen, bezahlt werden und daher nicht direkt sichtbar werden, müssen wir sie doch bezahlen – wir alle, die Verbraucher und Steuerzahler.

Dessen ungeachtet – oder gerade deswegen? – werden Ladesäulen gebaut, was das Zeug hält. Schon gibt es je eine für je zwei E-Mobile. Da E-Autos eigentlich in der Regel zu Hause aufgeladen werden (sollten), entspricht dies etwa einer Tankstelle pro Auto. Die Schweiz berichtet von einer Untersuchung, nach der bei Privatkunden nur 8% und bei Geschäftskunden nur 2% der Ladevorgänge an öffentlichen Stellen erfolgen. Eine ähnliche Vorgabe wie in Deutschland erbrächte – herunter skaliert – »bis 2020 etwa 100.000 E-Autos auf Schweizer Straßen«. Die durchschnittliche Laufleistung bestehender Fahrzeuge angenommen, verbraucht jedes um 1.500 kWh pro Jahr. Davon werden also mit obiger Erkenntnis 30 kWh/a bis höchstens 120 kWh/a im öffentlichen Raum nachgeladen. Sieht man ein Netz von 1.000 Ladesäulen als ausreichend an, so verkauft im Schnitt jede zwischen 3 MWh/a und 12 MWh/a – größenordnungsmäßig so viel wie ein Haushalt. Bei Schweizer Strompreisen beschert dies dem Betreiber einer Ladesäule einen Umsatz zwischen 550 und höchstenfalls 3.000 Franken im Jahr. Wenn davon 10% Gewinn übrig bleiben sollen, muss der Strom an der Ladesäule schon mal per se 10% teurer verkauft werden als an der Steckdose zu Hause, und die Amortisationszeiten reichen von 10 bis 60 Jahren – noch ohne Kapitalkosten gerechnet.

Wenn nun von diesen 1.000 Ladesäulen auch noch ein kleiner Teil Schnell-Ladestationen werden sollen, die noch viel mehr kosten, aber einen noch viel kleineren Teil am Umsatz haben?

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Dann wohl doch lieber Wechselstrom

Doch der Fortschritt ist offenbar heute keine Schnecke mehr, wie Einstein es noch glaubte, denn schon 2013 ließ das RWE in einer Pressemeldung auf einmal verlauten: »Wir gehören zu den führenden Anbietern von intelligenten Ladestationen für Privatkunden, Kommunen, Stadtwerke und Firmenflotten und betreiben in Europa 2320 intelligente Ladepunkte. 1525 Ladepunkte befinden sich in Deutschland. 2012 wurde in Europa Strom für rund 4 Mio. emissionsfreie Kilometer geladen.« Ganz »gewöhnliche« Wechselstrom-Ladestationen also; von etwas anderem war jedenfalls keine Rede. Damit macht – gerechnet mit Haushaltstarif, denn die Laststruktur ist ähnlich – jede Ladesäule gut 50 € Umsatz im Jahr. Mit üppigen 10% Gewinn gerechnet, obwohl ein entsprechender Aufschlag auf den Strompreis hier wiederum ebenso wenig einbezogen wurde wie Kapitalbindung, Zinsen und Inflation, ergibt sich für eine »intelligente« Ladestation eine Amortisationszeit von 2000 Jahren.

Die 4 Millionen emissionsfreie Kilometer hören sich auch toll an, doch entfallen davon weniger als 2000 km auf jede Ladestation, entsprechend einer Tankstelle, die vom Verkauf von 120 l Benzin ein Jahr lang überleben müsste.

Anders herum betrachtet fuhr damit, auf das gesamte PKW-Verkehrsaufkommen umgerechnet, im Durchschnitt jedes unserer 45 Millionen Autos gerade mal 100 m im Jahr »emissionsfrei«. Tatsächlich fahren wir im Durchschnitt gute 10.000 km jährlich; also haben die vom RWE aufgeladenen E-Autos einen Anteil von knapp 10 ppm an der Verkehrsleistung. Darin ist noch nicht eingerechnet, dass die E-Autos die kleinsten und die langsamsten unter der Sonne sind. Die tatsächlich »lokal emissionsfreie« Beförderungsleistung, wie es richtig hätte heißen müssen, mag daher bei 5 ppm liegen, und die tatsächliche Reduktion der Emissionen aus dem Personen-Straßenverkehr lägen bei vielleicht 1 ppm. Ein Quantensprung ist nichts dagegen. Umgekehrt gerechnet hat jeder Kilometer »lokal emissionsfreier« Beförderungsleistung etwa 4 Cent an Investitionskosten in die Infrastruktur gekostet – etwa so viel wie bei einem »Drei-Liter-Auto« an Kraftstoff zu rechnen ist.

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Die virtuelle Turbo-Kuh

All dessen wiederum ungeachtet ist es neuerdings in Mode gekommen, ein Szenario zu entwerfen, bei dem die an der Steckdose – doch eigentlich zum Aufladen – angeschlossenen Akkus im Auto von den Stromversorgern zu deren Lastgang-Regelung heran gezogen und somit doppelt genutzt werden. Nicht nur, dass doppelt genutzt auch doppelt abgenutzt bedeutet – nein, hier wird außerdem eine neue Turbo-Kuh, von der noch gar nicht sicher ist, ob sie jemals wird gezüchtet werden können, schon gleichzeitig geschlachtet und gemolken. Natürlich ist der Gedanke für die Stromversorger reizvoll, einen Energiespeicher zur Lastgang-Regulierung zur Verfügung zu haben, den sie nicht selbst finanzieren müssen, sondern den andere ihnen bereit stellen. Schließlich besteht ein wachsender Bedarf nach Energiespeichern im Netz, das selbst keine Energie speichern kann, das aber heute vermehrt unstete, nicht planbare Windkraft aufnehmen und verteilen muss. Wenn aber Akkumulatoren hierfür wirtschaftlich einsetzbar wären, gäbe es solche Speicheranlagen schon längst überall. Das jedoch ist eben nicht der Fall. Im Gegenteil: Als Berlin politisch und elektrisch aus seiner Insellage befreit wurde, war die einzige derartige Anlage, die zu Spitzenlastzeiten etwa 20 bis 30 Minuten lang 17 MW über Nacht in Blei-Säure-Akkumulatoren gespeicherte Energie wieder ins Netz zurück geben konnte, ebenso über Nacht wieder verschwunden.

Dies lässt nur einen Schluss zu: Nicht nur die Anschaffungskosten, die in diesem Fall doch schon bezahlt waren, sondern selbst die laufenden Unterhaltskosten waren allein schon zu hoch, um die Anlage wirtschaftlich weiter betreiben zu können. Die technische Machbarkeit war zwar, wenn nicht schon längst, so doch spätestens hiermit nachgewiesen, aber am Ende regiert immer das Geld – und zwar eher der Preis als die Kosten. Der mögliche Beitrag einer Million Elektrofahrzeuge zur Milderung der durch die Einspeisung regenerativer Energien verursachten Lastgang-Probleme wäre minimal, errechnet der VDE.

Inzwischen jedoch ist über dem Berliner Speicher – Friede seiner Asche – hinreichend Gras gewachsen, welches jener nunmehr von unten betrachten kann. Man hat ihn vergessen und kann die Meldung daher erneut verwenden: »Bundeswirtschaftsminister Sigmar Gabriel hat in Schwerin den größten kommerziellen Batteriespeicher Europas eingeweiht. Er kann 5 MWh Strom speichern«. Abhängig davon, ob im zweiten Satz mit »Er« Sigmar Gabriel oder der Speicher gemeint ist, ist entweder der erste oder der zweite Teil des ersten Satzes unzutreffend. Nach den Regeln der deutschen Grammatik wäre es der im Nominativ stehende Gabriel. Anzunehmen ist dagegen, der Speicher sei gemeint. Dann jedoch gilt, wie oben schon gesagt: Es hat sehr wohl schon einmal eine ebensolche Anlage, nämlich errichtet zur Stützung des Netzes, gegeben – und die hatte eine Kapazität von 7 MWh. »Der Speicher wurde durch das Bundesumweltministerium mit rund 1,3 Millionen Euro, ca. einem Fünftel der Investitionssumme, gefördert.« Damit kostet die Speicherkapazität hier rund 1300 €/kWh. »Jetzt soll die Anlage profitabel betrieben werden können«. Das klingt wie eine Herausforderung. So jedenfalls nennt man das auf Neudeutsch, wenn etwas praktisch nicht geht und dann auch noch theoretisch unmöglich ist. »Wichtig für die zugrundeliegende Kalkulation war die 20-jährige Garantie für die Akkuzellen, die der Hersteller übernommen hat«. Dies dürfte den sehr hohen Preis begründen – während allenthalben berichtet wird, wie die Preise für Lithium-Ionen-Akkumulatoren fallen. Damit aber muss der Speicher 10.000 Mal in seinem Leben für z. B. 13 ct/kWh vollständig aufgeladen und für 26 ct/kWh wieder vollständig entladen werden – Verluste und Kapital noch nicht gerechnet. Das ist mehr als ein Mal täglich. Damit wird der profitable Betrieb in der Tat eine Herausforderung in vorgenanntem Sinne.

Nichtsdestoweniger taucht allenthalben das »bidirektionale Laden« auf (so nennt es sich bisweilen auch). Nach einer schon angeführten Rechnung muss man schon 43,3 ct/kWh für den zurückgespeisten Strom erwirtschaften, um überhaupt auf ein theoretisches Nullsummenspiel zu kommen. Darin sind noch keine Lade-Entlade-Verluste enthalten, und erst recht ist noch nichts verdient – ganz davon abgesehen, dass der Akku dann leer sein kann, wenn man fahren möchte. Es sei denn, man fährt nur in der Stadt, denn dort laden sich die E-Autos offenbar von selbst wieder auf und müssen dann zum Melken die Entladesäule anfahren.

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Aus der Grundschule: Dreisatzrechnung

Dabei bedürfte es zu dieser Erkenntnis noch nicht einmal einer »Studie«. Ein paar Überlegungen an Hand einiger allgemein bekannter Zahlen führen nahezu zum gleichen Ergebnis:

  • In Deutschland gibt es 45 Millionen Autos.
  • Jedes davon fährt im Durchschnitt 11.000 km im Jahr.
  • Um ganz gnädig zu rechnen, setzen wir den durchschnittlichen Verbrauch mit 6 l / 100 km an.
  • Das ergibt 660 l/a für jedes Auto oder
  • 300 TWh/a chemischer Energie landesweit.
  • Mit den Annahmen wie gehabt entspräche dies einem Verbrauch von 100 TWh/a elektrischer Energie, wären alle Autos Elektroautos gleicher Leistungsfähigkeit wie die zur Zeit real existierenden Fahrzeuge.
  • Das sind gerade mal 20% des derzeitigen jährlichen Strom-Verbrauchs.
  • Sollte »nur« das politische Ziel von einer Million Elektroautos erreicht werden, sind es noch 0,4%.
  • Bedenkt man aber auch noch, dass diese eine Million die kleinsten, schwächsten, langsamsten Autos und ausschließlich die Kurzstrecken-Fahrzeuge im gesamten Bestand darstellen, da sie schnell leer und nur langsam wieder voll werden, bleiben noch höchstens 0,2% der gesamten Strom-Erzeugung übrig, die zu einer vollständigen Aufladung aller E-Autos aufzuwenden wären.
  • In dieser Größenordnung würde sich also auch die gesamte aufsummierte Akkumulator-Kapazität bewegen, von der sich dann wiederum ein kleiner Teil zu bestimmten Zeiten zur Stabilisierung des Netzes erübrigen ließe.

Unsere schiefe Wahrnehmung des Autos

Ja, das sieht merkwürdig aus, aber wir überschätzen nur allzu leicht den Energie-Verbrauch unserer Autos, weil wir von der relativ hohen verfügbaren Leistung auf einen hohen Energie-Verbrauch schließen, jedoch:

  • 11.000 km im Jahr zu fahren dauert nur rund 200 Stunden – länger ist ein privat genutzter PKW nicht in Betrieb.
  • Selbst wenn das Auto tatsächlich einmal fahren sollte, ist die mittlere Leistung gering:
  • Bei voller Leistung bräuchte der Motor gut und gerne 20 l Kraftstoff in der Stunde.
  • Bei angenommenen 200 Stunden für 11.000 km und 6 l/100km ergeben sich aber nur gut 3 l/h, was einem Auslastungsgrad um 15% während einer durchschnittlichen Fahrt entspricht.
  • Im Jahresmittel ist der Motor somit nur zu 0,3% ausgelastet. Dies entspricht lediglich 30 Volllast-Stunden im Jahr.
  • Während dessen empfinden wir z. B. eine Energie-Produktion von 1500 Volllast-Stunden im Jahr bei einer Windkraft-Anlage schon als mager. Von einem Kernkraftwerk erwartet man 7000 bis fast 8000 Stunden im Jahr.

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Das wirtschaftliche Hemmnis

Dies steckt den Rahmen ab, wo die gegenwärtige Batterietechnologie steht: Mit der heute angegebenen Lebensdauer der Lithium-Ionen-Akkumulatoren von 3000 Ladezyklen und einem Preis von 1000 €/kWh kostet die Kilowattstunde Strom aus dem Akku 30 Cent mehr als aus der Steckdose. Bei dem für die Zukunft erwarteten Zellenpreis von 300 €/kWh sind es immer noch 10 Cent. Wenn es also gelingen sollte, die derzeitigen Preise auf ein Drittel zu senken, müsste man Nachtstrom für weniger als 10 Cent einkaufen und für mehr als 20 Cent als Spitzenlaststrom wieder verkaufen. Dann hätte man zwar – in welchem Umfang auch immer – dem Stromversorger einen Gefallen getan, aber noch nichts daran verdient und noch nicht einmal die eigenen Lade-Entlade- und die zweifachen Umwandlungs-Verluste bezahlt.

Das psychologische Hemmnis

Schon das macht der Automarkt nicht mit – und dann soll der private Nutzer seine teure Batteriekapazität auch noch fremdem Zugriff öffnen? Warum sollte er das tun? Die Unabhängigkeit – und sei es nur die als solche empfundene – ist dem Bürger heilig. Manche private PKW werden so wenig genutzt, dass es für die Halter billiger wäre, für die paar Fahrten ein Taxi zu bestellen, aber allein das Bestellen vermittelt schon zu viel Abhängigkeitsgefühl. Das Bewusstsein, jederzeit losfahren zu können, wann immer man will, ist alles, auch wenn man nie fährt. Dafür wird nahezu jeder Preis gezahlt. Selbst wenn der Stromversorger Stein und Bein schwört, es käme statistisch in 100 Jahren nur ein Mal vor, dass der Akku leer ist, wenn man losfahren möchte – allein die Vorstellung, jemand anderes habe über das eigene Auto in irgendeiner Weise Verfügungsgewalt, baut eine Mauer des Widerwillens auf, die sich mit finanziellen Anreizen kaum überwinden lassen wird. Geiz ist zwar geil, macht aber vor dem Auto ganz abrupt Halt. Wenn es sinnvoll ist, die eigene Akku-Kapazität vollständig oder teilweise dem Stromversorger zur Verfügung zu stellen, weil der Akku über den größten Teil seiner Zeit nicht benötigt wird, dann wäre es auch sinnvoll, würde das Rote Kreuz seine Rettungsfahrzeuge vollständig oder teilweise an das Ausland vermieten, weil sie sich im Inland über den größten Teil der Zeit nicht im Einsatz befinden.

Der Kunde erwartet von seinem Auto, dass es Strecken von etwa 700 km mit einer Ge-schwindig¬keit von 160 km/h »unterbrechungsfrei« zurücklegen kann. Selbst wenn die dafür erforderlichen Stromspeicher zur Verfügung stünden, ergäbe sich in Ländern, in denen der dazu erforderliche Strom größtenteils aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird, kein nennenswerter Vorteil. Solche Fahrten kommen aber in der Regel beim privat genutzten PKW nur selten oder gar nicht vor. Die meisten Fahrten spielen sich im kleinen Rahmen ab, was sowohl Entfernungen als auch Geschwindigkeiten angeht. Rein technisch betrachtet ließen sich gerade diese Autos ohne Weiteres durch Akkumulator betriebene Elektrofahrzeuge ersetzen. Zudem wäre der Elektroantrieb hier weit überlegen, da Verbrennungsmotoren unter diesen Belastungs-Bedingungen recht ungünstig arbeiten, der Elektromotor aber seine Stärken voll ausspielen könnte:

  • Hohes Anzugsmoment aus dem Stillstand: Keine Kupplung, kein Schaltgetriebe, kein Drehmomentwandler erforderlich.
  • Kurzzeitige Überlastbarkeit: Höheres Beschleunigungs-Vermögen als die Nennleistung vermuten lässt.
  • Kein Leerlauf-Verbrauch im Stillstand.
  • Rückspeisung beim Bremsen.

Hier könnten bereits jetzt oder in naher Zukunft verfügbare Elektrofahrzeuge sehr vorteilhaft eingesetzt werden – wenn nur Volumen, Gewicht und Kosten der Akkumulatoren gesenkt und deren Lebensdauer verlängert werden könnten, und dazu fehlt eben noch eine mehr als nur graduelle Verbesserung. Eben die ist aber nicht in Sicht, so schön dies auch wäre und so oft auch der Eindruck erweckt wird. Selbst rein ökologisch betrachtet ist es eine offene Frage, ob der technisch heute schon mögliche Ersatz dieser »Wenigfahrer-Autos« durch Elektromobile vorteilhafter wäre als das »Aufbrauchen« abgeschriebener Rostlauben, denn der hohe Preis der Elektroautos hemmt nicht nur den Verkauf, sondern steht auch für erhebliche Stoff-Umsätze bei der Herstellung und Entsorgung. Das Elektroauto wäre also auf absehbare Zeit wirtschaftlich ebenso wie ökologisch höchstens für Vielfahrer interessant. Technisch ist jedoch bislang nur ein Wenigfahrer-Auto machbar.

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Kein Hemmnis: Energiekosten

Da wir gerade schon bei der Psychologie sind: Es ist schon merkwürdig, wie sensibel wir reagieren, wenn Kraftstoffe 5 Cent teurer werden, wie weit manche von uns fahren, um diese 5 Cent je Liter wieder einzusparen, und dass wir die Chance, zu gewissen Tageszeiten etwas billiger an Kraftstoffe zu gelangen, als »Abzocke« empfinden. Wenn die Preise für Brot oder Kartoffeln um 5 Cent steigen, stört dies keinen großen Geist. Über Essen spricht man nicht, Essen hat man.

Dabei wird doch seit Jahr und Tag schon Autogas zum halben Preis anderer KFZ-Kraftstoffe angeboten – warum auch immer. Für ein Bisschen weniger CO2? Indem man Ottomotoren statt Dieselmotoren einsetzt? Sei es wie es sei – sobald aber kleine Nachteile entstehen, ein weniger dichtes Tankstellennetz oder etwas mehr Platzbedarf im Fahrzeug, zählen die 70 Cent Ersparnis auf einmal weniger als der Prophet im eigenen Lande. Umso weniger könnte eine finanzielle Ersparnis, entstünde sie denn, einen Anreiz zum Kauf eines Elektroautos darstellen.

Induktives Laden

Nur weil Energiekosten also kein Hemmnis darstellen, konnte man auf die Idee kommen, den Komfort zu erhöhen, indem man die Anschlussleitung zum Aufladen durch Induktionsschleifen jeweils im Fahrzeug und darunter ersetzt. Diejenige im Fahrzeug fährt natürlich immer mit. Platz und Gewicht sind im E-Auto bekanntlich kein Thema.

Die Wirkungsgrade der derzeit vorgeführten Prototypen werden mit etwa 90% angegeben, und man hofft, sie noch auf 95% steigern zu können. Das klingt zwar gut, lässt sich aber auch so formulieren: »Die induktive Ladung verursacht über nur 1/100 der Entfernung die 100-fache Verlustleistung wie eine herkömmliche Anschlussleitung.« Und beim Rückspeisen fallen diese Verluste, zusammen mit allen anderen, zwei Mal an.

Inflation der Begriffe

Natürlich grassiert gerade in einem solchen Umfeld der sprachliche Wildwuchs in Form des inflationären Gebrauchs gerade eben erst in Umlauf gebrachter Fachbegriffe ganz vortrefflich. So wurde nun eine besonders großzügige Auslegung des – natürlich – aus dem Englischen übernommenen Schlagworts (Schlag-Abkürzung? Schlag-Akronym?) »V2G« – Vehicle to Grid, also »aus dem Fahrzeug ins Netz« erforderlich, um diesen Begriff nicht wieder fallen lassen zu müssen, wenn denn die damit gemeinte Sache nicht kommt. Das ist gerade so als müssten wir neuerdings zwischen Kreisen und runden Kreisen unterscheiden. Das ist gerade so, als müssten wir neuerdings zwischen Kreisen und runden Kreisen unterscheiden. Wir Elektriker kennen das – oder sollten es jedenfalls kennen: Wenn auf einem Messgerät aufgedruckt ist »Effektivwert-Anzeige«, dann bedeutet dies, dass dieses Messgerät eben nicht den Effektivwert anzeigt. Nur wenn es heißt »Echt-Effektivwert-Anzeige«, dann wird wirklich der Effektivwert ermittelt. Analog hierzu und zum »Minuswachstum« muss man neuerdings zwischen dem einfachen, dem »monodirektionalen V2G«, was einfach nur für »intelligentes Laden« steht, und dem eigentlichen, dem »bidirektionalen V2G«, unterscheiden. Wenn man nur »V2G« sagt, hat man, ehe man sich versieht, »G2V« gesagt, also nicht mehr als »intelligentes Laden«. Wie intelligent das Laden sein muss, um sich überhaupt nur »intelligent« nennen zu dürfen, ist auch noch offen.

Zusätzlich taucht dann auf einmal eine weitere Bedeutung von »Vehicle to Grid« auf als Bezeichnung für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladesäule. Der Verwirrung sind wirklich keine Grenzen gesetzt; der Inflation auch nicht.

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Nach hinten losgegangen

Letztendlich ginge der Schuss ohnehin nach hinten los, käme denn ein bezahlbarer Akkumulator mit einer passablen Kapazität auf den Markt, der lediglich auf Fernreisen zwischendurch ein Mal aufgeladen werden müsste. Angenommen, die Insassen führen zum Mittagessen eine Autobahn-Raststätte an. Der Strom, der in vier Stunden Autobahnfahrt verbraucht wurde, soll nun binnen einer Stunde wieder aufgeladen werden. Dazu wird dann also eine Leistung von etwa 200 kW erforderlich sein. Ein konventionelles Fahrzeug stünde hierfür etwa 6 Minuten lang an der Zapfsäule. Zu Spitzenzeiten, wenn die meisten Leute anlässlich des Mittagessens auf die gleiche Idee kommen, mögen dort etwa 10 Autos gleichzeitig die Zapfsäulen belegen. Handelte es sich um Elektroautos, so wären es also 100 Stück gleichzeitig – die dann zusammen 20 MW aufnehmen. Dies legt die Latte für die Bemessung der Anlage. Aus dem Mittelspannungsnetz wird also die »Autobahn-Raststätte der Zukunft« schon nicht mehr zu speisen sein; eine 110-kV-Station wird erforderlich – und dies lediglich für eine nur während der Urlaubszeit auftretende Lastspitze. So wird diese Lastspitze wie eine Karikatur der programmatischen Erklärungen zur Glättung von Lastschwankungen dank der Elektromobiliät zielgenau dort platziert, wo die übliche Tageslastspitze ohnehin liegt. Ist das »smart«? Und wer soll das bezahlen?

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Reales Kupfer statt imaginärer Akkus

So kommt auch die erwähnte VDE-Studie zu dem Schluss: »Die Erbringung von Netzdienstleistungen sollte jedoch bis auf Weiteres von Elektrofahrzeugen nicht erwartet werden, da der Aufwand gegenüber dem Nutzen sehr hoch ist.« Statt über die doppelte Verwendung noch nicht einmal einfach existierender Akkumulatoren in nicht existierenden Elektrofahrzeugen zu meditieren, könnte man statt dessen überlegen, alle Autobahnen und Bundesstraßen mit Kupferplatten statt mit Asphalt zu pflastern und ein Kupfernetz darüber zu spannen. Mit Stromabnehmern nach dem Vorbild der »Autoscooter« auf der Kirmes versehen, ließen sich die Autos direkt aus dem Stromnetz speisen. Ein Vergleich der Leistungsfähigkeit ebenso wie der Energie-Effizienz zwischen Elektro- und Dieselfahrzeugen bei den Bahnen lässt erahnen, welches Potenzial in beiden Punkten dahinter steckt. So mancher GTI sähe hinter einem derart gespeisten E-Mobil ganz schön müde aus. Die kürzlich seit langem wieder einmal von der DB AG georderten Dieselloks machen es vor: Insgesamt 2252 kW leisten die erstmals 4-motorig aufgebauten Loks – und müssen sich mit einer E-Lok vergleichbarer Größe messen lassen, deren 4 Motoren es auf 6600 kW bringen.

Um von der »E-Autobahn« aus Kupfer nach Hause zu kommen, käme ein O-Mobil dann auch mit dem jetzt schon verfügbaren Akku zurecht. Viel absurder als die noch gar nicht verfügbare, aber schon doppelt verplante Batterie ist diese Idee auch nicht. Für Lastwagen existieren immerhin eine ähnliche Idee und einige Prototypen schon: Die Firma Siemens möchte unsere Autobahnen elektrifizieren, allerdings mit 2 Drähten wie bei den O-Bussen und Stromabnehmern, die jedoch eher denen der Schienenfahrzeuge gleichen.

Energie sparen und Umweltschutz scheinen angesichts ihres ununterbrochenen Erscheinens in den Medien hohes Ansehen und viel Bedeutung für das tägliche Leben zu genießen, aber beim Lesen bleibt es dann in der Regel. »Letztlich geht es in den Energiespardiskussionen doch gar nicht um das Energie sparen«, erklärte der frühere Chefredakteur der Schweizer Zeitschrift für angewandte Elektrotechnik vor kurzem, »sondern um Luxus und Komfort«. Damit dürfte er die Sache auf den Punkt gebracht haben, aber in seiner Zeitschrift hat er diese unpopuläre Wahrheit auch nie abgedruckt.

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Elektromobilität und der Rohstoff Kupfer

Selbstverständlich sähe niemand die Elektrifizierung des Straßenverkehrs lieber als die Kupfer-Industrie. Eine Umsatz-Steigerung wäre auf Jahrzehnte hinaus gesichert. Schon allein der Lithium-Ionen-Akkumulator besteht zu rund 18% aus Kupfer, da stets die Kathode aus Aluminium und die Anode aus Kupfer als Trägermaterial aufgebaut werden. Mindestens ein Antriebsmotor und ein Umrichter tragen das Ihre dazu bei, dass sich in einem solchen Fahrzeug gut und gerne 3 Mal so viel Kupfer findet wie in einem konventionellen mit Verbrennungsmotor.

Beim Deutschen Kupferinstitut gehören neben der technischen Anwendungsberatung, die hier wie bei wahrscheinlich keinem anderen Berufsverband im Vordergrund der Aufgaben und Tätigkeiten steht, die Beobachtung der Märkte, neuer technischer Entwicklungen und die Beurteilung ihrer möglichen Bedeutung für das Kupfer zu den vordringlichen Aufgaben. Dabei ist stets eine sachliche Beurteilung gefragt – und im Falle des Elektroautos nicht allzu viel Optimismus angebracht.

Entsprechend dienen Fachzeitschriften unter anderem dazu, ihrer Leserschaft das nötige Hintergrundwissen zu vermitteln, um selbst beurteilen zu können, ob beispielsweise die breit angelegte Vermarktung von Ladesäulen für Elektroautos ein lohnendes Geschäftsfeld für das Elektrohandwerk abgeben könnte – und wenn, dann wo, wie und ab wann.

Bilanz Elektroautos

Bislang läuft nämlich immer wieder alles auf ein- und dieselbe Tatsache hinaus: Energie ist nach wie vor viel zu billig. Erst wenn andere Gründe dazu zwingen, wird Energie gespart, aber über Geld spricht man nicht, Geld hat man und gibt es gern aus, besonders für Energie. Ja, das Elektroauto spart Energie – weil die drastischen Maße, die immense Masse und der exorbitante Preis der Akkumulatoren dazu zwingen. Nun muss uns »nur« noch irgendjemand oder irgendetwas zwingen, Elektroautos zu benutzen; dann sparen wir Energie. Das Elektroauto mit Oberleitung spart keine, wie schon der PC zeigt: Sobald dieser nicht mehr auf einen eingebauten Akkumulator angewiesen ist, sondern ausschließlich aus der Steckdose gespeist wird, steigt seine Leistungsaufnahme prompt von 15 W auf 70 W. Auch bei der E-Lok klafft zwischen ihrer prinzipiellen Möglichkeit zur Rückspeisung und dem praktisch erreichten Ausmaß noch eine böse Diskrepanz. Das »O-Auto« würde uns aber zumindest anteilig das Fahren mit regenerativer Energie ermöglichen, abhängig davon, wie viel denn davon im Netz ist – und das sind heute schon 25%! Die »A-Klasse« – hier einmal ohne Bezug zu einem bestimmten Hersteller und dessen Nomenklatur als »Akkumulator« interpretiert – bewegt sich im ppm-Bereich: »Von den wenigen 2150 verkauften Elektrofahrzeugen [unter 3 Millionen im Jahr 2011 verkauften Autos] gingen nur enttäuschende 100 zu normalen Kunden«, berichtete die »ATZ« 4/2012 in ihrem Editorial unter dem Titel »Ladenhüter«. Dabei kostet doch ein E-Auto nur 3 Mal so viel wie ein konventionelles! Ein LED-Leuchtmittel ist 30 Mal so teuer wie eine Glühbirne – und dennoch wurden inzwischen deutlich über 100 LED-Leuchtmittel ganz normal über kommerzielle Wege zu kommerziellen Zwecken verkauft. Auch wenn man die Zahl mit dem Verhältnis der Preise eines E-Autos zu dem einer LED-Lampe multipliziert, kommt man nicht annähernd an das wirkliche Marktvolumen heran, das sich schon im Bereich von Milliarden Euro bewegt. Die LED leidet eben »nur noch« am hohen Preis und an den unvermeidlichen Kinderkrankheiten, hat dem aber massive Vorteile entgegen zu setzen, die die Verbraucher überzeugen. Dort aber hakt es beim Elektroauto. Den Kunden fehlt schlicht und ergreifend ein Grund, den dreifachen Preis für ein Produkt zu bezahlen, das nur ein Drittel des Leistungsumfangs bietet. 2050 der 2150 verkauften Fahrzeuge arbeiten nur als mobile Litfaßsäulen – für Strom, für Dienstleistungen des Elektro-Handwerks, für ein grünes Gewissen oder wofür auch immer. Der Bestand an Elektrofahrzeugen belief sich auf:

  • 4540 Stück Anfang 2012,
  • 7111 Stück Anfang 2013,
  • 12160 Stück Anfang 2014,
  • 18950 Stück Anfang 2015,
  • 25502 Stück Anfang 2016

laut Kraftfahrt-Bundesamt. Hierunter sind die reinen, »echten« E-Autos zu verstehen. In üblicherweise zitierten Statistiken werden Steckerhybride ebenfalls als »Elektroautos« gezählt.

Da helfen auch kostenlose Parkplätze oder die Freigabe von Busspuren nichts – Privilegien, die alles andere als nachhaltig sind: Sollte das Vorhaben der Bundesregierung doch noch gelingen, obige Zahl bis 2020 auf das 20-Fache zu erhöhen, dann führen eine Million Elektrofahrzeuge auf den Busspuren herum – also Infarkt des öffentlichen Nahverkehrs. Oder eine Million Elektrofahrzeuge würden alle öffentlichen Parkflächen für sich beanspruchen. Mit Akzeptanzproblemen bei den (nach wie vor Steuern zahlenden) Fahrern der anderen 44 Millionen Fahrzeuge muss gerechnet werden.

Doch was war das eine schöne Erfahrung in dem – nun aber wirklich – A-Klasse-Mercedes mit Elektro-Antrieb, geräuschlos, ohne Kuppeln, ohne Schalten und mit einer Spurtkraft aus dem Stand heraus, die in keiner, aber auch wirklich gar keiner Hinsicht durchblicken ließ, dass ein solches Auto eigentlich ständig im vierten Gang fährt und also auch anfährt! 200 km Reichweite sollte das Fahrzeug erreichen, und in der Tat, nach der Fahrt von Mannheim nach Heidelberg und zurück zeigte der Anzeiger noch 85% Ladung. Die bei ABB in Heidelberg vorhandene Ladesäule blieb weiterhin als ungenutzter Zierrat in der Landschaft stehen. Schon wieder ein Ladenhüter.

Der Verbrauchsanzeiger geht übrigens sofort ein Stückchen ins Negative, also auf Rückspeisung, sobald man den Fuß vom »Gas«-Pedal nimmt. Dies soll wohl die vertraute Bremswirkung des eingekuppelten Verbrennungsmotors simulieren. Die Leistung beträgt irgendetwas um die 80 kW, aber die Höchstgeschwindigkeit ist mit Rücksicht auf die Reichweite auf 120 km/h »verplombt«. Das sind keine guten Ideen, denn der Fahrer soll sich doch an die Eigenarten – Stärken und Beschränkungen – des E-Mobils gewöhnen und damit umzugehen lernen statt einen Überhol-Vorgang mit überragender Spurtkraft anzusetzen und dann mittendrin in einem Sackloch zu versacken und somit zwangsläufig auf die unzweifelhaften Potenziale der E-Mobilität zu verzichten.

Wie viel mag ein solches Fahrzeug wohl kosten? Die Internet-Recherche geht ins Leere: Dieses Fahrzeug wird nur in limitierter Auflage hergestellt und nur an ausgewählte Kunden verteilt – im vorliegenden Fall z. B. als Dienstwagen eines Mitarbeiters bei einem Stromversorger. Ein Preis ist nicht zu finden und wäre, wenn, dann auch subventioniert und somit ohne Aussage. Die EVU brauchen ganz dringend einen etwas grüneren Anstrich, und die Autobauer auch Außerdem gilt es, Subventions-Milliarden vom Staat »abzugreifen«, und wer will schon so genau kontrollieren können, ob diese ganz oder nur zum Teil in die E-Mobilität fließen?