Es gibt eine ganze Menge an Daten, die man zu vielen Gelegenheiten gerne aus dem Ärmel schütteln würde, alleine, man hat sie oft gerade nicht zur Hand. Hier sind einige wichtige Fakten zusammengefasst. Die Sammlung wird auch kontinuierlich erweitert.
Aggregatwirkungsgrad
Bekanntlich erreicht ein Elektromotor weit über 90 Prozent Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Energie des Stroms in Bewegungsenergie. Je nachdem, wo und wie man die Grenzen der Berechnung ansetzt oder auch abhängig von der verwendeten Motorentechnik ist das etwas mehr oder weniger. Wer 90 Prozent einsetzt, liegt sicher nicht ganz falsch. Beim Elektromotor hat es auch wenig Einfluss auf den Wirkungsgrad, in welchem Betriebszustand oder Drehzahlbereich er sich gerade befindet.
Verbrennungsmotoren erreichen im günstigsten Fall rund 40 Prozent, das aber nur bei einer bestimmten Drehzahl und abhängig von der momentanen Belastung. In den viel häufiger auftretenden ungünstigen Fällen liegt er bei 20 Prozent und darunter. Das heißt, ein Dieselmotor bringt es im großen Schnitt auf etwas über 20 Prozent Wirkungsgrad, ein Benziner bleibt noch darunter.
Ein Hybridantrieb kann dieses Handycap etwas ausgleichen, indem mit Hilfe von Generator und Batterien beim Ausrollen und Bremsen Energie zurückgewonnen werden kann (Rekuperieren). Diese zurückgewonnene Energie wird dann wieder dazu verwendet, den Verbrennungsmotor zu unterstützen, ihn in einem Bereich höheren Wirkungsgrads zu betreiben. Somit kann man hier auch keinen Bestpunkt angeben. Am Ende erkennen wir: Hybrieantrieb ist keine Wunderwaffe gegen Energieverbrauch und CO2-Ausstoß, aber er bringt einiges und hilft zudem mit, schädliche Abgase zu verringern.
Reichweite, Verbrauch, Kosten
Die Reichweite eines Fahrzeugs ist im Wesentlichen abhängig von der Größe seines Energieträgers und dem Wirkungsgrad seines Antriebs. Das Elektroauto hat den Vorteil eines sehr hohen Wirkungsgrades beim Antrieb, aber den Nachteil eines geringen Energieinhalts seiner Batterien. So ergeben sich heute je nach Größe und Leistungsfähigkeit der eingebauten Batterien realistische Reichweiten von 120 bis 250 km, bald auch 350 km. Größere Reichweiten sind derzeit nur mit extrem großen Batterien und damit sehr langen Ladezeiten oder sehr hohen Ladeleistungen realisierbar (z.B. Tesla). Damit wird auch das Auto sehr teuer.
Durch den hohen Wirkungsgrad des Antriebs benötigt das Elektroauto aber nur ein Drittel bis ein Viertel der Energie gegenüber einem mit Verbrennungsmotor. Darin liegt auch der entscheidende ökologische Vorteil, vorausgesetzt, dass auch die Rahmenbedingungen für die Stromerzeugung passen. Der Kostenvorteil für den Energieträger Strom ist nicht immer selbstverständlich, denn Strom ist bezogen auf seinen Energiegehalt deutlich teurer als fossile Kraftstoffe.
Rechnet man mit dem Preis für Haushaltsstrom kommt jeder Kilometer mit dem Elektroauto deutlich billiger als mit einem anderen Antrieb. Das trifft in der Regel dann zu, wenn man zu Hause über eine Steckdose oder Wallbox tankt, also mit bis zu 11 Kilowatt Ladeleistung. Bei höherer Ladeleistung sind größere technische Veränderungen an der Stromzuleitung notwendig, das kann sich gravierend auf Investitionskosten und Strompreis schlagen und muss für jeden Einzelfall ermittelt werden. Auch ein Tarif für öffentliches Laden lässt sich nicht ohne weiteres nennen, weil, salopp gesagt, je nach Tarifmodell des Stromproviders und des Standplatzbetreibers oft ganz saftige Parkgebühren dazukommen. Der Preis für das Schnellladen mit 50 Kilowatt Gleichstrom und mehr ist aufgrund unterschiedlichster Tarifmodelle in jedem Einzelfall zu ermitteln. Klar ist, dass das Laden an den angekündigten 350-Kilowatt-Ladestationen aufgrund sehr hoher Investitionskosten für die Infrastruktur auf jeden Fall teuer werden wird.
Brennstoffzellenfahrzeuge werden Wasserstoff tanken. Dieser wird an den wenigen Wasserstofftankstellen derzeit um neun Euro pro Kilogramm abgegeben. Damit liegen die Kraftstoffkosten für ein Auto mit Wasserstoff-Brennstoffzellen etwa auf dem Niveau der Fahrzeuge mit fossilen Energieträgern.
Preis für Wasserstoff
Die künftigen Kosten für Wasserstoff sind noch nicht seriös einschätzbar. Die heute übliche Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas kostet zwei Euro pro Kilogramm. Der Marktpreis von Wasserstoff in handelsüblichen Druckflaschen liegt bei rund fünfzig Euro pro Kilogramm, stark abhängig von der gekauften Menge. Die Wasserstoffwirtschaft hat sich auf einen Tankstellenpreis von neun Euro pro Kilogramm geeinigt, sozusagen ein künstlicher Preis, womit Wettbewerbsfähigkeit mit fossilen Kraftstoffen besteht. Allerdings sind Kosten für die Tankstellen-Infrastruktur derzeit noch schwer abschätzbar, genauso gilt das für die Herstellung von Wasserstoff aus regenerativen Energieformen, etwa durch Elektrolyse aus Wind oder Solarenergie, die Grundvoraussetzung, damit Wasserstoff als Energieträger für den Verkehr überhaupt Sinn macht.
Energieaufwand in Prozent im Lebenszyklus
Es gibt zwar Normen und Gesetze, wie Energie- und Stoffbilanzen zu erstellen sind. Sie sind aber äußerst komplex, so dass immer auch die Rahmenbedingungen, unter denen sie enstehen, extra definiert werden. So komm es oft vor, dass zwar jede Menge an Daten vorhanden ist, diese aber nicht wirklich vergleichbar sind, da sie unter unterschiedlichen Rahmenbedingungen zustande gekommen sind. So gibt es immer auch Gelegenheit, Tabellen und Erkenntnisse anzuzweifeln. Es gibt aber so etwas wie einen Durchschnitt der Expertenmeinung, die mit etwas guten Willen von vielen geteilt werden kann. Klar ist aber, dass es in Einzelfällen auch zu erheblichen Abweichungen dieser Schätzungen kommen kann.
So kann man davon ausgehen, dass sich durch sinkende Verbräuche und steigenden Aufwand bei der Herstellung eines Kraftfahrzeugs das Verhältnis verschoben hat, und zwar bei Autos mit konventionellem Verbrennungsmotor von zehn Prozent auf fünfzehn Prozent in Richtung Herstellung. Bei Hybridantrieben und Plug-In-Hybriden setzt sich diese Tendenz dann noch weiter fort, und zwar deutlich. Beim Elektroauto spielen der geringe Verbrauch im Betrieb und der hohe Aufwand für die Herstellung, vor allem der Batterien, noch einmal zusammen, so dass dort das Verhältnis Halbe-Halbe angenommen wird. Packt man besonders große Batterien für lange Reichweiten in ein Auto, übersteigt der Energieaufwand für die Herstellung sogar jene fürs Fahren.
Doch obacht! Hundert Prozent deutet nur auf die Verteilung der Energieverbräuche, sagt aber nichts über den tatsächlichen Gesamtverbrauch über den Lebenszyklus aus. Da folgt im nächsten Kapitel.
Gesamtenergieverbrauch in Kilowattstunden
Zwar erfüllt diese Methode nicht unbedingt die Voraussetzungen wissenschaftlicher Genauigkeit, den Versuch, die Dimensionen des Energieumsatzes plausibel darzustellen, ist dieses Experiment dann doch vielleicht wert: Die Annäherung an das Ergebnis von der vorhin besprochenen Prozent-Aufteilung über den Verbrauch zum Ergebnis.
Benötigt ein Elektroauto für 200.000 Kilometer 35.000 kWh Strom, so sind bei einer Fünfzig-zu-Fünfzig-Aufteilung für die Herstellung noch einmal 35.000 Kilowattstunden hinzuzurechnen, macht 70.000 Kilowattstunden fürs ganze Autoleben.
Analog dazu auch die Rechnung für Benziner und Diesel: Rechnet man den Verbrauch eines Benzinfahrzeugs mit 70 kWh auf 100 Kilometer, ergibt das 140.000 kWh auf 200.000 km. Addiert man den 15-Prozent-Anteil für die Herstellung, ergibt das 165.000 Kilowattstunden. Setzt man für den Diesel den gleichen Herstellungsaufwand wie für den Benziner ein, so kommen zu den 120.000 Kilowattstunden Dieselkraftstoff auch knapp 25.000 kWh dazu, macht 145.000 kWh insgesamt.
Energieinhalt und Preis von Kraftstoffen
Der Energieinhalt eines Kraftstoffs beeinflusst ganz wesentlich die Reichweite eines Fahrzeugs. Bei flüssigen Kraftstoffen ist die Relation von Energieinhalt zu Volumen von größter Bedeutung, bei Gasen ist das Gewicht die ausschlaggebende Größe für alle weiteren Berechnungen zum Thema Energieinhalt. In diesen Relationen wird auch am Ende in Euro abgerechnet.
Gase besitzen naturgemäß im Vergleich zu Flüssigkeiten eine extreme Ausdehnung. Wenn man bei Gasen ein Volumen angibt, dann praktischerweise meist jenes bei 200 bar Druck, da dies eine verbreitete Größenordnung im Handel darstellt, etwa der Erdgastank beim Auto oder die Wasserstoffflasche in der industriellen Anwendung.
Flüssiggas hat als Kraftfahrzeugtreibstoff keine große Bedeutung und bietet durch seine fossile Herkunft und die Ähnlichkeit mit Benzin keine echte Zukunftsperspektive (deshalb in der Tabelle nicht dargestellt). Es wird schon bei sehr geringem Druck unter fünf bar oder bei niedrigen Temperaturen flüssig, je nach chemischer Zusammensetzung sogar noch bei Plusgraden, deshalb auch der Name.
Bei Benzin, Diesel und Erdgas stellt das Gewicht des Behälters im Gesamtzusammenhang eines Eineinhalb-Tonnen-Fahrzeugs eine untergeordnete Größe dar. Durch extremen Leichtbau gilt dies auch noch für einen Wasserstoff-Drucktank, der in der Automobil-Anwendung immerhin mit bis zu 700 bar Druck gefüllt wird. Trotz 700 bar Druck ist es noch immer nicht leicht, einen Wasserstofftank vom Volumen her in einem Pkw unterzubringen.
Beim elektrischen Strom ist das ganz anders. Der besitzt selbst zwar weder Gewicht noch Volumen, aber seine Speicherung ist in beide Richtungen am aufwendigsten. Batterien, die einen elektrischen Energieinhalt bieten, die eine Reichweite von gerade mal der Hälfte eines konventionellen Autos ermöglichen, wiegen trotz großer Fortschritte in den vergangenen Jahren noch immer mehrere hundert Kilogramm. Dies und der immer noch relativ hohe Preis des Gesamtsystems sind die beiden Gründe, warum der Siegeszug des Elektroautos jetzt erst in der Anlaufphase ist.
Benzin-, Diesel- und Erdgaspreis differieren hauptsächlich wegen der unterschiedlichen Besteuerung. Der Preis für Wasserstoff ist von der Industrie vorerst willkürlich festgelegt und orientiert sich an üblichen Kraftstoffkosten pro gefahrenen Kilometer.
Als Strompreis liegt der Rechnung ein österreichischer Durchschnittspreis im Rahmen eines Haushaltsanschlusses zugrunde. Die Preisgestaltung bei öffentlichen Ladestationen ist je nach Art der Ladestation und der Vertragsgestaltung des Stromversorgers sehr unterschiedlich und kann mitunter auch deutlich höhere Stromkosten zur Folge haben.
Haushaltsstrom in Europa
Der Strompreis in einem Land ist stark abhängig von der Energiepolitik. So gibt es etwa riesige Unterschiede zwischen Industrie und privaten Haushalten. Großverbraucher bekommen Strom deutlich billiger. Auch Umweltpolitik, etwa Ökostrom-Förderungsmodelle können den Strompreis erheblich beeinflussen. Am Ende spielt auch die Kaufkraft in einem Land eine Rolle.
