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spektrum 46/2018
BLICKPUNKT
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Wirkungsgrad bezogen auf die Energiequelle Batterie bei 75%.
Diese Bilanz fällt sogar noch besser aus, wenn man bedenkt,
dass ein erheblicher Teil der Bremsenergie rekuperiert, also vom
Fahrzeug „zurückgewonnen“ werden kann (Abbildung 1).
Im Nachteil ist das rein elektrisch angetriebene Fahrzeug bei der
volumetrischen und gravimetrischen Energiedichte der Speicher,
wobei die Batterie mit dem Kraftstofftanksystem verglichen wer-
den muss: für die äquivalente Energie eines Liters Diesel wird ein
Volumen von 20,5 Liter im Batteriesystem benötigt. Die folgende
Übersicht verdeutlicht den Zielkonflikt zwischen Reichweite und
Gewicht bzw. Bauraum (Abbildung 2).
Abb. 2: Volumen und Gewicht der Energiespeicher für eine Fahrstrecke von 800km (WLTC)
Ein gerechter Konzeptvergleich beleuchtet neben der Analyse
der Wirkungsgradkette vom Speicher-zum-Rad (engl. „Tank-to-
Wheel“) auch den Bereitstellungspfad der Energie von der Quelle
zum Speicher (engl. „Well-to-Tank“). Dies beinhaltet Wirkungs-
grade bei der Treibstoffproduktion beziehungsweise Primärener-
giewandlung, der Distribution und Lagerung. Die vollständige
Analyse von der Primärenergiequelle zum Rad (engl. „Well-to-
Wheel“) stellt den tatsächlichen Energiebedarf der verschiedenen
Antriebe dar.
Wie gut Elektrofahrzeuge in der CO
2
-Bilanz sind, hängt damit
ausschließlich von der Art der Stromerzeugung ab. Wird der
Strom zum Fahren regenerativ – also aus Wind, Sonne, Wasser,
Biomasse, etc. – erzeugt, „emittiert“ ein E-Fahrzeug so gut wie
kein Kohlendioxid. Legt man aber den deutschen Strom-Mix im
Jahr 2016 (29,5% regenerativer Strom) zugrunde, ist die komplet-
te CO
2
-Bilanz, auch CO
2
-Footprint genannt, nicht besser als die
eines Fahrzeugs mit einem modernen Verbrennungsmotor. In
Ländern, wie China oder Indien, die vorwiegend Kohle verstro-
men, ist der „CO
2
-Ausstoß“ eines E-Fahrzeugs sogar um ein Viel-
faches höher als der des Verbrenners.
Nur den Status Quo zu beleuchten, wird der Sache allerdings
nicht gerecht, da weltweit große Anstrengungen unternommen
werden, den Anteil des regenerativen Stroms zu erhöhen. So
strebt die Bundesrepublik 2050 an, 80% des Stromes vor allem
durch den Ausbau der Windenergie regenerativ herzustellen.
Dazu müssen aufgrund der fluktuierenden Windsituation große
Überkapazitäten für ein stabiles Stromnetz installiert werden. Die
temporär hohen Stromspitzen könnten sicher zum Teil in den
Batterien der E-Fahrzeuge gespeichert werden, ein anderer Teil
würde aber auch zur Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs
genutzt werden können.
Abb. 1: Energiebedarfe eines SUVs mit verbrennungsmotorischem Antrieb (links) und mit rein elektrischem Antrieb (rechts) im WLTC (Worldwide harmonized Light vehicles Test
Cycle). (Quelle: Hochschule Esslingen)
Primär-
Energiebedarf
15kWh/23,06km*800km
4,8kWh/23,06km*800km
= 520kWh
= 170kWh
Volumen zur
Speicherung
der Energie
520kWh/9800kWh/m³=0,053m³ 53l*1/3*20,6=370l
[Batteriesystem]
= 53l oder 0,053 m³
= 370l oder 0,37m³
Schätzung nach aktueller
Statistik (Quelle: statista.de)
Gewicht zur
Speicherung
der Energie
520kWh/(11,8kWh/kg)
170kWh/(0,25kWh/kg)
[Zelle]
= 44kg
= 670kg
Prognose für die Energiedichte
der Zellen im Tesla Model 3
