Vertraue der Technik!
Energiequellen
Einfach gesagt: Strom kommt aus der Steckdose. Aber natürlich wissen wir, dass man Strom aufwendig erzeugen muss. Physikalisch gesehen kann man Energie eigentlich nicht herstellen, man kann sie nur von einem „Primärenergieträger“ (z. B. Erdöl, Kohle usw.) in eine gewünschte Energieform (z. B. Wärme, Bewegung, Licht) umwandeln. Jeder dieser Umwandlungsprozesse ist mit Energieverlusten verbunden.
In Deutschland werden jährlich rund 3.500 TWh* Primärenergie eingesetzt. Davon stehen circa 2.500 TWh für Wärme, Strom und Mobilität zur Verfügung. Der Rest geht als Umwandlungsverlust verloren. Der größte Teil der genutzten Energie wird durch fossile Energieträger (Kohle, Öl, Gas) gedeckt. Nur rund 500 TWh stammen aus regenerativen Quellen (Biomasse, Solarthermie, Photovoltaik, Windkraft, Wasserkraft).
(* 1 TWh = 1.000.000.000 kWh)
Gut zu wissen
Die wesentlichen Bereiche, für die wir heute Energie einsetzen sind, Strom, Wärme und Mobilität.
Energiebedarf
Die gesamte Pkw-Flotte in Deutschland – 45 Mio. Autos – bräuchte als Batteriefahrzeuge lediglich 15% bis 20% des gesamten Strombedarfs. So könnte schon heute die gesamte Individualmobilität durch den erzeugten regenerativen Strom abgedeckt werden. Damit würden wir den Verbrauch von ca. 400 TWh fossiler Energieträger in der Individualmobilität einsparen.
Erneuerbare Energien
Bezogen auf den Gesamtenergiebedarf gibt es deutlich zu wenig regenerative Energie. Denn wir wollen nicht nur eine CO2-freie Mobilität, sondern auch unser ganzes Energiesystem dekarbonisieren!
Für eine vollständige Dekarbonisierung (d.h. keinerlei fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas) müsste man bilanziell fünf- bis sechsmal mehr PV-, Windkraft-, Wasserkraft und Biomasseanlagen aufbauen, was flächentechnisch und finanziell nicht einfach ist. Wir werden also mit der zur Verfügung stehenden Energie so effizient wie möglich umgehen müssen.
Gut zu wissen
Im Vergleich zum Verbrennungsmotor ist der Elektroantrieb im Straßenverkehr eindeutig umweltfreundlicher. E-Autos emittieren beispielsweise kein CO2, keine gesundheitsschädlichen Stickoxide, keine karzinogenen Kohlenwasserstoffe, deutlich weniger Feinstaub und benötigen auch kein Motorenöl. Sogar Bremsbeläge und -scheiben halten durch die Rekuperation (Stromerzeugung durch Bewegungsenergie) deutlich länger.
Energieeffizienz nach Antrieb
Eine „Energiewende“ ist nur dann sinnvoll, wenn der Energieverbrauch deutlich reduziert wird und in allen Bereichen auf höchste Energieeffizienz geachtet wird.
Dies gilt zwangsweise auch für die Individualmobilität. Hier ist der batterieelektrische Antrieb mit einem Gesamtwirkungsgrad (Well to Wheel) von ca. 70% unschlagbar. Andere Antriebsalternativen wie Wasserstoff (Antrieb: Elektromotor + Brennstoffzelle) oder synthetische Kraftstoffe (Verbrennungsmotor) haben deutlich höhere Energieverluste und erfordern daher für die gleiche Wegstrecke deutlich mehr regenerative Energie, die dann an anderen Stelle im Energiesystem fehlt.
Ungeachtet heutiger Mobilitätsgewohnheiten hat man daher in der Massenmobilität aus energetischer Sicht keine Alternative zum Elektroauto mit Batteriesystem.
Alternative Antriebe
Was für die Individualmobilität aus Energieeffizienz-Sicht sinnvoll ist, gilt nicht für alle Mobilitätsbereiche. Dort, wo man aufgrund von Reichweiten oder Lasten zwingend große Energiemengen für den Antrieb benötigt, sind Batterien aus Kosten, Gewichts- und Ressourcengründen keine optimale Alternative. Dies trifft beispielweise bei Zügen, Schiffen oder Flugzeugen zu.
Im Schwerlastverkehr oder bei Reisebussen ist das Rennen um den Antrieb von morgen noch nicht gelaufen. Hier entsteht aktuell ein Wettbewerb zwischen Wasserstoff, Oberleitung, Batterie und synthetischen Kraftstoffen. Man kann vermuten, dass die Zukunft hier je nach Situation, Bedarf und Kosten eine Mischung aus mehreren Antriebsarten bieten wird. Die Langstreckenmobilität wird in dieser Hinsicht bunter werden.
Gut zu wissen
Wasserstoff kann auf zwei Arten als Antriebsenergie eingesetzt werden:
- Wasserstoff, der als Brennstoff verwendet wird. Der eigentliche Antrieb erfolgt dann über einen Verbrennungsmotor:
Das ist vermutlich die technisch einfachste, sicherlich aber auch die ineffizienteste Möglichkeit mit den größten Energieverlusten. - Wasserstoff, der im Fahrzeug durch Brennstoffzellen in Strom umgewandelt wird. Der eigentliche Antrieb erfolgt dann über einen Elektromotor:
Brennstoffzellensysteme sind relativ komplex und teuer. Die 700 bar H2-Hochdrucktanks sind in ihrer Herstellung ähnlich energieaufwendig wie Batteriesysteme. Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind aber deutlich effizienter als Wasserstoff-Verbrenner.
Wasserstoff im Lastwagentransport
Der Straßengüterverkehr verursacht rund 25% der Verkehrsemissionen in Deutschland und Europa. Grund genug für die EU-Kommission, um Flottenziele für die Nutzfahrzeughersteller zu setzen: Bis 2025 müssen die Lkw-Hersteller die CO2-Emissionen durchschnittlich um 15%, bis 2030 gar um 30% senken. Schaffen sie das nicht, drohen ihnen hohe Strafen.
Dementsprechend setzen immer mehr Konzerne auf Brennstoffzellen-Lkws für die Langstrecke. Je größer ein Fahrzeug ist und je weiter es fährt desto sinnvoller ist es, den Strom für einen Elektroantrieb durch eine Brennstoffzelle zu produzieren und nicht tonnenschwere Batterien mitzutransportieren. Laster mit Brennstoffzelle kommen auf eine deutlich höhere Reichweite als batteriegetriebene Fahrzeuge und lassen sich schneller auftanken. Einziger Nachteil ist der deutlich geringere Wirkungsgrad.
Synthetische Kraftstoffe für den Flugverkehr
Aktuell ist der Luftverkehr für ca. 2,8 Prozent aller CO2-Emissionen weltweit verantwortlich. Die Luftfahrt verfolgt das Ziel, langfristig komplett CO2-neutral zu fliegen.
Dieses Ziel wird nur erreichbar, wenn das fossile Kerosin durch regenerative Kraftstoffe ersetzt wird. Hierfür gibt es mehrere Ansätze. Der auch ökologisch beste Weg ist ein strombasierter Kraftstoff, der im sogenannten „Power-to-Liquid“-Verfahren gewonnen wird.
Der entstehende Kraftstoff ist austausch- und mischbar mit konventionellem Kerosin. Der Einsatz dieser Kraftstoffe bedarf keiner Änderungen am Flugzeug, an den Turbinen oder der Infrastruktur zur Betankung, was ein großer Vorteil ist. Nachteile bei diesem Verfahren sind die niedrige Energieeffizienz sowie die kostspielige Produktion des Kraftstoffs.
Smart Laden
Auch wenn es im Gesamtstromnetz genug Strom für Elektrofahrzeuge gibt, könnte es zu lokalen Engpässen kommen, wenn z. B. alle Elektroautos in einer Straße gleichzeitig laden. Mit intelligent gesteuerten Lademanagement-Systemen kann man den Netzaufbau-Bedarf weitgehend reduzieren. Das ist besonders dann relevant, wenn mehr Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Denn die Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie ist wetterabhängig und damit nicht stabil. Elektrofahrzeuge können in dieser Hinsicht als flexible Verbraucher und steuerbare Speicher zur Stabilisierung der Stromnetze beitragen.
Bidirektionales Laden
Schon heute wird vielfach diskutiert, die Batterien der E-Fahrzeuge als Energiequelle zu nutzen. Das heißt, nicht nur bei Stromüberschuss zu laden, sondern bei Strombedarf auch zu entladen.
Zur Netzstabilisierung kann es durchaus sinnvoll sein, E-Fahrzeuge als Energiequelle zu nutzen. Dazu müssten die Akkus über eine intelligente Schnittstelle mit dem Stromnetz verbunden werden. Derartige Konzepte werden bereits auf verschiedenen Ebenen diskutiert. Abgesehen von Pilotprojekten gibt es allerdings noch keine serienreife Marktanwendung.
Im Privatbereich erwartet man das bidirektionale Laden durchaus früher. Hier stehen oftmals Autarkie-Aspekte im Vordergrund, d. h. Erzeugung, Speicherung und bedarfsgerechte Nutzung des eigenen PV-Stroms, um den Strombezug aus dem Netz möglichst zu reduzieren. Hier könnte dann das E-Fahrzeug den noch teuren stationären Batteriespeicher ersetzen. Die für derartige Konzepte nötigen Komponenten kommen langsam auf den Markt, insbesondere Fahrzeuge, die bidirektionales Laden ermöglichen, geeignete Wallboxen sowie intelligente Hausenergie-Managementsysteme.
Gut zu wissen
Beispielsweise sieht der VW-Konzern einen besonderen Entwicklungsschwerpunkt in der sinnvollen Netzintegration von E-Pkw. Schon die nächsten E-Generationen sollen nach eigenen Presseangaben das Laden in beide Richtungen unterstützen.