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Vehicle-to-Grid – ein super Konzept?

Die Pumpspeicherkraftwerke (PSKW) sind bewährte Technik und haben einen vergleichsweise guten Wirkungsgrad. Es ist aber auch bekannt, dass deren Speicherkapazität für ein Stromversorgungssystem mit viel erneuerbaren Energien (EE), besonders mit den volatilen EE (VEE), also aus Wind und Sonne, bei weitem nicht reicht. Das ist schnell überschlagen: allein bei einem heutigen Verbrauch von 1.600 GWh pro Tag und einer Speicherkapazität der PSKW von 40 GWh dauert die Überbrückungszeit bei VEE-Mangel kaum mehr als 30 Minuten. Mangelsituationen können aber viele Tage dauern.

Daher benötigt man einen Langzeitspeicher der einen wetterlagebedingten und saisonalen Ausgleich schafft. Man muss Elektroenergie in einen Energieträger wandeln und diesen lange speichern können. Hierzu bietet sich Gas an (entweder Wasserstoff oder Methan). Mit der Rückverstromung kann dann die Versorgungslücke geschlossen werden. Das nennt man dann Power-to-Gas-to Power (P2G2P). Auf die großtechnische Verfügbarkeit, den Wirkungsgrad oder die Kosten wollen wir hier nicht eingehen, schließlich soll die Energiewende umgesetzt werden, koste es was es wolle. Fast verzweifelt werden die verrücktesten Ideen in den Raum gestellt, Speicher zu realisieren [2]. Zu den Speichervorschlägen gehört auch V2G (vehicle to grid). Soweit die Einleitung.

Daher stellt sich die Frage: Wie sinnvoll und nutzbringend ist die Integration von Batteriespeichern der E-PKWs in das Smart Grid? Auf der Basis eines vorhandenen Modells eines Stromversorgungssystems [3] werden zwei Szenarien modelliert, wobei eines ohne und eines mit V2G ausgestattet wurde [4].

V2G bedeutet in einer fiktiven Zukunft, dass sich viele E-PKW-Eigentümer bereiterklären einen Teil ihrer Autobatterie für die Stabilisierung der Stromversorgung abzutreten. Immer dann, wenn das Fahrzeug steht und eine Ladestation (mit steuerbarer Ein- und Rückspeisefunktion) verfügbar ist, soll es angeschlossen sein, also zu Hause, am Arbeitsplatz, am Supermarkt usw. Unterstellen wir dazu eine künftige Infrastruktur, die aus etwa so vielen Ladestationen besteht, wie es E-PKW gibt, denn nur so könnte bei fast jedem Parken ein Anschluss hergestellt werden. Diese Infrastruktur wird nicht billig. Die Anzahl der Ladestationen könnte deutlich geringer ausfallen, wenn es kein V2G gibt. Hier haben wir es daher mit Mehrkosten zu tun, die dem V2G-Konzept zuzurechnen sind, aber in meiner Modellierung fehlen.

Nehmen wir großzügig an,

  • • dass die V2G-PKW durchschnittlich zu 70% der Tageszeit am Netz (Smart Grid) angeschlossen sind, 
  • • dass es 30 Mill. E-PKW gibt, bei denen 50% der Eigentümer jeweils 10 kWh ihrer Batteriekapazität mit einem V2G-Vertrag zu netzdienlichen Zwecken abtreten. 

10 kWh ist durchaus denkbar, wenn man in fernerer Zukunft 80 kWh und mehr pro PKW unterstellt. Mit dieser Annahme kommt man dann auf 30∙106 ∙ 0,5 ∙ 0,7 ∙ 10 kWh ≈ 100 GWh.

Damit können diese E-PKW als ein Summenspeicher am Stromversorgungssystem mit 100 GWh Kapazität und ±100 GW Leistungsfluss angesehen und modelliert werden. Gemessen an den heute existierenden stationären Batteriespeichern ist das ein beträchtlicher Wert. Warum also nicht Batterien in PKWs in das Netz integrieren, die zukünftig vorhanden sind? 

Natürlich macht das kein PKW-Eigentümer umsonst, schließlich hat er ja viel Geld für seine Batterie bezahlt. Daher muss der V2G-Vertrag finanziell attraktiv sein. Alternativ könnte man aber auch einen Batteriespeicher von 100 GWh als Summe von vielen stationären Batteriespeichern realisieren. Auch könnten diese gezielt an geeigneten Stellen im Netz stehen. Diese Batterien sind pro kWh sicher günstiger zu bauen und zu betreiben als die in PKWs. Daher wurde hier ein Kostenaufschlag von 20% für einen gedachten V2G-Speicher angenommen.

Es wird ein Referenzsystem definiert, das 

  • • ca. 1.000 TWh/a nachfrageorientiert erzeugt und damit auch Wärmepumpen für Hausheizungen und 30 Mill. E-PKW versorgt. 
  • • Es werden keine Gas-Kraftwerke eingesetzt, da es eine Stromversorgung sein soll, die keine fossilen Energieträger verbrennt. 
  • • Zur Sicherstellung der Nachfrage werden die enthaltenen Speicher (PSKW, P2G2P ohne V2G) verwendet. 

Unter dieser Maßgabe wird über das Modell ermittelt, wie stark die VEE auszubauen ist und welche Kapazität der Langzeitspeicher (P2G2P) benötigt (Details in [4]).

Das gleiche Stromversorgungssystem wird dann mit V2G modelliert. Die Frage lautet nun, was sich an der Kapazität des P2G2P-Speichers und am nötigen VEE-Ausbau ändert. Wichtig ist auch die Frage nach den veränderten volkswirtschaftlichen Kosten. 

Die Ergebnisse sind naheliegend, aber auch aufschlussreich:

Da eine zusätzliche Speicherkapazität in das System eingefügt wird, kann rechnerisch die Kapazität des Langzeitspeicher etwas kleiner ausfallen. Der zusätzliche Batteriespeicher hat einen mehr als dreifach höheren Wirkungsgrad und verursacht damit weniger Energieverluste im Speicher. Diese Verluste müssen nicht durch VEE ausgeglichen werden, so dass sich auch der VEE-Ausbau reduziert. Wohl auf breiter Front ein Gewinn? Qualitativ ja, aber quantitativ marginal und über alles gesehen kein Gewinn, was wir noch sehen werden.

Die Kapazität des Langzeitspeichers wird rechnerisch lediglich um <0,3% kleiner. Da dieser Speicher sowieso großzügig bemessen werden muss, bedeutet das kein Gewinn. Der V2G-Speicher wird bei der Modellierung als erster Speicher zur Stabilisierung eingesetzt, bis er leer oder voll ist. Erst dann kommen andere Speicher (PSKW, P2L2P) zum Einsatz. Der Batteriespeicher liefert zeitlich selten Energie oder nimmt welche auf. Es sind nur ca. 19 % der 8.760 Jahresstunden. In der übrigen Zeit steht er entweder auf voll oder leer. Tatsächlich wird aber über das ganze Jahr Speicher für den Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch benötigt. In den 81% der Jahreszeit müssen das daher die anderen Speicher im System erbringen. 

Der erforderliche Ausbau der VEE fällt um 3,5 %. Aufgrund schwankender VEE-Ertragssituationen der Jahre, ist der VEE-Ausbau mit Sicherheiten zu versehen, also höher auszubauen, als es im Durchschnitt reichen würde. Dieser Zuschlag ist mit mehr als 50% zu veranschlagen [5]. Angesichts dessen sind die 3,5 % Ausbaueinsparung von keiner Bedeutung. Die Gesamtverluste, die sich aus den Verlusten in den Speichern und den Abregelungsverlusten zusammensetzen, reduzieren sich von 499 auf 451 TWh/a. Das sind immerhin 9 %. Diese Energie muss nicht unter Kostenaufwand mit VEE-Anlagen erzeugt werden. Also wenigstens hier ein spürbarer Vorteil?

Letztlich sind die Kosten das entscheidende Optimierungskriterium über alle Für und Wider. Dazu sehen wir uns den Vergleich durch die beiden Stromgestehungskosten an, die alle Kostenanteile enthalten:

Ohne V2G kommt die Modellierung zu 27,7 Ct/kWh und mit V2G auf 29,9 Ct/kWh. Der Unterschied von 2,2 Ct ist nicht gerade viel, aber bei 1.033 TWh/a sind das immerhin 22,7 Mrd.€/a. Hinzu kommen die Mehrkosten für die Ladeinfrastruktur mit grob geschätzten 4 Mrd.€/a [6]. Es entstehen also jährliche V2G-Mehrkosten von etwa 26 Mrd.€.

V2G ist unter Einbeziehung aller Kostenkomponenten zu teuer und technisch wird es komplizierter. Ich komme daher zum Fazit:

Es gibt weder volkswirtschaftliche noch technische Vorteile,
die für das Vehicle-to-Grid-Konzept sprechen.

Verweise:

[1] Sachbuch „Die Abrechnung mit der Energiewende“, Klaus Maier, Hardcover: ISBN 978-3-347-06790-5, Paperback: ISBN 978-3-347-06789-9

[2] Buch [1], Seite 306 ff

[3] Buch [1], Seite 396 ff

[4] Papier „Vor- und Nachteile des Vehicle-to-Grid-Konzepts – Wie sinnvoll ist die Integration von Batteriespeichern der E-PKWs in das Smart Grid“, Download: https://www.magentacloud.de/lnk/LtCIlfb8 

[5] Buch [1], Seite 336 ff

[6] Nimmt man eine öffentliche Ladestation inkl. Netzanschluss mit 4.000 € an und unterstellt, dass V2G ca. 10 Mio. mehr Ladestationen braucht, um die Wirksamkeit zu entfalten, entstehen etwa 40 Mrd.€ zusätzliche Investitionskosten. Bei 10% Betriebskosten wären das rund 4 Mrd.€/a.




Alle reden vom Winter – Auch die Batterien

[Damit Sie sehen, wohin die Links der genutzten Quellen Sie führt, habe ich diese in „Klartext“ eingefügt.]

Bei den Autos mit Verbrennungsmotor wird die reichliche Abwärme zum Wärmen des Innenraums genutzt. Für deren Starterbatterien gelten natürlich auch unten folgende physikalische Einschränkungen. Da  Starterbatterien meist im Motorraum eingebaut sind, werden sie natürlich während der Fahrt ebenfalls gewärmt.

Alle Batterietypen haben eine „Wohlfühlbereich“,  in dem sie am besten arbeiten. (Diese Tabelle kommt nicht von einer Seite für Antriebsbatterien für Fahrzeuge, nach u.g.  Fahrzeugtests, ist das vergleichbar)

GRAPHIC COURTESY OF SMARTBATTERY iu-768×400

Quelle: https://offgridham.com/2019/12/cold-weather-batteries/

Der oben angezeigte Kapazitätsverlust,  zeigt sich auch beim Reichweitentest des ADAC

ADAC infographic

Quelle: https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/info/elektroauto-reichweite-winter/

 

Der norwegische Automobilverband  (NAF) fuhr mit 20 Elektrofahrzeugen von Oslo bis Hafjell. Stadtverkehr, Autobahn und einen Gebirgspass. Geschwindigkeiten von 60 km/h bis 110 km/h

Es wird festgestellt, dass die von den Herstellern genannten Reichweiten (nach dem Praxis näherem WLTP Standard) bei keinem erreicht werden. Ebenso wurden die Ladezeiten gemessen  (nach mind. zwei Stunden Autobahn, damit die Batterien warm sind), um von 10% auf 80% Kapazität zu kommen. Der Test kommt zu dem Schluss, dass der Akku auch dann langsamer als angegeben geladen wird, wenn Sie alles richtig machen und es schwierig sein kann, den Akku vor dem Laden im Winter warm zu halten. Die Ladestationen konnten von den meisten Fahrzeuge mit bis zu 50kW belastet werden, Tesla konnte bis zu 200 kW nutzen.

Vergleichstabelle der in USA angebotenen E-Autos finden Sie hier: [wg. copyright nicht eingeklinkt)

https://insideevs.com/news/409231/ev-range-price-compared-us-april-2020/

Einzelbeschreibungen und Tests hier

https://insideevs.com/tag/wltp/

Darüber hinaus, sind zu tiefe (und natürlich auch zu hohe) Temperaturen dem Aufladen ebenfalls nicht förderlich. Moderne Batterieautos haben daher ein elektronisches Batteriemanagement, was  während des Ladevorgangs auch die Temperatur der Batterie überwacht und ggf.  anheizt. Bei LIO Batterien, werden die Zellen im Betrieb einzeln überwacht um schwächere Zellen evtl. nachzuladen und nicht zu überladen, bzw. überlasten.

https://www.naf.no/elbil/aktuelt/elbiltest/ev-winter-range-test-2020/

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Nachfolgend ein Blog, in dem erklärt wird, warum man Lio Batterien nicht unter 0°C aufladen sollte (Temperatur der Batteriezelle(n))

https://electronics.stackexchange.com/questions/263036/why-charging-li-ion-batteries-in-cold-temperatures-would-harm-them

Temperaturen haben auch einen Effekt auf die Batterielebensdauer

mpoweruk_lithium failures_age_temperature

https://www.mpoweruk.com/lithium_failures.htm

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Sowieso wird den E-Autos Besitzern, das Aufwärmen des Innenraums an der Steckdose geraten. Anstatt die Reichweite durch Heizung des Innenraums zu verkürzen, werden warme Kleidung, evtl. elektrisch heizbare für  Motorradfahrer und  elektrisch heizbares Lenkrad empfohlen.  Schwierig wird es natürlich bei vereisten Scheiben. Dann auftauen lassen und schnell eine Steckdose suchen.

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Eine Studie untersucht den

Temperatureffekt und thermische Auswirkungen in Lithium-Ionen-Batterien: Ein Überblick

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1002007118307536

Abstrakt

Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte (bis zu 705 Wh / L) und Leistungsdichte (bis zu 10.000 W / L) weisen eine hohe Kapazität und eine hervorragende Arbeitsleistung auf. Lithium-Ionen-Batterien dienen als wiederaufladbare Batterien als Stromquellen in verschiedenen Anwendungssystemen. Die Temperatur als kritischer Faktor beeinflusst die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien erheblich und schränkt auch die Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien ein. Darüber hinaus führen unterschiedliche Temperaturbedingungen zu unterschiedlichen nachteiligen Auswirkungen. Genaue Messung der Temperatur in Lithium-Ionen-Batterien und Verständnis der Temperatureffektesind wichtig für das richtige Batteriemanagement. In diesem Aufsatz diskutieren wir die Auswirkungen der Temperatur auf Lithium-Ionen-Batterien sowohl im niedrigen als auch im hohen Temperaturbereich. Die aktuellen Ansätze zur Überwachung der Innentemperatur von Lithium-Ionen-Batterien sowohl über kontaktbehaftete als auch über kontaktlose Prozesse werden ebenfalls in der Übersicht erörtert.

Weitere Tipps einer Fachzeitschrift

https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/alternative-antriebe/elektroauto-heizung-im-winter-tipps-reichweite/

Auf deren Webseite fand ich einen Bericht über eine neue Wunderbatterie aus China.

https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/alternative-antriebe/nio-elektroauto-batterie-150-kwh/

Mit dieser großen Speicherkapazität  würde ein durchschnittlichen E-Autos auf locker 900 km kommen

Übertroffen wird das dann von der 1 Million Meilen Batterie:

https://www.aktionaer-report.de/1-million-meilen-batterie

Der chinesische Batteriehersteller CATL hat eine Batterie am Start, die eine Lebensdauer von zwei Millionen bzw. von bis zu 16 Jahren hat. Bislang lag die Grenze bei acht Jahren und rund 300.000 Kilometern.

Was davon zu halten ist, kann ich nicht beurteilen.

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Bei so viel Batterien, kann natürlich auch mal über die Kosten einer Aufladung gesprochen werden. Ein Hauptargument der Käufer von Batterieautos ist sicherlich die Möglichkeit, an der heimatlichen Steckdose preiswert aufladen zu können. Wer wie die Teslabesitzer an Supercharge-Säulen tanken kann – um schnell geladen zu sein, sollte die Kosten für den Strom auch mal nachrechnen.

Bekannt ist mir, das Tesla seinen Käufern kostenlose Ladungen an einigen, eigenen Stationen anbietet. Ob sich das ändert, weiß ich nicht.

Eine australische Autoseite berichtet über eine kürzlich erfolgte Preiserhöhung für die Verwendung der leistungsstarken Tesla  Superchargers und falscher Angabe des Energiebedarf auf der Tesla-Website. In Australien würde daher das Aufladen an einem kostenpflichtigen Supercharger nun teurer als Benzin für ein Vergleichsfahrzeug sein.

Laut Tesla betragen die Kosten für das Aufladen eines Tesla Model 3 7 USD pro 100 km, verglichen mit 12 USD für ein konkurrierendes Benzinauto. Diese Schätzungen enthalten mindestens drei falsche Zahlen: Wie viel Strom ein Tesla Model 3 verbraucht, wie hoch die Stromkosten für einen Tesla- Supercharger sind und wie hoch der Benzinpreis ist.

Die jüngste Erhöhung der kWh auf 52 Cent pro Kilowattstunde liegt deutlich über den 42 c / kWh auf der Tesla-Website. Das bedeutet, dass das Aufladen selbst des effizientesten Tesla Model 3 Standard Range Plus, der nach Angaben der Regierung 18,8 kWh / 100 km verbraucht, mit einem Supercharger 9,78 USD pro 100 km kosten würde.

Ein konkurrierender BMW 330i kostet 8,00 USD pro 100 km, vorausgesetzt, die durchschnittlichen bleifreien Benzinkosten betragen 1,38 USD.  Das stammt von der Fuel Check-Website der NSW-Regierung. Würde der von BMW behauptete Durchschnitt von 5,8 Litern pro 100 km stimmen – weit unter dem auf der Tesla-Website verwendeten Wert von 7,0 l / 100 km – wäre der BMW 18 Prozent billiger als ein Tesla in den Kraftstoffkosten.

Wählen Sie den Lexus IS300h mit Hybridantrieb, und die Kraftstoffkosten pro 100 km sinken auf 6,76 US-Dollar – etwa 31 Prozent weniger als die Kosten eines Tesla, der mit einem Kompressor aufgeladen wird.

https://www.whichcar.com.au/car-news/teslas-now-more-expensive-to-charge-than-petrol-cars

An den Ladesäulen in meiner Stadt habe ich Preise von meist 50ct/kWh, tws. bis 60 ct/kWh gesehen (leistungsstärkere Stationen)

Bei obigen 18,8 kWh / 100 km wären das 9,40 Euro. Mein Nachbar, mit einem 2er Diesel fährt mit „um 6 l auf 100km,“ das wären dann aufgerundet z.Zt.  nicht mehr als 7 Euro.

Fazit: In USA ist der Strom billiger als ausgerechnet in Südaustralien oder Deutschland. In USA, in einer günstigen Gegend,  sieht sicherlich ganz anders aus.

Daher zu Hause Strom aufladen, und in der Garage vorwärmen.

Demmig: Photovoltaik Fläche im Schnee

PS: Bei Schnee kein Ökostrom

Gefunden und zusammengestellt von Andreas Demmig




Es gibt sie wirklich: Die Mega-EEG-Batteriesimulation

Nachfolgend wird eine solche Graphik für den Zeitraum 10. bis 20. März 2020 dargestellt:

Abbildung: Screenshot (20.03.2020) von https://www.smard.de/home

Wenn man in der obigen Abbildung die rote Verbrauchslinie mit der Summe der Stromerzeugung vergleicht, dann ist die Übereinstimmung zwischen beiden sehr gering. Das wiederum drückt sich in einem erratischen Verlauf beim Strom-Import- und -Export für Deutschland aus, der auf SMARD ebenfalls abgerufen werden kann:

Abbildung: Screenshot (20.03.2020) von https://www.smard.de/home („0“-Linie rot herausgehoben)

Im Zeitraum vom 10. bis 20. März 2020 ergeben sich danach die nachfolgend dargestellten Extreme im kommerziellen Strom-Außenhandel. Das Maximum im deutschen Erzeugungsüberschuss fällt auf den 15. März 2020 mit einem Stromexport von knapp 15 Gigawattstunden (GWh) um 8.00 Uhr:

Abbildung: Screenshot (20.03.2020) von https://www.smard.de/home

Und am 14. März 2020 mussten um 4.00 Uhr morgens knapp 9 GWh Strom importiert werden:

Abbildung: Screenshot (20.03.2020) von https://www.smard.de/home

Es darf nicht zu viel und nicht zu wenig Erzeugungsleistung im Netz vorhanden sein, um die Netzfrequenz bei 50 Hertz stabil halten zu können. Stromerzeugung und -verbrauch müssen sich also jederzeit die Waage halten, um einen Blackout zu vermeiden. Das Problem bei Just-in-Time Produkten wie elektrischem Strom ist nun, dass sowohl die Käufer als auch die Verkäufer diesen zwingenden zeitlichen Zusammenhang kennen, wenn man kaufen oder verkaufen muss. Man zahlt deshalb bei jedem unnötigen Handel drauf, egal, ob man gezwungen ist, dringend erforderlichen zusätzlichen Strom zu kaufen oder zufällig erzeugten „unverbrauchbaren“ Strom zu verkaufen.

Unsere Nachbarländer simulieren also eine riesige kostenpflichtige Mega-EEG-Batterie, an die wir unseren Strom billig verkaufen oder für dessen Abnahme sogar noch zuzahlen, und von der wir dann umgekehrt Strom teuer zukaufen können, wenn Wind und Sonne plötzlich schlappmachen.

Das ist kein wirklich nachhaltiges und zukunftweisendes Geschäftsmodell für die sichere und kostengünstige Stromversorgung einer Industrienation…




Schwerlastfahrzeuge werden unbedingt gebraucht – Gedanken zu den Möglichkeiten eines Batteriebetriebs

Einführung in batterieelektrische Flurförderzeuge

Alice J. Friedemann,

Schwerlast-Dieselmotoren (in der Landwirtschaft, Bergbau, Holzeinschlag, Bauwesen, Müll, Zement, Schwerstlast Transporter) sind die Haupt-Antriebsmotoren der Zivilisation. Ohne sie könnten keine Waren geliefert werden, keine Lebensmittel gepflanzt oder geerntet, kein Müll aufgesammelt, keine Mineralien abgebaut, kein Beton hergestellt, Öl und Gas gebohrt und auch Straßen gebaut, um sie alle am Laufen zu halten. Wenn Lastwagen nicht mehr fahren würden, würden Tankstellen, Lebensmittelgeschäfte, Fabriken, Apotheken und Fabriken innerhalb einer Woche schließen.

[…] Anfang 2016 hielt man den „peak“ von Öl , Kohle und Erdgas als erreicht, bzw. man meinte, es wäre kurz davor. Die Fracking-Revolution in Amerika, war noch nicht in aktuell und Wasserstoff ist eine Energiesenke, da es keinen freien Wasserstoff auf der Erde gibt.  – Daher habe ich diesen Abschnitt weggelassen]

Lkws, die eine Rolle spielen – die 30 Tonnen Güter und mehr befördern können, Zement oder Erz liefern – sind gut 40-mal schwerer als ein durchschnittlicher PKW. Ein Hochskalieren von Batterien für schwere Nutzfahrzeuge (NRC 2014 – Nationaler Forschungsrat Kanada) ist daher nach dem Stand der Batterietechnologie nicht mehr möglich. Zum Beispiel würde ein beladener 30-Tonner LKW, der in der Lage ist 1000 km zu fahren, eine Batterie von rund 25 Tonnen benötigen und könnte daher nur etwa 2 Tonnen Fracht befördern (den Boer et al. 2013). Und weil eine Hochleistungs-Lkw-Batterie so schwer und groß ist, dauert der Ladevorgang lange – typischerweise 12 Stunden oder länger.

[Nach den Informationen für Deutschland, hier folgend, ist im vorstehendem Beispiel das Leergewicht des LKWs zu niedrig angesetzt, 30 Tonner, oder auch 40 Tonner bezeichnet das zulässige Gesamtgewicht des LKWs und wird z.B. auch von der Anzahl der Achsen bestimmt. Kompakt erklärt https://www.bussgeldkatalog.org/zuladung-lkw/ … die individuelle Zuladung für den LKW. Bei 40 t sind das oft um die 27 t bei einem Leergewicht von 13 t, beim 12-Tonner etwa 7 t bei einem Leergewicht von 5 t.]

Oder wie Ryan Carlyle, Ingenieur der Ölgesellschaft, es ausdrückt: „Was schwere Lkws betrifft, gibt es keinen Ersatz für Kohlenwasserstoffkraftstoffe. Die Physik der Leistung/Gewichts-Verhältnisse und das Vorhandensein gesetzlicher Grenzwerte für das zulässige Gesamtgewicht bedeuten, dass Sie einfach kein „elektrischen LKW“ bauen können und erwarten, dass dieser etwas befördert, das dem entspricht, was Diesel-LKWs heute leisten. Dies ist kein Bereich, in dem Tesla einen 30% besseren Akku bauen kann, und damit wäre das plötzlich möglich. Die erforderliche Energiedichte ist ungefähr 50-mal kleiner als sie sein müsste. Ein Batteriebetriebener LKW würde mehr als die Hälfte seiner Nutzlast für die eigenen Batterien nutzen, was als Güterbeförderungssystem praktisch nicht funktioniert.  Die Möglichkeiten von Batterien sind chemisch begrenzt. Die erste wieder aufladbare Batterie [Akkumulator] wurde vor mehr als 200 Jahren erfunden und seitdem ständig weiterentwickelt. Fortschritte sind nur noch in winzigen Schritten absehbar, aber mit der bekannten Elektrochemie können Zellen physikalisch nicht genug Energie speichern, um sich den heutigen großen Dieselmotoren zu nähern (Carlyle 2014).

Auch die Entwicklung von Autobatterien stößt bereits an die  Grenzen der Gesetze der Physik und Thermodynamik , doch LKW-Batterien müssen noch leistungsfähiger, langlebiger und langlebiger sein.

Außerhalb des städtischen Busverkehrs, gibt es derzeit keine kommerziell erhältlichen Hochleistungsbatterie-Elektrofahrzeuge Es ist nicht zu erwarten, dass Elektrobusse in den nächsten Jahrzehnten in den Fernverkehr vordringen können, wo der stationäre Betrieb mit hoher Geschwindigkeit den Arbeitszyklus des Fahrzeugs dominiert, ohne dass wesentliche Fortschritte bei der Batterieenergiedichte und Ladetechnologien erzielt werden. (ARB 2015).

[Probleme der Elektrobusse in Berlin sind u.a. die viel zu geringe Reichweite und die Ladezeiten: https://www.spiegel.de/auto/aktuell/berlin-neue-e-busse-der-bvg-koennen-nur-halbtags-eingesetzt-werden-a-1271623.html und https://www.bz-berlin.de/berlin/kolumne/wer-bezahlt-die-elektrobusse-die-die-bvg-bestellt-hat]

Es gibt elektrische Lastwagen, meistens mittelschwere Hybridfahrzeuge, die viel anhalten müssen und trotz (etwas) Rückspeisung den Hilfsmotor starten, um die Batterie aufzuladen. Dies beschränkt ihre Anwendung auf Liefer- und Müllwagen und Busse. Diese Lkw werden auf Landes- und Bundesebene stark subventioniert, da sie im Durchschnitt das Dreifache eines Diesel-Lkw-Äquivalents kosten (Tabelle 1). [Testphase von Hybridbussen im Stadtverkehr Nbg. ergab, Lebensdauer der Batterien 4 Jahre, aufgrund der häufigen Lade-/ Entlade-Zyklen].

Immer wenn ich im Internet nach Elektrofahrzeugen suche, taucht etwas Neues auf. „Elektrotraktor“ wurde kürzlich im Dezember 2016 vorgestellt. Der John Deere-Akku-Traktor der Serie 7030. Wenn Sie jedoch auf die John Deere-Website gehen, ist von diesem Traktor absolut nichts zu finden.

John Deere arbeitet nicht an elektrischen Traktoren, da Traktoren eine mobile oder stationäre mechanische Leistung für Zusatzgeräte bieten müssen. Das Stromnetz ist an abgelegenen Orten einfach nicht verfügbar. Nur Verbrennungsmotoren [mit großem Tank] können einen effizienten mobilen und stationären Hochleistungsantrieb bereitstellen (DTF 2003).

Der Hafenbetreiber von Los Angeles dachte darüber nach, vollelektrische Schwerlast-Muldenkipper einzusetzen, um die Luftqualität zu verbessern. „Drayage Trucks“ fahren täglich mindestens 360 km zwischen dem Hafen und den Binnenlagern hin und her. Es blieb beim Gedankenexperiment, weil elektrische Muldenkipper zu viel kosten, 307.890 US-Dollar. Allein die 350-kWh-Batterie kostet 110.880 US-Dollar. Das ist dreimal so viel wie ein Diesel-Lkw  für 104.360 US-Dollar und 100-mal mehr als ein gebrauchter Drayage-Truck für 3.000 US-Dollar. Und die Kosten waren nicht das einzige Problem (Calstart 2013a):

[Das Wort “ Drayage“ stammt ursprünglich von “ Dray“ ab , einem niedrigen Wagen ohne feste Seiten, der zum Transport schwerer Lasten über eine kurze Distanz verwendet wird, typischerweise in allen Güterumschlagzentren, Schiffs-, Flughafen],

  • Die Reichweite ist aufgrund des Batteriegewichts und der Größe zu gering. Drayage-Trucks müssen mindestens 200 Meilen (320km) pro Tag zurücklegen, aber im besten Fall kann ein Elektro-Truck 100 Meilen zurücklegen, bevor er aufgeladen werden muss, was zu lange dauern würde und eine teure Infrastruktur erfordert, um jeden Truck mehrmals pro Tag aufzuladen.
  • Die Batterien / Akkupacks kosten zu viel.
  • Das Überwinden der langen Ladezeit durch Schnellladen verkürzt die Batterielebensdauer, was zu inakzeptablen Kosten für einen neuen Batteriesatz führten würde, bevor die Lebensdauer des Lastwagens endet
  • Obwohl Elektrizität fast überall verfügbar ist, sind die Mengen, die für eine Flotte von Batterie-Elektrofahrzeugen benötigt werden, sehr hoch und erfordern möglicherweise eine erhebliche Infrastruktur. Es wären mehrere teure Hochleistungs- und / oder Schnellladestationen erforderlich
  • Fahrbahnstrominfrastruktur ist kompliziert und teuer und möglicherweise nur in bestimmten Bereichen oder Anwendungen geeignet. Die Auswirkungen auf das Stromnetz und die Frage, ob genügend Strom geliefert werden kann, sind für die rund 10.000 Muldenkipper in der Region Los Angelas Interstate – 710 nicht bekannt [
  • Lebenszyklus- und Wartungskosten für große Akkus in mobilen Anwendungen sind nicht bekannt
  • Tauschstationen sind unpraktisch und erfordern eine „industrielle Standardisierung und“ Robustheit „von Batteriepacks sowie standardisierte Software- und Kommunikationsprotokolle für die Batterie- und Systemintegration sowie viele Standorte und Lager- und Betriebsraum für mehrere große LKWs und Hunderte von großen Akkus.

Tabelle 1. Elektrofahrzeuge verbrauchen im Durchschnitt dreimal mehr Kraftstoff als ihre Diesel-Äquivalente (ICEV). Quelle: 2016 New York State Electric Vehicle – Zulassungsliste (NYSEV-VIF) des Staates New York für bezuschusste vollelektrische Fahrzeuge https://truck-vip.ny.gov/NYSEV-VIF-vehicle-list.php.

Andere Kosten

  • Die Batteriekosten sind ein Hauptbestandteil der Gesamtkosten und liegen (in 2016) zwischen 500 und 700 USD pro Kilowattstunde (kWh). Dies ist wesentlich mehr als die Kosten für einen herkömmlichen Dieselmotor. In ihrer Kommerzialisierungsstudie I-710 aus dem Jahr 2013 bezifferte CALSTART die Kosten für ein 350 kWh-Batteriesystem auf über 200.000 USD im Jahr 2012.
  • Ein 240-kW-Schnellladegerät von BEV kann bis zu 1.500.000 USD kosten (mit 300.000 USD zusätzlichen Installationskosten). Pro Ladegerät können 5 Schwerlast-Lkw (ICF 2016) geladen werden: 350.000 US-Dollar für 450 kW (EVSE) + 150.000 bis 200.000 US-Dollar für die Installation pro EVSE (Calstart 2015) oder 350.000 US-Dollar für ein spezialisiertes Proterra-Schnellladegerät für bis zu acht Proterra-Transitbusse (ARB 2015).
  • Zusätzliche Kosten für die Aufrüstung des Verteilungssystems, wenn die Nennkapazität der installierten elektrischen Ausrüstung überschritten wird. Eine Flotte mit 20 E-Trucks in Südkalifornien musste mit einen Transformator auf der Kundenseite des Zählers aufgerüstet werden. Der Transformator kostete 470.000 US-Dollar. 100 mittelschwere E-Trucks, die gleichzeitig aufgeladen werden, fordern 1,5 MW Leistung vom Netz, 50 E-Busse benötigen sogar 3,0 MW Leistung. Dies liegt in der gleichen Größenordnung wie der Spitzenstrombedarf des Transamerica Pyramid-Gebäudes, des höchsten Wolkenkratzers in San Francisco, Kalifornien (Calstart 2015).
  • Im Gegensatz zu Elektroautos, die vorzugsweise nachts aufgeladen werden können, wenn die Preise am niedrigsten sind (23.00 bis 08.00 Uhr für 0,05 USD / kWh), müssen E-Trucks und Busse tagsüber zu den höchsten Stoßzeiten (12.00 bis 18.00 USD 0,20 USD/ kWh) aufgeladen werden, bei Durchschnittspreisen von 010 USD/kWh in den übrigen Zeiten von 8 bis 12 Uhr und 18 bis 23 Uhr. Damit wird der Strom zu einer nennenswerten Kostenposition [vor allem in USA] (Calstart 2015).
  • Es ist unwahrscheinlich, dass kommerzielle Flotten mit Elektrotrucks Geld verdienen, da sie strenge Betriebspläne haben, während sich das Netz ständig und unvorhersehbar ändert. Wenn das Stromnetz E-Truck-Batterien nicht schnell genug laden kann, kann dies die Reichweite verringern oder die Verfügbarkeit verzögern (Calstart 2015).

Elektrofahrzeuge sind auch deshalb noch nicht kommerziell einsetzbar, da sie zu viele Leistungsprobleme haben, wie z. B. reduzierte Leistung bei kaltem Wetter, hoher Bedarf bei Beschleunigter Fahrweise (Zeit ist Geld) und Bergauffahren, zu kurze Reichweite und Batterielebensdauer. Das Aufladen dauert zu lange und die nutzbare Reichweite pro Tag sinkt mit älter werdender Batterie, das erschwert die Planung und macht sie ineffizient.

Es ist auch viel schwieriger, Batterien für Lkws zu entwickeln als für Pkws, da LkWs eine angestrebte Lebensdauer von 15 Jahren haben (gegenüber 10 Jahren für Pkws), bei einer Million Meilen Laufleistung. LKWs müssen auch extremeren Bedingungen wie Temperaturen, Vibrationen und korrosiven Stoffen standhalten als Autos (NRC 2015), und es ist schwierig, Akkus so langlebig zu bauen, für härtere Einsatzbedingungen, längerer Laufleistung und lange Lebensdauer geeignet sind.

Calstart befragte viele Unternehmen ob sie Hybrid – oder Elektro – Lkw kaufen würden. Er stellte fest, dass die größten Bedenken die Anschaffungskosten, das mangelnde Vertrauen in die Technologie, die mangelnde Unterstützung von Industrie und Lkw – Herstellern, die fehlende Infrastruktur und das hohe Gewicht (Calstart) betraf 2012).

Elon Musk hat kürzlich getwittert, dass Tesla einen Sattelschlepper bauen wird, ohne Details zu nennen.  Er verspricht, in einem halben Jahr erneut weitere Informationen zu twittern. Warum sollte ich einem Elon Musk-Tweet z.B. mehr als einem Trump-Tweet trauen? Zumal fast alle Elektro-Lkw-Unternehmen, die ich für „When Trucks Stop Running“ studiert habe, trotz enormer Subventionen von Bund und Ländern aus dem Geschäft sind. Angesichts der Tatsache, dass Tesla fast 5 Milliarden US-Dollar Schulden hat ist er eindeutig auf der Suche nach Subventionen, für Drayage Trucks in den Häfen von Los Angeles und San Pedro und nach mehr Geld von Investoren.

[Aktuelle Informationen habe ich bei AMS gefunden: https://www.auto-motor-und-sport.de/elektroauto/tesla-semi-truck-daten-fotos-marktstart-des-elekto-lkw/

40 Tonnen Zug, bis zu 960 km Reichweite,  AMS errechnet rund 1000 kW Batteriekapazität mit 7,5 Tonnen. Um wie versprochen 80 Prozent dieser 1.000 kWh-Batterie zu laden, bedarf es 800 kWh. Diese in 30 Minuten abzurufen, wären ohne Ladeverluste 1.600 kW.]

Keiner der von mir untersuchten oder auf dem Markt befindlichen Elektro-Lkws war Langstrecken- oder Offroad-Traktoren, Erntemaschinen, Bau- und Holzfahrzeuge oder andere schwere Lkws der Klasse 8 (außer Müllwagen). Es waren alle viel kleinere Lieferwagen oder Busse der Klasse 4-6, weil sie oft genug anhalten und starten, um Hybridbatterien zu verwenden, eine weitaus kommerziell wahrscheinlichere Möglichkeit als Langstrecken-LKWs, die vor dem Anhalten Hunderte von Kilometern weit fahren und 36 Tonnen geladen haben (und noch mehr Gewicht im Gelände). Dieser Artikel von wired.com weist auch auf andere Probleme mit Elektro-LKWs hin.

Aber der Teufel steckt im Detail, lesen Sie weiter unten in meiner Zusammenfassung und in Auszügen eines Studie über elektrische Lastwagen. Oberleitungsfahrzeuge werden in einem anderen Beitrag behandelt. Sowohl Elektro- als auch Oberleitungs-Lkw werden ausführlicher in When Trucks Stop Running: Energy and the Future of Transportation”, 2015, Springer („Wenn Lkws stehen bleiben: Energie und die Zukunft des Verkehrs“)

Erschienen am 01.06.2016 auf  http://energyskeptic.com/2016/diesel-finite-where-are-electric-trucks/

Übersetzt durch Andreas Demmig

Frau AJ Friedemann ist der Schöpfer von http://energyskeptic.com/. Frau Friedemann ist vielleicht am bekanntesten für „Peak Soil“, das David Pimentel in Cornell, Tad Patzek in UC Berkeley und Walter Youngquist (Autor von „Geodestinies“) herausgaben.

 


Herr Axel Robert Göhring hatte das Thema vor kurzen pointiert beschrieben.

https://eike.institute/2019/05/20/elektro-lkw-mit-oberleitung-schoene-stilblueten-der-energiewende/




Aber wir haben doch die Wunderwaffe!

Ein jahrelanges mediales Trommelfeuer aus allen Rohren sorgt dafür (hierhierhier), dass ja keine Zweifel daran aufkommen, dass das Klima-Armageddon des globalen Versengens über uns kommt, wenn wir nicht von sofort auf gleich unseren Lebensstil aufgeben und in Sack und Asche auf die Bäume zurückklettern. Es dürfen auf keinen Fall Wende-Zweifel an der kommenden Verkehrs- und der Agrarwende und der verpfuschten Energiewende aufkommen. Dafür werden im Wochentakt neue Wunderwaffen vorgestellt – keine ist absurd genug – um den zahlenden Bürger davon zu überzeugen: „Na bitte, es geht doch“.

Der Verkehrswendemotor will trotzdem nicht anspringen. Da wird prompt herausposaunt. Innolith-Chef Alan Greenshields sagt im Gespräch mit DIE WELT

Forscher haben einen Batterietyp entwickelt, der E-Autos mit 1000 Kilometer Reichweite zulässt. Löst „Innolith“ sein Versprechen ein, könnte das den Durchbruch für die E-Mobilität bedeuten… Die Vorteile klingen fast zu gut, um wahr zu sein: keine exotischen Materialien, keine Brandgefahr und gut zehnmal mehr Ladezyklen als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Die Innolith-Batterie, wirbt das Unternehmen, sei nicht nur sicherer und weise deutlich geringere Kosten pro Ladezyklus auf: Sie macht das E-Auto mit 1000 Kilometer Reichweite möglich. Die Rede ist von 55.000 Ladezyklen mit halbstündigem Wechsel und einer Ladetiefe zwischen 0 und 100 Prozent. „Und das ist kein theoretischer Wert“. Und Greenshields behauptet:„Das haben wir gemessen.“ Hat mal einer die erforderliche Stromstärke für 1000 km in einer halben Stunde Ladezeit ermittelt? Das erinnert peinlich an den Spruch: „Das Netz ist der Speicher, das ist alles ausgerechnet“.

Innolith ist eine deutsche Firma mit Sitz in Basel, die unter anderem Namen schon einmal revolutionäre Batterien gebaut hat – genau ein Stück. Da diese nicht einmal richtig funktionierte, folgte die Pleite auf dem Fuße. Und nun rettet ein russischer Oligarch mit einem englischen Pleitier als Direktor die revolutionäre Technologie. Dann hat der Diesel aber ausgerußt.

Eine Fehlzündung nach der anderen

Auch der Energiewendemotor stottert schon lange und hat eine Fehlzündung nach der anderen. Da muss doch Umweltbewegung schnell mal tröten. So sagt Etogas-Geschäftsführer Dr. Karl Maria Grünauer: „Diese Anlage löst die Probleme der Energiewende. Seit drei Jahren elektrisiert das Konzept Power-to-Gas die Energie- und Mobilitätsbranche. Nach erfolgreichen Tests der neuen Ökostromspeichertechnologie hat der Etogas-Kunde Audijetzt die erste Anlage im industriellen Maßstab eingeweiht. Die Anlage für den Ingolstädter Autobauer verfügt über eine 25-mal so große Eingangsleistung wie die bislang weltweit größte Power-to-Gas-Anlage. Mit der Einweihung der 6-Megawattanlage beginnen wir mit der kommerziellen Anwendung dieser neuen Stromspeichertechnologie“.

Und weiter: „Mit dem in der Anlage erzeugten Treibstoff können Autofahrer mit einer CO2-Bilanz von 20 Gramm pro Kilometer nahezu kohlendioxid-neutral fahren. Die Gasmenge aus Werlte versorgt 1.500 A3 g-tron mit einer jährlichen Fahrleistung von jeweils 15.000 km – insgesamt sind das 22,5 Millionen Kilometer“.

Nun wollen wir mal ein bisschen kopfrechnen: Die Gesamtfahrleistung aller Pkw in Deutschland liegt bei 630,5 Milliarden Kilometern – LKW nicht mitgerechnet. Dann gelingt die Energie- und Verkehrswende durch Sektor-Kopplung doch ganz leicht. Wir müssen lediglich noch 28.000 solcher Anlagen bauen. Und für die 70 Milliarden Kilometerleistung der LKW womöglich nochmal weitere 60.000, das habe ich aber schon nur noch grob geschätzt.

Ist das wirtschaftlich machbar? Der Wirkungsgrad von Power to Gas liegt, optimistisch gesehen, so in der Nähe von 50 Prozent. Dazu singt die Ökobranche ihr Mantra: „Ohne staatliche Förderung wird die Technologie niemals zur Marktreife gelangen. Notwendig ist aus unserer Sicht ein Entgegenkommen beim Strompreis.“ Ach, ist der Strompreis der Ökobranche zu hoch? Aber auf den schlechten Wirkungsgrad von PtG sattelt nochmal der Wirkungsgrad des Fahrzeugmotors auf. Da bleibt am Ende von dem Strom geschätzt weniger als ein Drittel zur Nutzung übrig. Energetisch ist das ein unakzeptabel schlechtes Geschäft, von der Wirtschaftlichkeit nicht zu reden – hier wird ein grüner Traum wahr: Den Literpreis des Kraftstoffes wollten sie auf fünf Euro pro Liter steigern.

Durchhalteparolen für erlahmende Volksbegeisterung

Und was sagt die Politik zu Power to Gas?

Der Bundesrat ist der Auffassung, dass schon heute mit der Errichtung von großtechnischen Elektrolyseanlagen mit mehr als 50 Megawatt (MW) Leistung begonnen werden muss, damit bis 2030 die Skalierung, die Weiterentwicklung der Produktionstechnik für die Anlagen und deren Netzintegration gelingt.

Der Bundesrat stellt fest, dass derzeit die für das Gelingen der Energiewende unerlässliche Wasserstoffelektrolyse noch nicht wirtschaftlich ist. Er fordert die Bundesregierung auf, ein Markthochlaufprogramm aufzulegen, mit dem die Erstellung großtechnischer Anlagen zur elektrolytischen Wasserstofferzeugung ermöglicht wird.“ 

Markthochlaufprogramm? Kurz gesagt: Erst mal machen – es ist ja nicht unser Geld.

Das Wirtschaftsministerium ist da ein bisschen vorsichtiger, wohl weil sie die Steuerzahlerkohle für anderen Unfug brauchen:

Die Speicherung von umgewandeltem regenerativem Strom im Erdgasnetz stellt eine viel versprechende Option dar…. Allerdings führt diese Mehrfachumwandlung zu hohen Verlusten beim ursprünglich eingesetzten Strom. Deswegen ist diese vielversprechende Lösung bislang wirtschaftlich noch nicht vertretbar. Mittelfristig könnte Power-to-Gas aber entscheidend dazu beitragen, das Problem der kurz- und auch einem unverzichtbaren Partner für Strom aus erneuerbaren Energien zu machen“.

Wenden auf dem Prinzip Hoffnung. Aber gegen die Gesetze der Physik und Ökonomie können weder „mittelfristig“ noch langfristig die deutschen Wenden zum Sieg geführt werden, auch nicht mit Wunderwaffen. Wunderwaffen, ob sie nun „Dicke Bertha“ oder „Paris-Geschütz“ oder „V 1, 2, 3, 4“ hießen, waren nie mehr als Durchhalteparolen für erlahmende Volksbegeisterung angesichts einer von vornherein verlorenen Sache. Wunderwaffen haben den Deutschen nie zum Sieg verholfen, sondern haben unter Vorspiegelung falscher Tatsachen in diverse Desaster geführt.

Den Preis bezahlt ein Volk, das sich von den Tölpeln und Einfaltspinseln auf der Kommandobrücke (Reinhard Mey: „Das Narrenschiff“ – nicht die letzte Strophe verpassen) täuschen lässt. Und der Preis ist hoch.

Der Beitrag erschien zuerst bei ACHGUT hier




Die seltsame Liebe der Politiker zum Elektroauto Teil II – Die Physik gibt keinen Idiotenrabatt

Das Bündel schwerwiegender Nachteile hat eine 136 Jahre alte Ursache: Die Batterien

Die Angebote der Industrie an E-Autos überzeugten bisher nur wenige Kunden, was nicht weiter verwundert, wenn man die hohen Preise, das hohe Gewicht, die kläglichen Reichweiten – die im Winter nochmals abnehmen -, die langen Ladezeiten und die begrenzte Lebensdauer der extrem teuren Batterien betrachtet. Autofahrer sind nicht dumm und es spricht für sie, dass sie sich auch nicht für dumm verkaufen lassen.

Eine fachliche Bewertung der Situation um die Entwicklung von Batterien und die Rolle der Politik hat Prof. Dr.rer.nat. Frank Endres, Leiter des Instituts für Elektrochemie an der T.U. Clausthal 2014 veröffentlicht:
„Die weitgehend auf Erinnerungsschwäche beruhende neue Begeisterung von Politikern für das alte Thema ignoriert weiterhin das Fehlen zuverlässiger und kostengünstiger Antriebsbatterien. Das ist seit etwa 100 Jahren der Fall, als mit der Erfindung des Automobils sofort auch der Elektroantrieb Anwendung fand. Nach einigen Jahren hängte der Verbrennungsmotor, der seine Energie aus den flüssigen Kohlenwasserstoffen holt, den E-Antrieb hoffnungslos ab. Seither arbeiten Generationen von Experten der physikalischen Chemie an der Verbesserung der Akkumulatoren. Alternativ versucht man den Menschen einzureden, dass sie eh kein Auto bräuchten, das mehr als 100 km Reichweite hat. Sie sollen für längere Strecken schließlich die Bahn nutzen.

Lebensdauer, Alterung und Betriebssicherheit von Batterien


Alle Batterien unterliegen unvermeidbar einer zyklischen (gemäß der Zahl der Lade/Entladezyklen) und kalendarischen Alterung. In den letzten Jahren waren Lithiumionen-Batterien in aller Munde. Lithium ist jedoch ein sehr reaktives und auch nicht sehr häufiges Metall, das mit jedem bekannten Elektrolyten chemisch reagiert. Solche Batterien sind daher nicht dauerhaft stabil. Lässt man eine Lithiumionenbatterie mehrere Jahre liegen, bläht sie sich im Laufe der Zeit wegen der Alterung auf. Wird sie dann stark belastet, kann sie zu brennen beginnen. Auch beim wiederholten Laden/Entladen leidet die Batterie – ihre Materialien werden durch mechanischen Stress während der zyklischen Belastung immer mehr zerstört.

Wir haben post-mortem-Analysen von Batterien, die gebrannt hatten, durchgeführt und konnten sehen, dass sich in den Batterien sog. „hotspots“ bildeten, die schließlich derart viel Wärme erzeugten, dass die Batterie in einen instabilen Überhitzungszustand geriet.

Bei Zink-Luft-Akkumulatoren nimmt die dort verwendete Kalilauge Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf; Hier altert also der Elektrolyt, und neue Konzepte sind erforderlich.
Wegen der kalendarischen Alterung liegt die maximale Lebensdauer bei 6 Jahren, aber auch nur 3 Jahre Lebensdauer können vorkommen.
Und ein gänzlich neues Batteriekonzept ist so schnell nicht zu erwarten.


Die Energiedichte


In der Frage der erreichbaren Energiedichte schlägt leider die Thermodynamik unbarmherzig zu. Die elektrochemische Spannungsreihe erlaubt maximal 6 Volt für ein Elektrodenpaar; das wäre dann aber eine (hochgefährliche) Lithium/Fluor-Batterie, deren technische Umsetzung und Verwendung kaum vorstellbar sind. Voll geladene Lithiumionen-Akkus heutiger Bauart haben bei einer Einzelzelle eine Spannung von 4,2 Volt. Mehr ist schwer zu erreichen, weil man noch keine Elektrolyte gefunden hat, die für sog. „5-Volt-Batterien“ geeignet sind. Es ergibt sich wegen des spezifischen Gewichts der Batteriematerialien derzeit eine maximale Energiedichte von 0,3 kWh/kg; technisch erreichen kann man heute nicht mehr als 0,15 kWh/kg.

Kohlenwasserstoffe enthalten dagegen rund 12 kWh/kg, wovon ein guter Dieselmotor ca. 5 kWh in mechanische Energie umsetzt.
Wirkungsgrad-bereinigt schneiden Kohlenwasserstoffe bezüglich der Energiedichte also mindestens 30-mal besser ab als Li-Ionen-Akkumulatoren.

Energiedichten von 1 – 5 kWh/kg sind nur mit Metall-Luft-Batterien denkbar. Relativ leicht herstellbare Zink/Luft-Batterien erreichen schon bis zu 0,5 kWh/kg, aber die oben beschriebene Alterung des Elektrolyten ist das zentrale Problem. Neue Konzepte sind in der Erforschung; mit einem Markteinsatz ist frühestens in 5 Jahren zu rechnen – und da am ehesten aus US-amerikanischer Fertigung.

Lithium-Luft-Batterien wurden als die Lösung aller Probleme angepriesen, und man sprach von bis zu 15 kWh/kg, was aber eine höchst unseriöse Zahl ist, da sie nur auf das Lithium alleine bezogen wurde und die andere Elektrode, der Elektrolyt, das Gehäuse usw. nicht berücksichtigt wurden. Im Labor erreichen Lithium/Luft-Batterien 1 kWh/kg, sie altern aber rasch, und eine Lösung für dieses Problem erscheint in weiter Ferne. Ein Einsatz ist frühestens in 20 Jahren zu erwarten, falls überhaupt.

Mit Unterstützung des BMBF arbeitet unser Institut an der TU Clausthal grundlegend an Aluminium/Luft und Silizium/Luft-Batterien. Die denkbaren Energiedichten liegen bei 1 – 4 kWh/kg, aber das ist Grundlagenforschung und ebenfalls weit von einer kommerziellen Nutzung entfernt.

Vielleicht können Lithium/Schwefel-Batterien als Nächstes vermarktet werden. Im Labor erreichen sie schon 1 kWh/kg. Sie altern aber schnell und die nutzbare Energiedichte liegt bei ca. 0,3 kWh/kg, was im Vergleich zu Lithiumionenbatterien immerhin um einen Faktor 2 besser wäre.
Ich rechne eher mit einer langsamen Evolution im Batteriesektor als mit einer schnellen Revolution.


Die Kosten


Wirklich gute Lithiumionen-Akkus, wie sie z.B. im Modellflug verwendet werden, kosten zwischen 1.000 und 1.500 €/kWh und selbst die „billigen“, wie sie in Elektroautos genutzt werden, kosten heute 500 €/kWh. Auf die immer einmal wieder ins Feld geführten 100 – 200 €/kWh werden wir m.E. noch ein wenig warten müssen, und bei der angepriesenen Speicherbatterie eines Elektroautoherstellers mit ca. 300 €/kWh muss man die Langzeitqualität abwarten.

Das Fazit der näheren Betrachtung der elektrochemischen Batteriearten, die mindestens eine gewisse Entwicklungsreife aufweisen, als mögliche Speicher zur großtechnischen Netzstabilisierung lautet somit „nicht langzeitbeständig“ und „unbezahlbar“.
(Ende des Zitats von Prof. Endres)

Prof. Helmut Alt, FH Aachen, hat den Vergleich von Benzin- bzw. Dieselautos mit Elektroautos auf den Punkt gebracht:
„Einen 70-Liter Tank, der fast nichts kostet, länger hält als das Auto und ohne Lebensdauerverlust in 3 Minuten geladen ist, durch Batterien zu ersetzen, ist ein Wunschtraum, der aber nach allen derzeit bekannten physikalischen und chemischen Erkenntnissen heute und in denkbarer Zukunft nicht realisierbar ist.“


Die Batterieproduktion ist alles andere als umweltfreundlich

Bei allen Energie konsumierenden Geräten und Anlagen sollte man sich auch deren energetische Entstehungsgeschichte näher ansehen. Der SPIEGEL 34/2017 zitierte eine Studie des schwedischen Umweltinstituts IVL. „Was Fachleuten grundsätzlich bekannt ist, aber gern verschwiegen wird: Batteriezellen sind nicht nur extrem schwer und teuer, ihre Herstellung verschlingt auch Unmengen an Energie. Für die Produktion eines 100-kWh-Akkus nennt die Untersuchung eine Klimabelastung von 15 bis 20 Tonnen Kohlendioxid. Ein sparsamer Kleinwagen mit Benzin- oder Dieselmotor müsste bis zu 200.000 Kilometer fahren, um so viel Klimagas in die Luft zu blasen“.
Diese Zahlen werden durch eine Studie des Instituts für Energie- und Umweltforschung in Heidelberg aus dem Jahre 2014 bestätigt, nach der die Produktion einer Kilowattstunde Batteriekapazität 125 kg CO2 „kostet“. Das sind für eine 100-kWh-Batterie 12,5 Tonnen. Dazu kämen noch die CO2-Emissionen, die bei der Produktion des Elektromotors anfallen.
In einem weiteren Artikel des SPIEGEL 32/2017 wird über die Gewinnung von Lithium aus dem ausgetrockneten Salzsee im Norden der Atacama-Wüste in Chile berichtet: „Das Verfahren verschlingt enorme Mengen Wasser – in einer der trockensten Gegenden der Welt. Es ist ökologisch höchst umstritten, ökonomisch aber hoch lukrativ.“


Feuer !


Akkus, die brennen können, gab es bei den braven, schweren Bleiakkus, die in unseren nichtelektrifizierten Autos immer noch treu ihre Dienste verrichten, niemals. Seit den Lithium-Ionen-Batterien – eine große Erfolgsgeschichte – hat sich das geändert. Als erstes gingen Laptops reihenweise in Flammen auf. Dann traf es auch mehrfach Autos, die mit diesen Stromspeichern angefüllt waren: So verabschiedete sich am 4.1.2016 ein Tesla Modell S an einer norwegischen Ladestation in einer spektakulären Flammenshow. Der Brand konnte nicht gelöscht werden.

Aber die Alarmnachrichten berücksichtigen nicht, dass inzwischen Hunderte von Millionen Li-Ionenbatterien in Gebrauch sind und diese Unfälle daher immer noch selten sind. Aber neue Gefahren rufen immer neue Gegenmaßnahmen hervor, weshalb die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation ICAO Anfang ab April 2016 die Mitnahme aller Geräte mit Lithium-Ionen-Akkus im aufgegebenen Fluggepäck verboten hat.
Je näher man den physikalischen Grenzen in der Batterietechnik kommt, desto kritischer scheint es für die Benutzer zu werden. Ob deshalb die Hoffnungen auf Batterietechnologien mit wesentlich höheren Energiedichten so ihr Ende finden, wird sich zeigen.


U-Boote zeigen die Grenzen der Batterietechnologie

Einen zwar indirekten, aber sehr klaren Beweis dafür, dass es bisher keine dem Blei-Säure-Akku in jeder Hinsicht überlegene Batterietechnik für Antriebszwecke gibt, zeigen die militärischen Entwicklungen im U-Boot-Bau. Obwohl den Marinen sowohl in den USA als auch in der Sowjetunion vergleichsweise enorme Mittel zur Verfügung gestanden haben, ist es beiden bis heute nicht gelungen, die Bleibatterien in den konventionellen U-Booten (also denen, die keinen Nuklearantrieb besitzen) durch eine überlegene Batterietechnik zu ersetzen. Man kann davon ausgehen, dass in den vergangenen Jahrzehnten in den Laboratorien dieser Länder sowohl kontinuierlich als auch massiv an entsprechenden Entwicklungen gearbeitet wurde – und auch noch wird. Das Ergebnis dieser Anstrengungen, gegen die das derzeitige Engagement der zivilen Industrie eher bescheiden anmutet, ist die Erkenntnis, dass nach wie vor die Bleibatterie die beste Lösung darstellt.
Wer zum Beispiel den Museumshafen im holländischen Zandvoort besucht und dort das große konventionelle russische U-Boot besichtigt, kann durch einen Blick in den jetzt leeren, riesigen Bauch des Bootes einen Eindruck von der Masse der Bleiakkus gewinnen, die dort einst die Fahrt im getauchten Zustand angetrieben haben. In diesem Punkte hat sich gegenüber der U-Boot-Antriebstechnik für die Unterwasserfahrt im 2. Weltkrieg bis heute einzig und allein die schiere Masse der Bleiakkus im Rumpf der konventionellen U-Boote erhöht. Niemals würde die Marine die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien auf U-Booten erlauben, so lange die nicht vollständig überwundene Brandgefahr dieser Speicher weiter besteht.

Dies war der Grund für die Entwicklung des „außenluftunabhängigen Antriebs“ der ab März 2004 eingeführten deutschen U-Boote der Klasse 212 A. Kernstück dieser U-Boote ist ein Antrieb mit Brennstoffzellen. Die Brennstoffzellen sind elektrochemische Wandler, die mit Wasserstoff aus Metallhydrid-Speichern und flüssigem Sauerstoff aus Drucktanks versorgt werden und dadurch Gleichstrom erzeugen. Das „Verbrennungsprodukt“ ist reines Wasser.
Weil die Brennstoffzelle nicht in kürzester Zeit ihre Leistung verändern kann, muss deren Strom in der Bordbatterie zwischengespeichert und dann dem Antrieb zugeleitet werden. Und diese Bordbatterie ist – ein Blei-Säure-Akku. Damit kennt man den modernsten Stromspeicher, den die Marineschiffe heute besitzen. Es gibt immer noch nichts Besseres. Und das seit seiner Erfindung durch den französischen Physiker Gaston Plante im Jahre 1869.
Oder doch ? Die Torpedos der U-Boote werden mit einem anderen Batterietyp ausgerüstet: Silber-Zink-Batterien. Für die Militärs eine gute Wahl, aber für den Antrieb von Autos leider unbezahlbar.


Bringen Batterie-Neuentwicklungen den Durchbruch ?

Die zahlreichen in der Presse erwähnten neuen Batterieentwicklungen sollte man also vor dem Hintergrund der trotz ihrer wenig eindrucksvollen Speicherkapazität nach wie vor in militärischen Anwendungen favorisierten Blei-Säure-Akkus betrachten. Folgendes gab es in letzter Zeit zu lesen:
– Es wird intensiv an der Weiterentwicklung der Li-Ionenbatterie gearbeitet – vor
allem geht es dabei um deren Kosten, Effizienz und Sicherheit. Das DLR-   Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart arbeitet im Verbundprojekt „Li-EcoSafe“ daran.
– Der Aluminiumkonzern Alcoa und der israelische Akkuhersteller Phinergy arbeiten an einer Kombination einer herkömmlichen Li-Ionenbatterie und einer Aluminium-Luft-Batterie. Letztere kann nicht aufgeladen werden; stattdessen muss das Auto in die Werkstatt, wo die aufgebrauchten Al-Anoden ausgetauscht werden. Man will damit eine Reichweite von 1.600 km ermöglichen. Die Umständlichkeit dürfte dem Konzept keinen Erfolg bringen.

Es gibt eine Reihe weiterer Entwicklungsarbeiten an verschiedenen
Batterietypen, aber vor allem gibt es eindrucksvolle Ankündigungen für die
angestrebten Ladungskapazitäten, Gewichte und Kosten. Dabei wird oft unglaublich übertrieben. „Der SPIEGEL unternahm im Februar 2017 einen Praxistest mit dem E-Mobil Zoe von Renault. Bei der Autobahn-Richtgeschwindigkeit von 130 km/h war an die im Normzyklus ermittelte Reichweite von 400 km nicht mehr zu denken. Übrig blieben etwa 150 km. Auch die wundersamen Reichweiten der teuren Tesla-Modelle werden in einem realistischen Reiseszenario nicht annähernd erzielt. In der amtlichen Kriechfahrt der Prüfzyklen hat der Elektroantrieb perfekte Bedingungen, um sparsam zu sein. Fernreisen mit heute auf Autobahnen üblichen Geschwindigkeiten zehren die Batterie dagegen im Schnellgang aus“. (SPIEGEL 34/2017: „Der große Schwindel mit den Elektroautos“.)
Derartige Angebereien und Übertreibungen sind typisch für eine Situation, in der es staatliche Fördermittel für Innovationen gibt. Wer nicht bei den behaupteten Projektergebnissen bedenkenlos übertreibt, muss befürchten, von den Beamten kein Geld zu bekommen.
(Der Autor war 30 Jahre im Bundesforschungsministerium in der Projektförderung tätig. Die obige Aussage beruht auf eigener Erfahrung.)
Die oben zitierten Aussagen von Prof. Endres sind dagegen nüchterne
Beschreibungen der Realität. Seine Bewertungen der politischen Zielsetzungen und Erwartungen sollten ernst genommen werden.

Es gibt somit reihenweise gute Gründe dafür, dass auch die derzeitige erneute Beschwörung des Elektroantriebs für Automobile das Schicksal aller vorangegangenen Versuche teilen wird: Die stillschweigende Aufgabe dieser Idee.
Damit das aber nicht erneut geschieht, scheint es jetzt der Plan der Politiker zu sein: Wir zwingen die widerspenstige Automobilindustrie mit immer schärferen Abgas-Grenzwerten, sich dem Elektroauto zuzuwenden und wir subventionieren deren Anschaffung, damit auch die widerspenstigen Autofahrer ihre Zurückhaltung aufgeben. Also wieder einmal Planwirtschaft, die bekanntlich noch nirgends funktioniert hat.


Die Physik gibt keinen Idiotenrabatt

Unsere Medien haben beschlossen, den von den Autokäufern weitgehend boykottierten Durchbruch der Elektroautos, den sie ständig beschwören, propagandistisch herbeizuschreiben. Kürzlich las man sogar von einem „Quantensprung“ in der Batterieentwicklung, der nun bevorstehen würde. Die Quanten wollen aber nicht springen. Dass die Entwicklung einer neuen Technik sehr viel länger dauert, als eine Legislaturperiode des Parlaments, haben die Politiker, die finanzielle Förder-Töpfe mit Steuergeld verwalten und einsetzen, zu ihrem Leidwesen schon immer erfahren müssen. Niemals stellt sich ein Erfolg in 4 Jahren ein. Wenn überhaupt, dauert es mindestens 12 bis 15 Jahre. Misserfolge allerdings zeigen sich schneller, was dazu führt, dass weitere Mittel den bereits verlorenen Millionen hinterher geworfen werden, um die Pleite zeitlich hinauszuschieben – zumindest in die nächste Legislaturperiode, wenn ein anderer auf dem Ministerstuhl sitzt.

Die Entwicklung besserer, neuer Batterien allerdings vollzieht sich in einem Sektor der Physik, in dem es den Forschern und Entwicklungsingenieuren sehr schwer gemacht wird, Erfolge oder gar Durchbrüche zu erzielen. Die mit 136 Jahren nahezu unendliche und erfolgsarme Geschichte der Antriebsbatterien für Autos zeigt vielmehr, dass man eine Technologie für langlebige, bezahlbare und zuverlässige Batterien schon zu Beginn dieses Zeitraums ausgewählt hat – gemeint ist die Blei-Säure-Batterie – und seither mit ihren Limitierungen (Gewicht, und Speicherkapazität) leben muss. Man hat seither eine unbekannte, aber gewiss riesenhafte Menge Geld ausgegeben, um neue, in jeder Hinsicht überlegene Konzepte für die elektrochemischen Speicher zu finden und zur Einsatzreife zu bringen – das einzige, bedingt brauchbare Ergebnis von mehr als 130 Jahren Arbeit scheint die Lithium-Ionenbatterie zu sein, die zumindest Anwendungen mit geringem Strombedarf wie Laptops, Elektrowerkzeuge, Mobiltelefone usw. erobert hat und für diese einen großen Fortschritt darstellt.
Dass diese Technik aber nicht im Entferntesten den ganz normalen Ansprüchen von Autofahrern an ihre Fahrzeuge genügt, ist ebenso klar. Daran ändert auch die nahezu religiöse Verehrung der Tesla-Autos durch eine Gemeinde von Anhängern nichts, die sich damit als Öko-Vorbilder präsentieren wollen und dafür gerne extreme Kosten und reale Gebrauchsnachteile in Kauf nehmen.
Wie es tatsächlich um die Chancen und physikalischen Möglichkeiten einer Realisierung neuer, überlegener Batterietechnologien bestellt ist, beschrieb Prof. Endres. Die Physik ist unpolitisch und bietet Ideologen keine Rabatte.

Gasantrieb: Die bessere Alternative zum Elektroauto


Die politische Verblendung, Autos unbedingt elektrisch antreiben zu wollen, ignoriert eine schon lange eingeführte und bewährte Technik, die unter Umweltgesichtspunkten weitaus besser ist: Autogas und Erdgas. Es gibt dafür bereits ein bundesweites Versorgungsnetz; die Stickoxid-Emissionen liegen in der Nähe des Nullpunktes und wer sich um die CO2-Emissionen sorgt: Sie liegen um 20% niedriger als es die verbreiteten, heutigen Antriebskonzepte können. Die Umrüstung älterer PKW auf diesen Antrieb ist Stand der Technik, aber es gibt selbstverständlich eine Reihe von Autotypen, die schon ab Werk dafür eingerichtet sind.

Sämtliche Nachteile der E-Autos gibt es hier nicht: Die Anschaffung ist ungleich billiger, Reichweitenprobleme existieren nicht, die teure Einrichtung einer Lade-Infrastruktur entfällt, das Auftanken ist einfach und rasch erledigt, das erhebliche, energiefressende Zusatzgewicht einer Großbatterie entfällt und es gibt weiterhin einen nutzbaren Kofferraum. Zudem steigt die Lebensdauer der Motoren.

In Deutschland hat der Kunde die Wahl zwischen zwei Gasantrieben:
Erdgas (CNG) und Autogas (LPG)
– CHG ist komprimiertes Erdgas, also Methan
– LPG ist eine Mischung aus Propan und Butan; es fällt in der Erdölraffinierie an.
Beide Treibstoffe werden in Tanks mitgeführt; aber die damit ausgerüsteten PKW haben einen zusätzlichen Benzintank, der evtl. Versorgungslücken beim Auftanken von Gas überbrückt.
Die Motoren können alle drei Brennstoffe nutzen.
Erdgasautos werden überwiegend schon als Neuwagen produziert; Autogas-Autos werden allgemein durch Umrüstung realisiert.
Das Tankstellennetz ist vor allem für Autogas bereits stark ausgebaut.
Die Branche macht dazu folgende Angaben:

Autogas LPG                  Erdgas CNG

Tankstellen (D):                       6561                             866
Davon auch mit Benzin:         5093                               711
Umrüster:                               1250                               120

Die Vorteile des Gasantriebs sind beachtlich:
Erdgas:
– Kaum Emission von Schwefeldioxiden oder Rußpartikeln
– Geringere Emission von Stickoxiden und Kohlenmonoxid (verglichen mit Diesel und
Benzin)
– Geringere CO2-Emission als bei Autogas und Benzin
– Erdgas wird über unterirdische Leitungen zu den Tankstellen befördert.
Autogas:
– Umweltfreundlicher als Benzin (rd. 20% weniger Stickoxide)
– Emissionswerte wie beim Erdgas
– CO2-Emissionen liegen etwas über denen von Erdgas.

Vergleich der Reichweite, die mit 10 Euro im Tank erreicht wird:
– Benzin (Super):     99 km
– Autogas LPG:       170 km
– Diesel:                 174 km      
– Erdgas CNG:       201 km  

Anschaffung oder Nachrüstung ?
In der Anschaffung ist ein Erdgasfahrzeug etwas teurer als ein Autogasfahrzeug. Auch die Nachrüstung kostet bei einem Erdgasfahrzeug mehr. Die Nachrüstung ist
allerdings in erster Linie der Regelfall bei Autogas.
Als Faustformel für eine Entscheidung über eine Nachrüstung gilt, dass nach etwa zwei Jahren diese Investition durch die Einsparungen ausgeglichen ist.
Von da an fährt man also sowohl billiger als auch umweltfreundlicher.


Die steuerliche Behandlung von Autogas – eine Fehleinscheidung offenbart die seltsame Vorliebe für den Elektroantrieb


Es gab eine Steuerbegünstigung für Autogas, die von der Bundesregierung zeitlich verkürzt werden sollte. Dies versuchte sie mit dem Entwurf eines Zweiten Gesetzes zur Änderung des Energiesteuer- und des Stromsteuergesetzes, der ein Auslaufen dieser Steuervergünstigung zum Jahresende 2018 vorgesehen hatte.

Der Finanzausschuss aber änderte das gegen Ende Juni 2017. Die von den Koalitionsfraktionen eingebrachten Änderungsanträge sehen jetzt eine Verlängerung der Steuervergünstigung für LNG (bisher 9,47 Cent/Liter) bis 2022 vor; allerdings mit einer jährlichen Abschmelzung von 20% pro Jahr. Auch die Linke stimme dafür; die Grünen enthielten sich.
Die Steuerbegünstigung für Erdgas CNG wurde entspr. dem Ursprungsentwurf bis Ende 2026 verlängert, aber bereits ab 2024 sukzessive abgesenkt.

Auch der Versuch der Regierung, die Technik des Gasantriebs für Autos mit Verschlechterungen der Besteuerung zu bekämpfen, zeigt eine merkwürdige Abneigung der Politiker gegen diese Technik. Und das, obwohl sie – speziell bei Erdgas CNG – mehrere entscheidende Vorteile gegenüber dem Elektroantrieb aufweist. Und die die reale Chance besitzt, aufbauend auf dem bereits Erreichten eine problemlose Umstellung der meisten KFZ – auch der LKW und Busse – auf einen deutlich umweltfreundlicheren Kraftstoff in relativ kurzer Zeit zu erreichen, In den USA stellt man nicht nur die Kohlekraftwerke, sondern auch den Langstrecken-LKW-Verkehr auf das dort durch das Frackingverfahren billige Erdgas um.
Die Umstellung auf Erdgasantrieb in Deutschland würde außerdem deutlich geringere Kosten als die sog. E-Mobilität verschlingen – und daher viel größere Akzeptanz seitens der Autofahrer erfahren. Diese verstehen offensichtlich mehr von Autos und ihrer Technik, als die Ministerien und das gesamte Parlament; was ihre große Kaufzurückhaltung bei den E-Autos erklärt. Das Scheitern der Elektrifizierung des Individual-Straßenverkehrs ist schließlich aufgrund ihrer schwerwiegenden Nachteile und voraussichtlich ungelöst bleibender Probleme sehr wahrscheinlich. Für den innerstädtischen öffentlichen Nahverkehr – mit Straßenbahnen und Bussen – würde es Sinn machen. Aber wo sind die O-Busse geblieben ? Und wo gibt es einen kräftigen Zubau am innerstädtischen Schienenverkehr ?
Das blinde Ignorieren der Chance des Erdgasantriebs und auch der weiterhin vorhandenen physikalischen und finanziellen Barrieren der Elektroautos und deren absehbare erneute Pleite ist keine verantwortungsvolle Politik.
Die Blamage der von der Regierung verschuldeten unaufhaltsam und stetig ansteigenden Treibhausgas-Emissionen Deutschlands – trotz ihres peinlichen „Klimaschutz-Vorreiter“-Selbstlobs – scheint noch nicht genug zu sein. Es wäre aber nicht das erste Mal, dass sich ein Regierungsprogramm als eine Wiederaufführung des Märchens von des Kaisers neuen Kleidern erweist.




Die seltsame Liebe der Politiker zum Elektroauto Teil I

Wie es anfing

Die Geschichte des Elektroautos ist so alt wie das Auto selbst. Direkt nachdem man erkannt hatte, dass ein Vehikel mit einem von Pferden unabhängigen Antrieb ein faszinierendes Straßentransportmittel ist, begann der Wettstreit um die beste Antriebstechnik. Benzinmotoren, Dampfmaschinen und Elektromotoren wurden eingesetzt.
1881 präsentierte der Franzose Gustave Trouvè auf einer Messe in Paris ein dreirädriges Fahrzeug mit Elektromotor und – Blei-Akkumulator. Es gilt heute als das erste Elektroauto. Immerhin waren das 81 Jahre nach der Erfindung der elektrischen Batterie durch den Italiener Allessandro Volta. Trouvès Exponat war der Start für zahlreiche weitere Entwicklungen; beispielsweise das erste vierrädrige Elektroauto, der „Flocken“ von dem Coburger Fabrikanten Andreas Flocken oder der erste Porsche, ein „Egger-Lohner C2“ mit einem 5 PS E-Motor. Erst 1886 entwickelte Gottlieb Daimler den ersten Benz-Patent-Motorwagen, der mit einem Verbrennungsmotor angetrieben wurde.
Auch das Dampfauto spielte in dieser Anfangszeit des Automobils eine bedeutende Rolle, was wohl vor allem am mächtigen Drehmoment lag, das Dampfmaschinen aufweisen und was ein zügiges Fahren ermöglichte.
Anfang des 20. Jahrhunderts gab es in den USA einen Anteil an dampfbetriebenen Fahrzeugen von 40%, der Anteil der Elektroautos lag mit 34.000 Exemplaren bei 38% und die Benziner hatten 22%. Alle diese Konstruktionen litten unter Nachteilen. Das Drehmoment der Dampfmaschine war zwar ein auf kürzerer Strecke unschlagbarer Vorteil; leider aber war der Wasserverbrauch sehr hoch und das häufige Nachtanken war doch ein erheblicher Nachteil. Auch das Aufheizen des Dampfkessels bis zum Erreichen des nötigen Drucks kostete Zeit. Das elektrisch angetriebene Auto litt unter einer zu schwachen Batterie und damit zu geringer Reichweite; Überlandfahrten waren nicht möglich. Sein Einsatz erfolgte deshalb ausschließlich in der Stadt. Genau wie noch heute.
Das Benzingefährt erwies sich schließlich in der Summe aller Eigenschaften als die beste Wahl, nachdem Charles Kettering den elektrischen Anlasser erfunden hatte, mit dem das lästige Ankurbeln vor dem Start wegfiel. Aber der Hauptgrund für dessen Erfolg war der enorme Energiegehalt der flüssigen Kohlenwasserstoffe im Tank – ein Vorteil, der auch noch heute, über 100 Jahre später, ausschlaggebend ist. Es war das Ende des Elektroauto-Booms. Seither sind E-Autos für sog. Nischenanwendungen eine gute Wahl, wie es Zustelldienste in Städten, Flurförderfahrzeuge in Betrieben oder Einsatz in Bergwerken darstellen, wo man keinerlei Abgase haben möchte.

 

Die Politiker-Liebe für E-Autos ist unerschütterlich

Es bleibt wohl ein Geheimnis, weshalb Politiker, die gemeinhin von Technik wenig verstehen, stets ein großes Faible für Elektroautos zeigten. Es waren wohl dessen positive Eigenschaften, die einen Laien überzeugten, wobei man die erheblichen Nachteile entweder ignorierte oder gar nicht kannte:
– E-Autos sind leise (zum Schutze der Fußgänger muss man ihnen eine künstliche Geräuschquelle einbauen);
– sie produzieren am Ort ihres Einsatzes keine Abgase; sehr wohl aber am Orte der Stromerzeugung, und zwar durch Kohle- und Gaskraftwerke. In Norwegen bezieht man Strom fast völlig von Wasserkraftwerken, weshalb die dort fahrenden E-Autos keine Emissionen an anderen Orten verursachen. Deutschlands Situation ist jedoch eine andere: Die Abschaltung der emissionsfreien deutschen Kernkraftwerke sorgte dafür, dass die hiesige Stromerzeugung von besonders hohen Emissionen gekennzeichnet ist, was dazu führt, dass Elektroautos auch keine klimapolitischen Vorteile mehr gegenüber Benzin- oder Diesel-PKW besitzen. Damit platzte das Klimaschutz-Argument der Regierung bereits zu Beginn der wieder einmal entdeckten Elektroautos.
Soweit die bescheidenen Vorteile.
Zu den Nachteilen:.
– Ihre Batterien sind sehr schwer und teuer und ihre Lebensdauer kann recht kurz sein (abhängig von der Betriebsweise); das hohe Gewicht erhöht den Verbrauch;
die Reichweite ist fast so gering, wie vor 100 Jahren.
– Das Aufladen ist zeitaufwendig. Ohne eine eigene Ladestation ist man auf öffentliche Ladestationen angewiesen – und bei Ladezeiten von mindestens 30 Minuten kann man sich die Schlange vor der Stromtankstelle vorstellen. Und das womöglich täglich.
– Im Winter sinkt die Ladung der Batterie, gleichzeitig steigt der Stromverbrauch durch Heizung und Beleuchtung. Folge: Noch wesentlich geringere Reichweite als im Sommer.
– Was noch zu beachten wäre: Der Strombedarf in PKW ist in den vergangenen Jahrzehnten stetig angestiegen: Klimaanlagen, stärkere Lichtanlagen, elektrische Fensterheber und Sitzverstellungen, elektrische Lenkhilfen und Sitzheizungen, elektrische Servos im Motorenraum, Musikanlagen, Navis, GPS, Freisprechanlagen, automatische Einparkhilfen, Alarmanlagen etc. Entsprechend stärker wurden die Lichtmaschinen, entsprechend leistungsstärker auch die Batterien. Der Trend geht zum 48-Volt Bordnetz, damit nicht zu viel Kupfer für die Verkabelung benötigt und eine kombinierte Anlasser-Lichtmaschinen-Einheit möglich wird.
Erwartet irgendjemand, dass die Autofahrer auf das alles verzichten und in E-Autos auch noch fossile Zusatzheizungen (wie von Eberspächer,und Webasto für Yachten) auf Flüssigtreibstoffbasis akzeptieren müssen, um überhaupt im Winter fahren zu können ?
– Und es bleibt zumindest heute noch die Sicherheitsfrage: Können die Batterien brennen ? Es gab derartige Fälle mit Lithium-Ionen-Batterien – und nicht nur bei Laptops und Mobiltelefonen, sondern auch bei Autos.

Die Batterien sind und bleiben der entscheidende Nachteil der E-Autos. Näheres weiter unten.


Es folgten die Renaissance-Versuche


Die Post hatte bereits in den 50er Jahren eine ganze Flotte mit Bleiakkus ausgerüsteter Elektrotransportern für die Paketauslieferung in Betrieb. Eine Anwendung, die schon immer sinnvoll war. Aber eine Gesetzesänderung des Verkehrsministers führte zur Verschrottung aller Fahrzeuge.

Dann war erst einmal Pause.
Aber nach etlichen Jahren ging es wieder los:
Die Regierung von Bundeskanzler Kohl kündigte im Jahre 1992 eine neue Elektroauto-Epoche an.   Zwischen 1992 und 1995 führte die Regierung – begeistert befürwortet durch Forschungsminister Heinz Riesenhuber und eine gewisse Angela Merkel, damals Umweltministerin, – einen großen Feldtest für Elektroautos auf Rügen durch, in dem eine Reihe verschiedener Elektroautomobile – zumeist mit Bleiakkus und Elektromotoren umgerüstete Serienmodelle der Hersteller – ihre Fähigkeiten zeigen sollten. Und der damalige Innenminister Manfred Kanther gab das Ziel aus, daß mindestens 10 Prozent aller neu zugelassenen KFZ im Jahre 2000 Elektroautos sein sollten.
Es kam natürlich anders. Aber diese Pleite zerstörte keineswegs den offenbar unausrottbaren Wunderglauben an die Renaissance des Elektroautos. Die einzige spürbare politische Wirkung dieses unnötigen und chancenlosen Versuchs war eine Kürzung der Forschungsförderung, wie es Prof. Endres von der T.U. Clausthal beschrieb (s.u.). Das Gegenteil wäre eine vorausschauende Politik gewesen, die half, die grundsätzlichen Probleme elektrochemischer Speicher durch eine langfristig angelegte Grundlagenforschung anzugehen.

 

Und abermals das Elektroauto – diesmal für den Klimaschutz

Der nächste Versuch, das tote Pferd Elektromobilität wiederzubeleben, erfolgte durch das Kabinett Merkel I im August 2009, also gerade einmal zwei Monate vor dem Ende seiner Legislaturperiode. Wirtschafts- und Technologieminister war damals Karl-Theodor zu Guttenberg.
Verkündet wurde der „Nationale Entwicklungsplan Elektromobilität“.
Dessen Schwerpunkte lasen sich wie folgt:

-„In Verbindung mit erneuerbaren Energien leistet die E-Mobilität einen bedeutenden
Beitrag zur Umsetzung der Klimaschutzziele der Bundesregierung.“
– „Intelligente (!?) Nutzung der Batterien von Elektrofahrzeugen als Stromspeicher.“

Dazu ein erstaunlich ehrlicher Satz:
Die damit verbundene Reduzierung der Batterielebensdauer ist dem
   gegenüberzustellen“.
Beklagt wird ausdrücklich „Der Mangel an Naturwissenschaftlern“. Gemeint ist die

Fachrichtung Elektrochemie.

Dazu hat Prof. Frank Endres 2014 geschrieben:
„Die politische Blamage in den 1990er Jahren hatte leider für die Forscher
fatale Folgen, denn in der Folge wurde die Elektrochemie an den deutschen
Hochschulen faktisch abgewickelt; es gab keine Forschungsgelder mehr für
Batterien, höchstens vereinzelt, und in der Szene der physikalischen Chemie
wurden Elektrochemiker milde belächelt.
Dann kam ca. 2007/2008 das Thema wieder hoch, dieses Mal begründet mit der „Klimakatastrophe“ und der Endlichkeit der Ressourcen. Diesmal wurde das politische Ziel ausgegeben, gleich eine Million Elektroautos bis 2020 auf die Straßen zu bringen (Manfred Kanther lässt grüßen).
Aber nahezu niemand kauft diese Autos, weil sie nach wie vor für sehr viel Geld wenig Gegenwert bieten. Im April 2015 platzte auch diese Politblase, denn auf eine präzise parlamentarische Anfrage der Grünen vermied die wenig amüsierte Regierung die nochmalige Erwähnung oder gar Bestätigung dieses Ziels.
Zwar gibt es wieder einige Batterieforscher, aber diese sind wegen der geringen Forschungsmittel in gegenseitiger Konkurrenz. Der erhebliche technologische Rückstand zum Ausland konnte auch noch nicht aufgeholt werden. Erfahren die Politiker aber vom selbst verschuldeten und kaum aufzuholenden Rückstand, werden sie die Finanzierung vermutlich wieder einstellen, das könnte man auch Grundlagenforschung nach der Methode des politischen Schweinezyklus‘ nennen.
Für neue Ideen, die einen langen Atem erfordern, fehlt Politikern meistens der Mut; lieber werden wohl die alten Fehler schnell vergessen.
Die Musik der Batterieforschung spielt sowieso längst in Asien und jetzt auch vermehrt in den USA.“
(Ende vom Zitat Endres).

Von diesem Nationalen Entwicklungsplan hörte man anschließend nicht mehr viel.
Die rätselhafte Liebe der Politiker zum elektrischen Antrieb von Autos ließ jedenfalls nicht nach. Im Gegenteil. Im Frühjahr 2011 schien die nächste Regierung – Merkel II – begriffen zu haben, dass die gesamte Energiewende durch das Problem der fehlenden Speicher für die „volatilen“, also unzuverlässigen, wetterabhängigen „erneuerbaren“ Einspeisungen (Wind- und Solarstrom) bedroht und zum Scheitern verurteilt ist. Das ist zwar eine unumstößliche Tatsache, führt aber in der deutschen Politik nicht zu einer radikalen Kursänderung, sondern zu mehr oder weniger abenteuerlichen Rettungsmaßnahmen. Eine davon war: Die am 21. April 2011
vorgestellte gemeinsame „Förderinitiative Energiespeicher“.
Zwar war es das Hauptziel dieser Initiative, endlich große und wirtschaftliche Stromspeicher zur Abpufferung der oben erwähnten riesigen Stromerzeugungs-Schwankungen im Netz zu bekommen, deren Fehlen die gesamte Energiewende zu einer zwar extrem teuren, aber vollkommen chancenlosen Angelegenheit werden lässt. Aber in diesem Förderprogramm spielten selbstverständlich auch Batterien eine wichtige Rolle.
In der Einleitung dieses Programmpapiers befindet sich nach der Zitierung des Energiekonzeptes vom 28.9.2010 und dessen unglaublich hoch gesteckten Zielen sogar ein sehr bemerkenswerter Satz: „Leider stehen den notwendigen Fortschritten auf dem Gebiet der Energiespeicher vielfältige und nach wie vor zum Teil grundlegende (!) technologische Hürden entgegen.“ Dieser Mut zur Wahrheit war grundsätzlich zu begrüßen; dennoch war es wohl eine Panne, dass man diesen Satz nicht rechtzeitig gestrichen hatte. Denn er enthält die bittere Wahrheit, wie Prof. Endres oben erläuterte..

Die neuen fiktiven Stromspeicher waren im Grunde immer die Katze im Konzept-Sack; im April 2011 stellte sich nun aber regierungsamtlich heraus, dass in dem Sack gar keine Katze drin war. Und das Speicher-Dilemma betraf ebenso die Batterien, die man eigentlich für den sinnvollen Einsatz in Elektroautos benötigt – und zwar seit 1881; also seit 136 Jahren.
Bedeutende Fortschritte konnte man in diesem Punkte allerdings nicht erreichen und vorweisen.


Das Elektroauto wurde zum Retter der sog. Klimaschutzpolitik

Es war wohl unvermeidlich, dass in Folge der politischen Klimaerwärmungspanik auch das Elektroauto erneut entmottet wurde. Die unverbrüchliche Vorliebe der Politiker für diese Technik hat etwas mit Vorstellungen von Sauberkeit, lautlosem Dahingleiten, Sparsamkeit und vollkommener Umweltfreundlichkeit zu tun. E-Autos verbrauchen kein Benzin (außer den Hybrids), sondern nur ganz sauberen Strom, der immer von Sonnenkraftwerken und Windmühlen geliefert wird. Und Sonne und Tiefdruckgebiete schicken bekanntlich keine Rechnung. Es ist die heile Autowelt – man muss sie nur endlich verwirklichen.
Man kann folgende politische Gründe finden:
Mit dem sogenannten Klimaschutz glaubt man ein neues und stichhaltiges Argument für E-Mobilität zu haben. Dazu gehört der Glaube an große CO2-Einsparungen durch den Elektroantrieb – was sich als ein Irrglaube herausstellt (s.u.). Tatsächlich erfolgt nur eine Verlagerung der Emissionen in die Regionen, in denen die Kohle- und Gaskraftwerke stehen. Die CO2-freien Kernkraftwerke liefern in Deutschland bald keinen Strom mehr. Für Städte mit starkem Autoverkehr mag diese Verlagerung ein Vorteil sein. Nur hat das Klima nichts davon, nur die Stadtbewohner.
Die Nutzung der Batterien von Elektroautos für die Stabilisierung des Stromnetzes beruht auf der Vision, dass möglichst Millionen von E-Autos täglich an ihren häuslichen Ladestationen hängen und damit ihre Batterien für den Zugriff durch die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) bzw. ihre Stromversorger (EVU) zur Verfügung stehen – was erst einmal einen permanenten Datenaustausch über das Internet erforderlich macht. Dann könnten die ÜNB bzw. die EVU immer wenn die sog. „Erneuerbaren“ wegen Flaute, schlechten Wetters oder weil es Nacht wurde, wieder einmal fast keinen Strom liefern, die Millionen von E-Auto-Batterien als großen Stromspeicher anzapfen und sie zur Stabilisierung des Netzes wieder entladen.
Die Anforderungen an eine ausreichende Speicherkapazität im Netz sind jedoch enorm: Mindestens 50 TWh Kapazität (= 50.000 GWh = 50 Millionen MWh) müssten vorhanden sein, um eine vierwöchige Flaute im Winter überbrücken zu können. Derzeit haben wir 7.000 MW an Pumpspeicherleistung, die – bei vollen Speicherseen – das Netz gerade einmal für 6 Stunden unterstützen können.
Nach Prof Sinn (Vortrag im Dez. 2013) ist die ganze Idee unsinnig, Die von der Regierung bis 2020 erhoffte Zahl von 1 Million E-Autos würde – falls sie überhaupt als Speicher für das Netz zur Verfügung stehen – 6% der erforderlichen Speicherkapazität bringen. Für eine 100%ige Speicherung würde man 164 Millionen E-Autos brauchen, die ca. 254 Milliarden Euro kosten würden.

Kaum einer der Besitzer wird allerdings bereit sein, es per Netzanschluss und
Datenleitung dem Stromversorger zum Ausgleich von dessen Einspeisungs-
Schwankungen zu überlassen – also die Autobatterie je nach Bedarf der Versorger zu laden oder zu entladen. Denn dem E-Auto-Besitzer wird vom Hersteller sehr deutlich klar gemacht, dass die Lebensdauer seiner teuren Batterie zwar durchaus auch durch ihr Alter, jedoch vor allem durch die Anzahl der Lade-Entlade-Vorgänge bestimmt wird.
Wer sich auf die Benutzung seiner Antriebsbatterie als beliebig auf- und
entladbarer Speicher für seinen Stromversorger einlässt, verkürzt also die
Batterielebensdauer. Das hat sogar die Regierung Merkel I eingeräumt: Im
Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität von 2009 steht der oben bereits zitierte klare Satz „Die damit verbundene Reduzierung der Batterielebensdauer ist dem gegenüberzustellen.“
Das müsste zu ganz erheblichen Nutzungszahlungen der Stromversorger

führen, zu denen sie wohl kaum bereit wären. Auch wäre die Aussicht,  
morgens eine weitgehend entladene Batterie vorzufinden, kaum ein Anreiz.
Politiker sind zunehmend beratungsresistent und empfinden Sachargumente als kleinkarierte Quengelei und lästige Ablenkung von ihren Plänen zur Beglückung der Wähler.
Die Ministerien, die eigentlich auch die Aufgabe haben, die Regierung von unsinnigen Plänen abzubringen, sind mittlerweile in allen mittleren und oberen Etagen mit Parteibuch-Karrieristen und Mitläufern besetzt, von denen nur Vorschläge für Gesetze und Verordnungen erzeugt werden, die eine Unterstützung der Ideen „derer da oben“ bewirken sollen.

Die Regierung will mit der massiven Einführung von E-Autos also etwas für den „Klimaschutz“ tun. Es wird fest angenommen, dass E-Autos weniger CO2 produzieren als Benzin- oder Diesel-PKW. Dass mit dieser Annahme etwas nicht stimmt, ergaben bereits einfache Vergleichsmessungen, aus denen hervorging, dass Otto- oder Dieselmotoren kleinerer Leistung schon jetzt nicht mehr CO2 emittieren als die E-Autos.
Aber diese Bilanz wird für die Elektroautos noch schlechter; dafür hat die Regierung bereits gesorgt:
Weil die E-Autos weit überwiegend tagsüber genutzt werden, erfolgt die Aufladung ihrer Batterien nachts in der eigenen Garage. Niemand wird stundenlange Wartezeiten an öffentlichen Aufladestellen in Kauf nehmen. Nachts ist leider absolut kein Solarstrom im Netz – und ob sich etwas Windstrom im Strommix befindet, entscheidet das Wetter. Man kann den Erzeugungs-Diagrammen der gesamten installierten Windkraft entnehmen, dass im Durchschnitt der Nächte etwa 10% des Stroms aus der Steckdose von Windrädern erzeugt wird – der „Rest“ von 90% besteht überwiegend aus Braunkohlestrom – und bis 2022 auch noch aus Kernkraftstrom. Und weil die restliche Kernkraft ab 2022 per Gesetz abgeschaltet wird, bestehen die 90% des Auflade-Nachtstroms danach nur noch aus Braunkohlestrom. Damit sind die Elektroautos dazu verurteilt, die CO2-Emissionen
Deutschlands weiter zu erhöhen. Diese Bilanz wird mit jedem abgeschalteten Kernkraftwerk schlechter.

Der Glaube an das Elektroauto als umweltfreundliches Verkehrsmittel könnte sich somit sehr leicht in sein Gegenteil verkehren, wenn die abgeschalteten Kernkraftwerke in erster Linie durch Kohlekraftwerke – zum Beispiel aus Polen und Tschechien – und theoretisch durch Gaskraftwerke ersetzt werden, die aber durch die EEG-Subventionierung von Wind- und Solarstrom reihenweise zur Betriebsaufgabe gezwungen werden.. Ohne regenerative Energien aber wäre der grüne Plan ein Eigentor: Wenn aus der Steckdose neben Import-Atomstrom viel mehr Kohlestrom kommt, dann „ist jeder gefahrene Kilometer mit einem E-Auto deutlich CO2-intensiver als sein konventionell betriebenes Gegenstück“, erklärt Lino Guzzella, Professor für Thermotronik der ETH Zürich. Ein Großeinsatz von E-Autos würde den Klimawandel beschleunigen, statt ihn zu bremsen – falls die Theorie vom CO2 als das Klima beeinflussendes Spurengas überhaupt stimmt.

Und sie wird nochmals schlechter durch die von der EU beschlossene mehrfache Anrechenbarkeit von E-Auto-Verkäufen auf den für die Hersteller attraktiven und dann von Strafzahlungen befreiten Verkauf von mehr großen PKW und SUV’s.
Von „Klimaschutz“ kann bei Elektroautos also keine Rede sein…Fortsetzung im Teil II hier