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Inland, Wirtschaftspolitik

E-Auto gegen konventionellen Verbrenner – Analyse der Konsequenzen für Halter und Gesellschaft

von Sigrid Petersen/Gerd Stettin – Januar 2019 (V2)

Wie sieht eigentlich die Bilanz für die Umstellung auf 100% E-Mobilität aus?
Wir wissen nur, dass es teuer wird, aber was bedeutet das? Was bedeutet es für den Fahrzeughalter, was bedeutet es volkswirtschaftlich? In Zahlen! In Zahlen, die man sonst nirgens sieht oder hört.
Hier werden einmal die Kosten zusammengetragen, die für den Einzelnen und für die Gesellschaft bei einer Umstellung auf 100% E-Mobilität entstünden. Es wurde anhand von nachprüfbaren Daten und Zahlen zusammengeführt, welche Kosten auf uns zukommen und welche Umweltziele bezogen auf CO2-Einsparung tatsächlich erreicht werden. Es werden verschiedene Szenarien durchgerechnet, um aufzuzeigen in welchem Rahmen eine solche Umstellung sinnvoll,  bzw. wenig sinnvoll, ist. Dem Leser, der Leserin bleibt vorbehalten, zu eigenen Schlüssen zu kommen.

Um ein tadelloses Mitglied einer Schafherde sein zu können, muss man vor allem ein Schaf sein.
(A. Einstein)

Zusammenfassung

Am 13.12.2018 verkündete die energiepolitische Sprecherin der Grünen/Bündnis90, Annalena Baerbock, dass jeder Bürger in Deutschland neun Gigatonnen CO2 ausstoße1). Richtig wären neun Tonnen gewesen2), ein Verschätzen um den Faktor einer Milliarde liegt für Grüne eventuell im Rahmen der Messungenauigkeit.

Hinsichtlich der „verzapften“ Zahlen, bezogen auf erneuerbare Energien und E-Mobilität, liegt man nicht ganz so weit neben der Wirklichkeit, aber immer noch weit genug. Dem Konsens verpflichtete Politiker und Unternehmens“führer“ singen mittlerweile das hohe Loblied auf die E-Mobilität im Chor.

Dieses Papier stellt die Kosten der beiden automobilen Konzepte gegenüber. Neben den individuellen, vom Fahrzeughalter zu erbringenden Kosten bei den gegenwärtigen Energiepreisen, werden auch die volkswirtschaftlichen gegenübergestellt. Ungeachtet der Kenntnis der tatsächlichen Faktenlage über die Schädlichkeit dieses Gases wird, der momentan geführten Diskussion folgend, unter dem volkswirtschaftlichen Aspekt auch die veränderte Emission von CO2 beider Mobilitätsarten verglichen.

Das Papier referenziert alle Fundstellen im Anhang, Rechenwege sind bewusst einfach gehalten um die Nachvollziehbarkeit zu erleichtern. Aus diesem Grund ist manche Rechnung vereinfacht, aber stets zu Gunsten des E-Autos. Am schwersten fiel der Verzicht auf höhere mathematische Verfahren bei der Abschätzung notwendiger Speicherkapazitäten. An den grundsätzlichen Resultaten dieser Analyse ändert das nichts.

1         Anschaffungskosten, Verbrauch und Reichweite

Als Basis für die Betrachtung werden drei Fahrzeuge herangezogen, die als typische Vertreter dreier Automobilklassen, Kleinwagen-, Kompakt- und (gehobene) Mittelklasse, hinsichtlich Platzangebot und Preis angesehen werden können. Ausgewählt wurden:

Hinweis: Geplant waren Fahrzeuge, die in gleicher Karosserie mit beiden Antriebsarten verkauft werden. Für die oberen Fahrzeugklassen sind keine Daten verfügbar. Daher die Entscheidung für die beiden vergleichbaren Jaguar.

Die nächste Tabelle listet die für die Analyse benötigten Daten der Fahrzeuge.

Tabelle 2: Basisdaten der verglichenen Fahrzeuge

Für E-Autos sind die Daten aufgrund der geringen Verbreitung dieses Antriebs weniger verlässlich als für herkömmliche Autos. Zudem fehlt für viele die Erfahrung, wie persönliches Fahrverhalten und Verbrauch korrelieren. Die „Spritmonitor“-Statistik6) liefert Werte, die sich mit den eigenen Erfahrungen zur Deckung bringen lassen. Auch die dort angegebenen Maximalwerte (10,3 l für den VW Golf tdi) sind realistisch, wenn auch nur selten „machbar“. Für solche Verbrauchswerte benötigt man mehrere Stunden freie Fahrt bei hohem Tempo deutlich oberhalb der Richtgeschwindigkeit.

Die niedrigen Verbräuche für E-Autos laut Spritmonitor dürften dem wahrscheinlich derzeit bevorzugten Einsatzgebiet von E-Autos geschuldet sein. Als Kurzstreckenfahrzeug im Stadtverkehr, als Zweit- oder Drittwagen verwendet, spielt der Antrieb hier seine Verbrauchsvorteile aus. Da in diesem Papier jedoch der Umstieg auf E-Autos insgesamt betrachtet werden soll, zukünftig nach Willen der „Entscheidungsträger“ kein auf Langstrecken einsetzbarer Verbrenner mehr verfügbar ist, seien folgende Korrekturen erlaubt.

Der Energiebedarf steigt auch für E-Autos quadratisch zur Geschwindigkeit an7). Bei einer dem Durchschnitt entsprechenden Fahrweise ist also mit ähnlichen Zuschlag zu rechnen, wie er sich aus dem sehr sparsamen Eco-Test5) (Golf tdi: 3,8 l) und dem Spritmonitor-Durchschnitt6) ergibt
(Golf tdi: 5,6 l), nämlich (5,6/3,8) +47%.

Für eine längere Lebensdauer soll der Akku nicht vollständig geladen werden, den Ladevorgang bei 80% der Nennkapazität abzuschalten gilt als ideal8).

Außerdem schränkt die Temperaturempfindlichkeit die Kapazität weiter ein. Bei einem Test9) wurde gezeigt, dass sich die Batteriekapazität gegenüber dem bei 23° C gemessenen Wert um rund 10% bei -7° C verringert. Die Notwendigkeit von Heizung und Scheibenheizung bei diesen Temperaturen schränken die Reichweite weiter ein (um insgesamt bis zu 47%9)).

Im Alltagsgebrauch muss folglich für die E-Autos mit einer Verminderung der Reichweite gerechnet werden. Gegenüber den Herstellerangaben sind folgende Korrekturen notwendig:

Bei Verwendung als Allzweckmobil (nicht nur in der Stadt)      -32%

Bei schonender Behandlung des Akkus, Ausnutzung nur 80%        -20%

Bei Winterbetrieb                                               -7%

Tabelle 3: Reichweiten in der Praxis

2         Kosten für den Betreiber

Die nächste Tabelle stellt die Kosten zusammen, die gemäß Abschätzung des ADAC5) anfallen. Der ADAC rechnet mit einer jährlichen Fahrleistung von 15.000 km, etwas über dem bundesdeutschen Durchschnitt von 13.922 Kilometer pro Jahr (201710)).

Tabelle 4: Monatliche Kfz-Kosten für 15.000 km pro Jahr (Angaben in €)

Die Werte sind nach einem standardisierten Verfahren des ADAC ermittelt und erscheinen für den Alltagsbetrieb nicht ganz passend. Daher werden Berichtigungen durchgeführt, die im Folgenden begründet werden.

  1. a) Verbrauchswerte
  • Der Spritverbrauch wird auf die von Spritmonitor6) berichteten Werte angepasst. Der Mehrverbrauch geht mit den Durchschnittspreisen für 2018 für Benzin und Diesel11) in die Berechnung der Betriebskosten ein.
  • Um dem Alltagseinsatz (gegenüber der angenommen bevorzugten Verwendung im Nah- und Stadtverkehr) Rechnung zu tragen, wird der Verbrauch für die E-Fahrzeuge gegenüber den Eco-Test-Werten um den Faktor 1,35 erhöht (geschätzter Ausgleich im Sommer für Autobahnnutzung, im Winter für Heizung, siehe oben). Der Mehrverbrauch geht mit dem Stromdurchschnittspreis für 201812) in die Betriebskosten ein.
  1. b) Jahresfahrleistung

Die Fahrleistungen werden der Fahrzeugklasse angepasst:

Kleinwagen (VW UP):                                       10.000 km

Kompaktklasse (VW-Golf), bleibt:                          15.000 km

Gehobene Mittelklasse (Jaguar):                           20.000 km

Entsprechend erfolgt eine verhältnismäßige Korrektur für die Betriebskosten, die Werkstattkosten und den Wertverlust.

  1. c) Wertverlust

Die Verluste, die der ADAC5) für die E-Autos angibt, erscheinen deutlich zu niedrig und nur im höheren Anschaffungspreis begründet. Das ist aus Sicht der Berechnung auch insofern einleuchtend, da sich die Berechnungen nur auf die typischen Haltedauern (4-5 Jahre) beziehen. Anders als bei Motoren, deren durchschnittliche Lebensdauer für Alltagsfahrzeuge die des Fahrzeugs regelmäßig erreichen (über 200.000 km), ist das für die sehr teuren Batterien der E-Autos nicht der Fall.

Die Hersteller geben, wenn überhaupt, eine Garantie für 160.000 km13). Andere Quellen sprechen von einer Haltbarkeit eines Akkus von 8-10 Jahren14). Der Preis für einen Akku wird mit 200,-Euro pro kWh angesetzt15).

Die Schätzungen korrelieren gut mit der Batteriemiete für den Renault ZOE16). Sie beträgt monatlich 79,- bei einer Jahresfahrleistung von 12.500 km. Die Garantiegrenze von 160.000 km wird also nach 154 Monaten erreicht. In dieser Zeit fallen rund 12.000,- Miete an. Bei einer Batteriekapazität des ZOE von 41 kWh kommt man damit auf
12.000/41=300 € pro kWh. Abgezinst (Zinssatz 6% p. a.) erhält man
210 € pro kWh.

Tabelle 5 enthält die demnach gegenüber der ADAC-Angabe zu kalkulierenden Zusatzkosten für die Batterie. Die Tabellenspalten haben folgende Bedeutung:

Preis:       Kapazität * 200 € pro kWh

JFL:         Jahresfahrleistung: siehe oben

J160:        Zeit in Jahren bis 160.000 km (gedachter     Garantieablauf, Ende Lebensdauer Batterie) erreicht sind.

ND:          Nutzungsdauer Fahrzeug (Jahre bis zur Verschrottung)

Bk:          Monatliche Batteriekosten, berechnet:
(ND – J160)/8*Preis/(ND*12)

Beispiel für VW Golf-E: Nach Abzug des Garantieablaufs verbleiben 3,3 Jahre für die eine neue Batterie finanziert werden muss, also 3,3/10 Jahre Lebensdauer Batterie * Batteriepreis. Diese Kosten werden auf die Nutzungsdauer in Jahren und Monaten verteilt. > 0,33*7160€/168 Monate

Tabelle 6: Monatliche Rücklagen für Batterie

  1. d) Steuer

E-Autos sind derzeit minimal besteuert. Ein Äquivalent für die im Sprit enthaltene Mineralölsteuer (heute: „Energiesteuer) wird bei der Betankung eines E-Autos nicht erhoben. Insgesamt wird der „Staat“ zukünftig nicht daran denken, auf diesen Teil des Steueraufkommens zu verzichten (2017: 41 Milliarden Euro17)). Erkennbar wird dies an Überlegungen, ab 2027 eine Maut für alle Fahrzeuge und alle Straßen zu erheben18). Wie dies konkret geschehen soll, ist unbekannt. Deshalb wird einfach die Gesamtfahrleistung aller PKWs verwendet, um die „Kfz-Stromsteuer“ pro Kilometer zu berechnen:

Steuer [€/km] = 41 Mrd.€/(49 Mio. PKW10)*13.922 km/PKW10)) = 6 Cent/km

Mit den in a)-d) erläuterten Berichtigungen, lassen sich die zukünftig zu erwartenden Kosten für den Halter abschätzen.

Tabelle 7: Zu erwartende Kfz-Kosten (in €, bei akt. Strom-/Spritpreisen)

Betriebskosten:     Gegenüber Tabelle mit a) korrigierter Wert

b):                 10.000 km / 15.000 = 0,66, 20.000 km / 15.000 km = 1,47

Fix:                siehe Tabelle 4

Variable Kosten:    Werkstattkosten und Wertverlust aus Tabelle 4

Monatliche Kosten: (Betriebskosten + Variable Kosten) * b + Fix + c + d>

 

3         Umweltaspekte

In diesem Abschnitt wird untersucht, welche Auswirkungen die Umstellung auf E-Mobilität auf die Umwelt hat. Als Maß wird dazu der CO2-Ausstoss herangezogen. Es steht hier nicht zur Debatte, wie groß die schädliche Wirkung dieses „Klimagases“ auf die Umwelt wirklich ist.

Das Heranziehen von CO2 erscheint aber dennoch ratsam, da es ja die treibende Kraft hinter der „Energiewende“ ist.

3.1       Vergleich bei aktuellem Energiemix

Die folgende Tabelle zeigt die Anteile für 2017 nach Primärenergie, bezogen auf die Nettostromerzeugung. Insgesamt wurden 548 TWh Strom erzeugt19).

Tabelle 8: Stromerzeugung 2017 nach Primärenergie

Hinweis: NOx und Staub sind nur vervollständigt, sie werden im weiteren Verlauf nicht betrachtet. Wenn unter den hier behandelten Umweltaspekten auch die Kosten mitgeführt werden, dann um die Relation zwischen (Mehr-)Kosten und Effekt mit darzustellen.

Der Effekt auf die CO2-Bilanz durch Umstieg auf E-Autos bei gegenwärtigem Energiemix wird in der folgenden Tabelle dargestellt.

CO2 fällt natürlich beim Betrieb(1) an durch die Verbrennung fossiler Energieträger im Motor oder durch die Stromerzeugung, wie dargestellt in Tabelle 8.

Hinzugerechnet werden muss noch der CO2-Austoß, der bei der Herstellung einer (Ersatz-)Batterie anfällt20). Dieser Ausstoß rechnet sich nach der Kapazität der verbauten Batterie. Er wird auf 160.000 km umgelegt. Die Summe aus dieser Umlage und Betrieb(1) ergibt den CO2-Ausstoß Betrieb(2).

Tabelle 9: CO2-Ausstoß pro gefahrenem Kilometer bei aktuellem Energiemix

* CO2 Betrieb(2) = CO2 Betrieb(1) + Batteriekapazität * 170 kg/kWh / 160 tkm

3.2       Vergleich bei Ersatz herkömmlicher Kraftwerke durch EE-Kraftwerke (ohne Speicher)

Das vorige Kapitel hat gezeigt, dass der Umstieg auf E-Autos bei gegenwärtigem Energiemix den CO2-Ausstoß nicht verringert, bei Fahrzeugen der oberen Leistungs- bzw. Reichweitenklasse sogar vergrößert. Eine Einsparung muss also bei der Stromerzeugung gesucht werden.

Wann immer möglich, wird in dem diesem Kapitel zugrunde liegenden Szenario der Strombedarf aus erneuerbaren Energien gedeckt. Zur Überbrückung der „Dunkelflauten“ müssen folglich grundlastfähige Backup-Kraftwerke vorgehalten werden.

Die grundlastfähige Biomasse ist nicht ohne weiteres steigerbar, da schlicht nicht genug Primärenergie zur Verfügung steht (Anbaufläche).

Für die eingeschränkt grundlastfähige Wasserkraft gilt aufgrund der Topologie in Deutschland Ähnliches.

Nach der politisch erzwungenen Abschaltung der Kernkraftwerke verbleibt hinsichtlich des sogenannten Klimagases daher nur die nächstgünstige Alternative Erdgas als Backup.

Die folgende Tabelle zeigt dieses Szenario unter einer angenommenen, moderaten Erhöhung der grundlastfähigen EE-Kraftwerke auf insgesamt 15% Anteil. Der Photovoltaik-Anteil wird gleichbleibend mit 7% angenommen. Die restlichen 78% werden über Windkraftanlagen gedeckt.

Diese liefern nur Strom, wenn der Wind weht. Bezogen auf die Gesamtstromerzeugung beträgt der Anteil der (offshore) Windkraftanlagen somit 78%*(3.300/8760)=29,4%22), entsprechend den ermittelten Volllaststunden pro Jahr.

Tabelle 10: Stromerzeugung aus EE mit Erdgas-Backup

Analog zu Tabelle 9 wird der Effekt auf den Pkw-bedingten CO2-Ausstoß berechnet.

Tabelle 11: CO2-Ausstoß pro gefahrenem Kilometer, EE mit Erdgas-Backup

3.3       Vergleich bei Ersatz herkömmlicher Kraftwerke durch EE-Kraftwerke (mit Speicher)

Dieses Szenario betrachtet die vollständige Umrüstung auf EE-Kraftwerke wodurch die Emission des „Treibhausgases“ CO2 bei der Stromerzeugung auf ein Minimum gebracht wird. Da keine Backup-Kraftwerke mehr verfügbar sein werden, müssen Speicher für eine gewisse Grundlastfähigkeit sorgen.

Als Speicher wird in diesem Kapitel eine Batterie angenommen, es wird pauschal mit einem Verlust in Höhe von 30% für Laden und Entladen des Speichers gerechnet23). Andere Speicher (z. B. Power-to-Gas) machen für E-Mobilität keinen Sinn. Bevor man das „Gas“ wieder Strom wandeln würde, könnte man es auch in einem Verbrenner direkt und CO2-neutral verwenden.

Die Lücke, die das Gaskraftwerk aus obigem Szenario hinterlässt, wird ausschließlich über (offshore)-Windkraftanlagen geschlossen. Der Gesamtenergiebedarf wird dabei nur während der Volllaststunden gedeckt. Zusätzlich ist in dieser Zeit der Speicher aufzuladen, um den Speicherinhalt in windärmeren Zeiten wieder abrufen zu können. Entsprechend muss die installierte Leistung um den Faktor 1/(1-3.300/8.760)=158% erhöht werden22), also sind entsprechend mehr Windkraftanlagen zu bauen. Die Lade-/Entladeverluste von oben angesetzten 30% erhöhen diesen Faktor auf 158% / 0,7 = 226%.

Tabelle 12: Stromerzeugung aus EE mit Speicherbatterie

Die Auswirkungen bezogen auf den durch Autos verursachten CO2-Ausstoß verdeutlicht Tabelle 13 (deren Aufbau analog zu dem der Tabelle 9 ist).

Die Verschlechterung beim CO2 Betrieb(1) gegenüber dem Szenario mit Erdgas-Backup rührt vom immensen Ausstoß bei der Herstellung für die Speicherbatterien her (siehe Tabelle 12).

Tabelle 13: CO2-Ausstoß pro gefahrenem Kilometer bei EE-Stromerzeugung mit Batteriespeicher

4         Volkswirtschaftliche Aspekte

4.1       Speicherkosten für Strom

Die Investitionskosten richten sich natürlich nach der Dimensionierung des Speichers. Er sollte aus Kostengründen so klein wie möglich sein, dabei aber immer noch ausreichend groß, um die Stromversorgung auch bei länger währendem Ausfall („Dunkelflaute“) der nicht grundlastfähigen Kraftwerke (Sonne, Wind) zu sichern.

Diese Dimensionierung ist außerordentlich schwierig und endet letztendlich bei der Frage, welche Nichtverfügbarkeit der Stromversorgung von der Bevölkerung gerade noch akzeptiert wird.

Um die Mindestgröße eines Energiepuffers abzuschätzen, wird auf die längste „Dunkelflaute“ in jüngster Vergangenheit zurückgegriffen. Damals, im Januar 201724), ging der via Sonne und Wind erzeugte Anteil für 10 Tage auf 11% der installierten Nennleistung zurück (wohlgemerkt Nennleistung, die 11% beziehen sich also nicht auf den Stromenergiebedarf bzw. die gesamte Stromerzeugung!).

Jetzt müssen 78%-11%=67% (78% Windstrom, siehe Kapitel 3.2) der fiktiven, nur aus erneuerbaren Energien nach Abschaltung konventioneller Kraftwerke (siehe Szenario 3) aus Energiespeichern geliefert werden. Zudem muss die Zeit ausreichen, mit Überschüssen die Speicher wieder so weit zu füllen, dass sie der nächsten Dunkelflaute standhalten. Mit Volllaststunden nach einer „Dunkelflaute“ braucht man nicht zu rechnen. Die Wintermonate sind in Deutschland eher windarm25).

Rechnen wir mit 50% Auslastung nach dem Ende der Flaute, so wird, ausgehend von einer installierten Leistung von 226% nun ein Überschuss von 13% produziert. Nach rund 5 Tagen (67%/13%) anhaltendem Wind wären die Speicher wieder voll.

Nimmt man also an, dass eine „Dunkelflaute“ längstens 10 Tage dauert, danach der Wind mindestens wieder mindestens 6 Tage so weht, dass
alle(!) Windkraftanlagen bei mindestens 50% ihrer Nennleistung laufen bevor es zur nächsten „Dunkelflaute“ kommt, reicht ein Puffer aus, der 10/365 des pro Jahr erzeugten Stromes speichert.

Eine Batterie kostet 200,- €/kWh Kapazität15). Pro kWh des pro Jahr erzeugten Stromes kostet diese Batterie 200 €/kWh * 10/365 = 5,48 €/kWh. Die Batterie hat eine Lebensdauer von 8-10 Jahren14). Legt man den Preis auf die in acht Jahren erzeugte Strommenge um, erhält man
5,48 €/kWh / 8 = 68 Cent pro kWh.

4.2       Batteriebedingter CO2-Ausstoß

Solange die Batterieproduktion nicht voll auf erneuerbare Energien umgestellt werden kann, ist der darauf bezogene CO2-Ausstoß zu berücksichtigen.

Die Herstellung der Batterie verursacht 170 kg CO2 pro kWh Kapazität20). Mit den Faktoren aus vorigem Kapitel multipliziert, ist also eine CO2-„Belastung“ in Höhe von 170 kg/kWh * 10 / 365 / 8 = 582 g pro erzeugter kWh zu veranschlagen.

4.3       Kosten für die Energiebereitstellung

In diesem Abschnitt wird untersucht, was der Ersatz der heute vornehmlich eingesetzten Automobile mit Benzin- oder Dieselmotor auf elektrischen Antrieb für die Infrastruktur bedeuten würde. In den Szenarien des Kapitels 2 wurde dies noch nicht betrachtet. Es wurde nur dargestellt, was der Umstieg für einen Kfz-Halter bei heutigen Preisen bedeutet.

Die Bereitstellung des Stroms für die wenigen, aktuell betriebenen Elektroautos geht „im Rauschen unter“, vor allem solange wenigstens noch einige Atom- und Braunkohlekraftwerke in Betrieb sind.

Nach Abschaltung konventioneller Kraftwerke muss der Energiebedarf für die Automobile, die heute ja noch vornehmlich durch fossile Energieträger bewegt werden, von EE-Kraftwerken zur Verfügung gestellt werden.

Die folgende Beispielrechnung geht davon aus, dass das in dieser Menge nur von Offshore-Windkraftanlagen bewerkstelligt werden kann. Onshore-Windkraftanlagen scheiden aufgrund der geringeren Volllaststunden und des wegen des eingeschränkten Platzangebotes aus. Ebenso die anderen alternativen Energien aus den in Kapitel 3.2 dargelegten Gründen.

Der Fahrzeugmix soll beibehalten werden. Als Maß dafür wird der gegenwärtige Spritverbrauch herangezogen, in der Annahme, dass der Verbrauch gut mit Fahrzeugklassen korreliert (Familienauto mit Diesel, Van mit Diesel, Sportwagen mit starkem Benzinmotor usw.).

Natürlich sind die zu kalkulierenden Verluste für Verbrennungs- und Elektromotoren völlig unterschiedlich. Die für die Energieerzeugung allerdings auch. In Summe sind sie jedoch in ähnlicher Höhe26), so dass mit dem Primärenergieeinsatz gerechnet werden kann.

Bild 5: Gesamtwirkungsgrade bei Fahrzeugen mit Elektro- und
Verbrennungsmotor

In 2016 wurden folgende Treibstoffmengen verkauft27):

20,9 Mrd. Liter Diesel, Energiegehalt 10,4 kWh pro Liter,      217 TWh

25,3 Mrd. Liter Benzin, Energiegehalt 9,7 kWh pro Liter,       245 TWh

Summe                                                                                 462 TWh

4.3.1    Investitionskosten für das Szenario aus Kapitel 3.3

Um diese über Benzin und Diesel bereitgestellte Energie elektrisch ersetzen zu können, müssen Windkraftanlagen, wohlgemerkt zusätzlich zu den bereits heute vorhandenen, mit einer Nennleistung installiert werden, die den Strom innerhalb von 3.300 h (Offshore) im Jahr erzeugen22), also
462 TWh / 3.300 h = 140 GW. Zum Vergleich: der 2017 durch Wind erzeugte Nettostrom betrug knapp 104 TWh.

Pro kW installierte Leistung offshore werden derzeit 2.500 – 4.000 Euro28) veranschlagt. Es wird der Mittelwert (3.250,-) angesetzt.

Man erhält also Investitionskosten nur für die Windkraftanlagen in Höhe von 140 GW = 140.000.000 kW * 3.250 €/kW = 455 Milliarden Euro.

Hinzu kommen für diese Konstellation die Kosten für den Speicher, um auch bei „Dunkelflaute“ tanken zu können. Hierzu sind 68 Cent (siehe Kapitel 4.1) pro im Jahr zu liefernder kWh anzusetzen, also

462 TWh = 462.000.000.000 kWh * 0,68 €/kWh = 314 Milliarden Euro pro Jahr.

Realistisch wären für die Infrastruktur noch Kosten für die Infrastruktur, Verstärkung des Leitungsnetzes, „Tankstellen“ usw. hinzuzuaddieren. Es ist aber müßig, sind doch die bis hierher dargestellten Kosten immens.

4.3.2    Investitionskosten für das Szenario aus Kapitel 3.2

Das auf Erdgas-Backup ausgerichtete Szenario berechnet sich unter Verwendung der Daten aus Tabelle 10 und der oben dargestellten zu ersetzenden Energieträger wie folgt:

Die zu installierende WKA-Leistung beträgt 54%*462 TWh/3.300 h = 79 GW.

Kosten dafür sind gemäß 4.3.1 anzusetzen mit 79 GW * 3.250 €/kW = 257 Milliarden.

Hinzu kommen die Kosten für die Erdgas-Backup-Kraftwerke. Hierfür sind mindestens (ohne Reserven für Kraftwerksausfälle)
46%*462 TWh/8.760 h = 243 GW Leistung zu installieren.

Kosten fallen dafür in Höhe von 243 GW*400 €/kW29) = 97,2 Milliarden € an.

4.3.3    Berechnung der laufenden Kosten

Ausgehend von den zumindest zurzeit niedrigen Zinssätzen wird auf eine Zinsrechnung verzichtet.

Die in den beiden vorigen Kapiteln betrachteten Elemente, die als Stromlieferanten bei für den PKW-Bereich vollständige Umstellung zu installieren sind, haben folgende Lebenszyklen:

Windkraftanlage, offshore                             12-15 Jahre30)

Batterien                                                          8-10 Jahre14)

Gaskraftwerke                                               35-45 Jahre31)

Zieht man die Mittelwerte heran, erhält man die folgenden Abschreibungen pro Jahr.

  1. a) Szenario 2 (Erdgas-Backup)

Windkraftanlagen:   455 Mrd. € / 12,5 Jahre =  36,4 Mrd. €/Jahr

Gaskraftwerke:      97,2 Mrd. € / 40 Jahre   =   2,4 Mrd. €/Jahr

Summe                                            38,8 Mrd. €/Jahr

  1. b) Szenario 3 (Batterie-Backup)

Windkraftanlagen:          455 Mrd. € / 12,5 Jahre =  36,4 Mrd. €/Jahr

Batterien (Abschreibung im kWh-Preis enthalten) 314,0 Mrd. €/Jahr

Summe                                                                   350,4 Mrd. €/Jahr

Legt man diese Kosten auf die PKWs um (angemeldet zum 01.01.2018: 46,5 Millionen10)), erhöhen sich die Halterkosten zu Gestehungspreisen durchschnittlich um 834 € (Szenario 2) bis 7.526 € (Szenario 3) pro Jahr.

Die obigen Beträge lassen sich teilweise wie folgt gegenfinanzieren:

  • In Szenario 3 werden keine Kraftstoffe mehr benötigt. Bei einem durchschnittlichen Kraftstoffpreis ohne Steuern von rund 64 Cent können
    46 Mrd. Liter * 0,64 €/Liter = 29,5 Mrd. € gegengerechnet werden.
  • Für Szenario 2 gilt dies ebenso, jedoch müssen die Kosten für das Erdgas wieder aufaddiert werden. Der Erdgasanteil beträgt 48,6% (siehe Tabelle 10). Der durchschnittliche Preis für Erdgas betrug 2017 4,3 Cent/kWh (ohne Steuern). Gegenzurechnen sind also
    29,5 Mrd. € – 462 Mrd. kWh * 48,6% * 4,3 Cent/kWh = 19,84 Mrd. €.

Für die Umstellung auf einen EE-gestützten Individualverkehr verlangt Szenario 3 Anstrengungen in der Höhe eines Bundeshaushalts33). Diese Kosten werden zweifellos auf die einzelnen Kfz-Halter umgelegt. Was das für jeden einzelnen bedeutet, wird abschließend und anschaulich über die monatlichen Autokosten dargelegt.

Tabelle 14: Monatliche Kfz-Kosten in verschiedenen Szenarien (in €)

* Zur Berechnung des Verkaufspreises (VK) wurden die Stromerzeugungskosten mit heute geltenden Steuern und Abgaben beaufschlagt34).

** Nach Umstellung auf erneuerbare Energien werden verschiedene Abgaben hinfällig (z. B. Umlage gemäß EEG). Um die Preise nicht noch weiter ausufern zu lassen, wurde zur Berechnung des Verkaufspreises der Erzeugungspreis nur mit Umsatzsteuer, Stromsteuer und einem auf 7,1% reduzierten Netzentgelt34) beaufschlagt.

5         Schlussfolgerungen

  • E-Autos verfügen über Reichweiten, die den Nutzungskontext gegenüber herkömmlichen Pkw erheblich einschränken. Die diesbezüglichen Herstellerangaben stimmen mit der Praxis so wenig überein, wie die alten NEFZ-Verbrauchsangaben (Tabelle 3). Das Problem lässt sich mit aktueller Technologie nur durch größere Batterien lösen. Das damit verbundene Gewichtsproblem ist technisch ohne große Schwierigkeiten lösbar. Die Batteriekosten steigen jedoch immens (Tabelle 6), ohne dass die CO2-Bilanz stark verbessert werden kann (Tabelle 9).
  • Obwohl die CO2-Bilanz bei gegenwärtigem Energiemix verschlechtert wird (Tabelle 9), werden Halter von E-Autos stark zur Kasse gebeten. Selbst der ADAC weist Mehrkosten gegenüber Verbrennern von rund 20% aus (Tabelle 4). Rechnet man aktuelle Subventionen für E-Autos heraus, erhält man eine Kostensteigerung gegenüber Verbrennern von etwa 40% (Tabelle 7).
  • Bei aktuellem Energiemix ist der Umstieg auf E-Autos kontraproduktiv gegenüber der allgemein vertretenen Zielvorgabe, den CO2-Ausstoss zu verringern (Tabelle 9). Der Umstieg dürfte, wenn überhaupt, erst nach Umstieg in der Stromerzeugung forciert werden.
  • Die vollständige Versorgung der Pkw-Flotte mit Strom aus erneuerbarer Energie (Kapitel 3.3) führt zu keinerlei Einsparungen beim CO2-Ausstoß (Tabelle 13). Zudem sind die Kosten immens (Tabellen 12 und 14). Die Lösung ist nicht tragfähig, solange die Preise für die Batterieherstellung nicht unter 10% des heutigen Preises gefallen sind und die Produktionsprozesse deutlich CO2-neutraler gestaltet sind.
  • Die Mehrkosten für vollständige EE-Lösung übersteigt jeden vernünftigen Rahmen und liegt in der Höhe eines Bundeshaushalts, ist doppelt so hoch wie der Sozialhaushalt und liegt beim etwa 1,4-fachen der Rentenzahlungen. Die „Lösung“ bringt nicht einmal ökologisch etwas und ist darüber hinaus sozial völlig unverträglich (was sofort die Frage aufwirft, warum sie dennoch propagiert wird).
  • Nur die Variante, die die Stromerzeugung auf eine Kombination aus Windkraft und Erdgas-Backup stützt, stellt einen möglichen Weg in die Elektrifizierung des Individualverkehrs dar. Allerdings sind die Einsparungen an CO2 eher gering, die vielfach versprochene Reduzierung auf Null findet nicht statt (Tabelle 11). Die Reduzierung gegenüber konventionellen Antrieben liegt etwa bei 35% (ebenfalls Tabelle 11). Bezogen auf den gesamten CO2-Ausstoß der BRD liegt die Einsparung bei etwa 8% – die damit verbundene Steigerung der Kfz-Kosten von etwa 50% bzw. monatlich 200 € für einen VW Golf belastet vornehmlich die bereits stark gebeutelten mittleren Gesellschaftsschichten (Tabelle 14).
  • „Einsparungen“ am CO2-Ausstoß gemäß Variante 2 (Tabelle 11) könnten wesentlich günstiger und mit kurzen Übergangsfristen bewerkstelligt werden: effiziente Autos mit Verbrenner (Golf tdi) liegen in der CO2-Bilanz besser als schwere E-Autos (Jaguar I-Pace, siehe Tabelle 13). Die schweren Fahrzeuge könnten so verteuert werden, dass die Kosten der der E-Variante entsprechen (Tabelle 14). Der nicht durch den Preis abgeschreckte Fahrer darf sich immer noch über eine große Reichweite freuen (Tabelle 3). Der abgeschreckte steigt auf ein effizientes Automobil um.
  • Um Szenario 2 realisieren zu können, sind 462 TWh Strom „erneuerbar“ bereitzustellen (siehe Kapitel 4.3). Derzeit sind etwa 30.000 Windkraftanlagen in Betrieb, die 104 TWh liefern. Der Windkraftanlagenbestand wäre also, wohlgemerkt nur für den Antrieb von E-Autos, zu vervierfachen. Als Erdgas-Backup sind 50% des Transportvolumens der Nordstream2-Pipeline vorzusehen.
  • Das E-Auto hat seine Berechtigung in bestimmten Einsatzkontexten, der durch Kurzstrecke bestimmt ist (Tabelle 3) und daher mit einer kleinen, preiswerten (Tabelle 6)und in der Herstellung nicht CO2-intensiven Batterie (Tabelle 9) betrieben werden kann. Die überschaubaren Mehrkosten (Tabelle 14) lassen sich durch Verbesserung der Lebensqualität (z. B. Ruhe beim innerstädtischen Lieferverkehr wie Pizza, Post etc.) rechtfertigen. Solche Autos in Privatbesitz sind dann eher Zweit- und Drittwagen!
  • Für alle anderen Einsatzgebiete sind E-Autos nach dem Stand der Technik, also derzeit, eine Sackgasse, in der sie seit ihrer Erfindung vor über 100 Jahren stecken. Zu teuer in der Anschaffung (Tabelle 2), im Betrieb (Tabelle 14), zweifelhaft in der Umweltbilanz (Tabellen 9 und 11). Die gerade am Horizont erscheinende Power-to-Liquid-Technologie, die das Preis- und Reichweitenproblem fast CO2-neutral mit Verbrennungsmotoren lösen könnte, wird aus der Sachdiskussion um mögliche Zukunftsszenarien herausgehalten. Ob mangelndes technisch-physikalisches, ökonomisches Verständnis oder andere Interessen den Hype um die E-Mobilität begründen, bleibt hier offen.

Quellen- und Bildnachweis

  • Sendung „Maybrit Illner“, ZDF, am 13.12.2018
  • Umweltbundesamt, „Treibhausgas-Emissionen in Deutschland“, Wert für 2016
  • Herstellerangaben, nachgeschlagen auf den jeweiligen Homepages im Dezember 2018
  • Für die Reichweitenberechnung wurde als nutzbare Energie angesetzt: für Verbrenner der Tankinhalt abzgl. 3 Liter, für E-Autos 80% der Nennkapazität der Batterie.
  • Siehe Testberichte des ADAC: VW UP von 12/11, VW UP-E von 10/18, VW Golf von 11/13, VW Golf-E von 01/18, Jaguar F-Pace von 01/17, Jaguar I-Pace von 10/18. Es handelt sich also um Werte, die der ADAC zum Zeitpunkt des Erscheinens der Testberichte aktuell waren.
  • Spritmonitor ist eine Internetseite unter https://www.spritmonitor.de
  • Der Energiebedarf eines Fahrzeugs setzt sich zusammen aus „inneren“ Verlusten, dem Rollwiderstand und dem Luftwiderstand. Die ersten beiden Größen gehen linear zur Geschwindigkeit (doppelte Geschwindigkeit → doppelter Energiebedarf) in den Energiebedarf ein. Der Luftwiderstand steigt jedoch quadratisch mit der Geschwindigkeit (doppelte Geschwindigkeit → vierfacher Energiebedarf).
  • autozeitung, „Das muss man über Batterien für E-Autos wissen“ vom 16.11.2018
  • auto, motor & sport, „Bis zu 47 Prozent geringere Reichweite“ vom 30.01.2011
  • Kraftfahrbundesamt
  • https://de.statista.com, „Durchschnittlicher Preis für Superbenzin in Deutschland in den Jahren 1972 bis 2018“ bzw. „Durchschnittlicher Preis für Diesel in Deutschland in den Jahren 1972 bis 2018“. Für 2018: Benzin 1,455 €/l,
    Diesel 1,284 €/l
  • https://www.stromauskunft.de/strompreise/was-kostet-strom
  • Siehe z. B. Preisliste für VW Golf-E, Stand 12/2018
  • Siehe z. B. Preisliste für VW Golf-E, Stand 12/2018
  • Siehe 8), 2. Absatz
  • Preisliste Renault ZOE, Stand 11/2017
  • Statistisches Bundesamt, „Gesamtaufkommen aus umweltbezogenen Steuern“
  • auto, motor & sport, „Erste Vorschläge zur einheitlichen Europa-Maut“, 01.06.2017
  • Zahlen für 201732)

Bruttostromerzeugung                            655 TWh

– Eigenverbrauch (der Kraftwerke)         -107 TWh

= Nettostromerzeugung                         548 TWh

+ Stromimporte                                     26,9 TWh

= Stromaufkommen                            574,1 TWh

– Stromexporte                                      79,8 TWh

= verfügbares Aufkommen                 494,3 TWh

– Pumpenstromverbrauch                       57 TWh

= Bruttostromverbrauch                    437,3 TWh

– Stromnetzverluste                             27,3 TWh

= Nettostromverbrauch                       410 TWh

  • Linda Ellingsen et al., „Life Cycle Assessment of a Lithium‐Ion Battery Vehicle Pack“, veröffentlicht am 01.11.2011
    CO2 pro Liter Benzin:                                    2,33 kg
    CO2 pro Liter Diesel:                                     2,64 kg
    CO2 pro kWh, Energiemix wie Tabelle 10:    0,42 kg
  • http://windmonitor.iee.fraunhofer.de/windmonitor_de/4_Offshore/5_betriebsergebnisse/1_Volllaststunden/
  • Üblicher Rechenwert für den Wirkungsgrad beim Entladen ist 95%. Beim Laden hängen die Verluste von der Ladedauer ab. Der Wirkungsgrad reicht von ca. 90% bis 65% (Schnellladen). Zusammen liegt man zwischen 62% und 85% bzw. zwischen 15% und 38% für die Verluste.
  • Welt, „Die „Dunkelflaute“ bringt Deutschlands Stromversorgung ans Limit“ vom 06.02.2017
  • Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), „windenergie report deutschland 2011“
  • UPI Umwelt und Prognose Institut e.V., Bericht Nr. 79, „Ökologische Folgen von

Elektroautos“

 

Alle Bilder wurden unverändert übernommen:

Bild 1: Wikipedia, M 93, Attribution-ShareAlike 3.0 Germany (CC BY-SA 3.0 DE)

Bild 2: Wikipedia, Robert Basic, Attribution-ShareAlike 3.0 Germany (CC BY-SA 2.0)

Bild 3: Wikipedia, Charles01, Attribution-ShareAlike 3.0 Germany (CC BY-SA 4.0)

Bild 4: Wikipedia, Vauxford, Attribution-ShareAlike 3.0 Germany (CC BY-SA 4.0)

Bild 5: Stammt aus Bericht 79, UPI26)

 

 

 

 

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Diskussionen

5 Gedanken zu “E-Auto gegen konventionellen Verbrenner – Analyse der Konsequenzen für Halter und Gesellschaft

  1. 10.000 km/a, das entspricht einer Nutzung von 2,5%. Jeder Flottenmanager bei Easyjet etc, der das bringen würde, wäre reif für die Klapse. PKW, wie vorgestellt, ist ein kolossaler Schmarn, dabei sind Deutschlands Städte autogerecht gebaut, was gemäß innerer Logik des Kapitalismus, nicht funktioniert.

    Ich betreibe mit PKW Resourcen immerhin ein Wohnmobil, womit ich Zerbauung der Landschaft auch andernorts verhindere, und bringe es damit auf eine Nutzung bis zu 50%, also das 20-fache ! Verbrauch mit über 20 Jahre altem Bulli 8l/100Km. Jetzt habe ich zu 2000€ einen 30 Jahre alten Renault gekauft, der besseren Proportionen wegen, OK, es sind noch einige Investitionen nötig zur Erhaltung dieses Kulturgutes für die nächsten 30 Jahre.

    Und was CO² betrifft, bin ich auch für diese Religion untauglich, schon immer habe ich den Himmel mit Kant’s Blick erforscht.

    Liken

    Verfasst von zivilistin | 1. Oktober 2019, 23:40
  2. Das ist ein sehr schöner Artikel.

    Vor allem weil des Thema CO2 – Schädlichkeit oder Unschädlichkeit völlig ausgeklammert wurde.

    Damit wurde eine unbewiesene Behauptung aus dem Fokus gerückt und mit ausreichender populärwissenschaftlicher Genauigkeit das eigentliche Thema – Kosten und CO2-Menge – gut erklärt.

    Liken

    Verfasst von buecherfreund | 30. September 2019, 14:35
  3. alles zu überkompliziert., was vergessen wurde:
    1.anschaffungskosten können bei massenproduktion u. Lithium-ersatz (in zukunft ) bedeutend sinken
    2. Prod. von E-Auto erfordert nur 10 % der Teile eines Verbrenners = um 90 % einfachere Produktion
    3. 70 % aller Auto-Rep.-Werkstatt-Kapazitäten (und Umsätze ) werden mit dem Verbrenner gemacht.., d.h. minus 70 % Wartungskosten (nie mehr Ölwechsel, zahnriehmen usw )
    4. CO2 -theorie +die ganze Treibhaus-effekt-Theorie ist unbewiesen , gibt gegen-Theorie, das sich zu erst die Erde erwärmt (natürlicher Prozess ) +erst IN FOLGE das CO2 aus den Ozeanen freigesetzt wird

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    Verfasst von Tom | 30. September 2019, 13:59
    • Zu 1) Dass die Anschaffungskosten bei Massenproduktion sinken werden ist ohne Zweifel richtig, bedeutend? Komischerweise kostet ein VW e up heute immer noch um die 22.000,-€, zwar mit größerer Batterie, dennoch deutlich teurer als ein VW up mit ab 10.750,-€.

      Lithium-Ersatz? Eine nicht marktreife Technologie würde ohne staatliche Förderung nie den Markt erreichen, kein Unternehmen wäre so verrückt. Von diesem Ersatz wird bisher geträumt und immer wieder gibt es mal fette Schlagzeilen über einen vermeintlichen Durchbruch neuer Batterietechnologie, seit JAHR(EN)ZEHNTEN, und dann hört man nie wieder davon!
      Und! Eigentlich müssten die Batterien nicht billiger werden, sondern deutlich teurer!!! Denn Lithium wird mit massiven Umweltbelastungen verbunden gefördert (halt woanders, aber das interessiert ja nicht) und Kobalt wird für Stundenlöhne von wenigen Cent (8-16 cent) gefördert. Würden hier paritätische Preise gezahlt, wäre die E-Mobilität schon vor dem Start tot gewesen.

      Zu 2) die 10% beziehen sich max. auf den Ersatz des Motors durch die Batterie. Der Rest bleibt nahezu gleich.

      Zu 3) Wenn diese Zahl stimmen würde, wäre die Bilanz ja noch deutlich schlechter. Der derzeitige Bestand von E-Autos sind 1,9%!!! Das heißt, die Werkstätten müssten 98% ihres Umsatzes mit Verbrennern machen.
      Der Austausch eines Akkus soll heute bei einem E-Smart mit 17,5 kWh 17.000,- € kosten (https://www.focus.de/auto/elektroauto/gebrauchte-stromer-beim-elektro-smart-kostet-ein-akku-bis-zu-17-000-euro_id_10967064.html) (Neuteil) (8.600,-€ für ein Austauschteil, also schon gebraucht!)
      Das hört sich ja geradezu an wie in der Druckertechnik. Drucker günstig! Patronenaustausch schwe… teuer. Vielleicht füllt ja das die 30% Werkstattumsätze für Stromer?

      Zu 4) Stimmt wohl, und dennoch wird die Umrüstung auf E-Mobilität forciert und mit dem „CO2-Treibhauseffekt“ begründet!! Auch wenn es wie dargelegt nichts bringt.
      Dieses ist ein anderes Thema und war bewusst ausgespart, genauso die Förderbedingungen (Arbeitsbedingungen, auch Kinderarbeit) bei der Kobaltbeschaffung und die mit der Lithiumbeschaffung einhergehenden Umweltbelastungen (Absinken des Grundwasserspiegels, Zerstörung von Landschaften, Verdrängung von Ansiedlungen etc.pp.)

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      Verfasst von Sigrid | 1. Oktober 2019, 18:46
  4. „was sofort die Frage aufwirft, warum sie dennoch propagiert wird“. Diese Zahlen zeigen, dass hinter der CO2 Reduzierung nicht der Klimawandel steht, sondern eine politische Agenda, die offen formuliert niemals dem Wähler verkauft werden könnte. Die Folge dieser Umstellung auf E-Autos wird sein, dass ein großer Teil der Bevölkerung kein Auto mehr besitzen wird; die 40,6 Mio. angemeldeten KfZ werden auf 10 – 15 Mio schrumpfen. Dann wäre auch eine CO2 Einsparung und die Stromproduktion möglich. Gleichzeitig käme man dem politischen Ziel der Einführung eines Neo-Feudalismus näher, in dem sich die Eliten vollständig vom Gängelband der Wähler befreien können.

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    Verfasst von Jochen Becker | 30. September 2019, 13:48

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