E-Mobilität - Die Ruhe vor dem Strom | 13 Okt 17, felix.buche

Der Autonutzer von morgen will sicher von A nach B, mal elegant, mal preiswert, der eine „geshared“, der andere bei klassischem Eigentum, aber alle erwarten morgen 90% weniger CO2-Emissionen, eine viel niedrigere Unfallquote vergleichbar mit Flugzeug oder Bahn, schlanke Technik, bei möglichst geringen Kosten pro Km. Die serienreife Technik hierfür ist zum Greifen nahe und ein Konvergenzschub wird den Übergang noch beschleunigen.

Die Ruhe vor dem Strom

 

Wer hätte das gedacht, Solarstrom vom eigenen Dach ist heute billiger ist als Strom vom Versorger. Doch noch stellen wir keinen Run auf Solardächer fest. Ist das „die Ruhe vor dem Strom“? Vielleicht fehlt bisher noch ein Puzzleteil – die wirtschaftliche Speichertechnik, das richtige Businessmodell. Die Stromversorger bieten noch nicht viel dazu an, auch weil sie wenig Interesse daran haben. Wie beim Smartphone in der Telekommunikation oder mit Tesla im Automobilbau, werden aber andere kommen und den etablierten Markt aufmischen. Sobald Batterien preiswerter werden, kann man einen Teil der Energiewende auch ohne Stromversorger umsetzen.

 

China hat derweil 30% Überkapazitäten bei der Herstellung von Solarmodulen. Die Preise sind in 15 Jahren um 70% gefallen. Gleichzeitig hat man in Europa in den letzten Jahren zahlreiche Gas – und Kohlekraftwerke vorzeitig abgeschaltet, aufgrund von Überkapazitäten und Preisdruck auf dem Strommarkt, ausgelöst durch die Energiewende. Da sollten auch die Stromversorger bald motiviert sein, nach neuen Geschäftsmodellen zu suchen.

 

Die Hochleistungsbatterie im Elektroauto ist dabei eine komplementäre Technologie für eine gelungene Energiewende. Bevor man jetzt in die übliche Reichweitendiskussion verfällt, hier ein Tipp aus der Praxis: wer einmal im Leben ein modernes Elektroauto selbst gefahren hat, der verwirft alte Deckmuster. Ein schlichter Renault Zoe beschleunigt wie ein Golf GTI und ist leise wie ein 5er BMW. Wenn ein solches Modell in 5 Jahren 500 Km Reichweite hat und vor dem Shoppingcenter in 20 Minuten zu 80% auflädt, dann ist der Verbrenner im PKW nach über 120 Jahren tot. Herr Wissmann vom Verband der deutschen Automobilindustrie mag sagen, Diesel und Benziner haben noch Potential - zweifelsohne, so wie die Dampfmaschine und die elektrische Schreibmaschine auch. Eine Dampflock würde heute mit elektronisch geregelter Kohlenstaubfeuerung viel effizienter laufen als in den 1950ern. Auch elektrische Schreibmaschinen wären heute viel leiser, leichter und hätten einen Akku für die Reise, wenn Olympia in den 1980er alle Potentiale herausgeholt hätte.

Wen interessiert das heute noch.

 

 

Konvergenter Technologieschub wie vor 100 Jahren

 

Bei der Diskussion um E-Mobilität wird oft übersehen, dass wir derzeit in einer Phase wie vor ca. 100 Jahren sind, als sich in der entwickelten Welt die Elektrizität, das Telefon, das Automobil und das Flugzeug in weniger als 20 Jahren, fast gleichzeitig, aus der Konvergenz neuer Technologien, Materialien und Organisationsformen vom Tüftlerstadium zu alltagstauglichen Produkten entwickelt haben.

 

Heute sind es unter anderem die Konvergenz aus IT, Internet, GPS, Nano- und Materialtechnik, die auch preiswertere Solarenergie, leistungsfähigere Batterien und vernetzte Sensoren hervorbringen. Diese Techniken werden in Kürze einige Produkte auf das Abstellgleis der Geschichte stellen, wie einst das Pferdefuhrwerk, kürzlich das Telefax und Nokia-Handys und bald fossile Kraftwerke und kleine Verbrennungsmotoren.

 

Konvergenz bedeuten in diesem Zusammenhang, dass sich die Erfindung mehrerer bahnbrechender Technologien wie Multiplikatoren gegenseitig bestärken. So haben z.B. enorme Fortschritte in der Halbleiterproduktion, der Materialforschung und -Fertigung der letzten 30 Jahre geholfen, Solarzellen viel billiger, dünner, mit höherem Wirkungsgrad und einer längeren Lebensdauer herzustellen. Das Gleiche vollzieht sich gerade mit modernen Batterien: In nur 36 Monaten hat ein E-Golf 50% mehr Batteriekapazität hinzu bekommen, bei etwa gleichem Gewicht, Volumen und Preis. Und die Massenfertigung von Hochleistungsbatterien für PKW hat gerade erst begonnen.

 

Mit der Konvergenz aus Technologien kann zudem vermeiden werden, dass das Stromnetz zusammen bricht, wenn Hochleistungsladestationen aufgestellt werden, mit denen ein Elektroauto in einer Kaffeepause zu 80% nachgeladen werden kann. Wer zu Hause einen elektrischen Durchlauferhitzer betreibt, der hat schon heute den notwenigen Hausanschluss um zumindest in 60 Minuten den Strom für 100 Km Reichweite zu tanken. Fällt heute etwa der Strom aus, weil Ihr Nachbar zur gleichen Zeit duscht wie Sie und Millionen andere im Land? Intelligente Last- und Ladesteuerung, flexible Strompreise, gekoppelte Speicherkonzepte, geplante Lastabschaltungen können so zusammen spielen, dass der Strom zu bestimmten Uhrzeiten zwar teuer sein wird wie eine Flugticket am Freitagnachmittag, aber ausfallen wird er deswegen nicht.

Wenn in einem sehr rauen Winter in Marseille einmal strenger Frost herrscht und ganz Südfrankreich die Elektroheizungen aufgedreht hat, ist das stets eine heftigere Belastung für das Stromnetz als wenn jeder Haushalt ein Elektroauto hätte das intelligent gesteuert alle paar Tage einmal lädt. In Ländern mit vielen Elektroheizungen wird es an besonders kalten Wintertagen stets kritisch, aber sehr selten dunkel. Die Vorhersagen für Verbrauch und Wetter werden auch hier durch die Konvergenz von Technologie immer präziser und es steht zudem eine Kaskade an möglichen Reaktionen zur Verfügung. So hat der Netzbetreiber heute mehr Zeit sich auf den Ansturm auf das Stromnetz vorzubereiten. Flughäfen haben so schon vorbeugend ihre vorhandenen Notstromaggregate eingeschaltet, Industrien haben freiwillig Produktionsschichten verschoben und dafür eine Gutschrift vom Netzbetreiber bekommen. Schweizer Speicherkraftwerge wurden gebucht, um in der Verbrauchsspitze maximale Leistung nach Frankreich zu exportieren. Das ist ein schweizer Geschäftsmodell. Der Strom ist dabei nicht ausgefallen. Wo ein gemeinsamer Wille, ein drängendes Problem, ein lukratives Geschäft, da ist immer ein Weg zur Lösung.

 

Ein elektrischer Golf verbraucht im realen Betrieb ca. 15 kWh Strom auf 100 Km. Um diesen in einem modernen Gaskraftwerk[1] zu erzeugen, braucht man ca. 25 kWh Primärenergie, was 2,3 Litern Diesel auf 100 Km entspricht. Der CO2-Ausstoß pro Km ist selbst bei dieser Art der Stromerzeugung im fossil befeuerten Gaskraftwerk bei nur ca. 60 gCO2/Km. Mit Wind- oder Solarstrom sind es natürlich nahezu 0g CO2. In der Realität ist es ein Mix, je nach Jahreszeit.

 

Moderne Verbrennungsmotoren im PKW stoßen im Realbetrieb hingegen ca. 120 gCO2/Km aus. Die Tatsache, dass ein moderner Diesel gerade noch eine etwas bessere CO2-Bilanz aufweist als elektrisch mit 100% Kohlestrom zu fahren, ist eine Karikatur gegen das E-Auto aber kein wirklich überzeugendes Argument mehr. Europa wird bei einem leichten Anstieg des Stromverbrauchs durch E-Mobilität keine neuen Kohlenkraftwerke mehr bauen, nach dem die letzten neuen Blöcke dieser Art für die Betreibe eine halbe Investruine waren[2]. Kohlestrom ist nur noch dann rentabel, wenn er aus alten abgeschriebenen Kraftwerken kommt. Und ein gutes Risk Management rät Investoren heute dringend davon ab, auf 30 Jahre Amortisationszeitraum in alte Energietechnik zu investieren.

 

Für 30 000 Km Fahrleistung im Jahr braucht man ca. 5.000 kWh Strom, was heutige Solaranlagen auf dem Dach eines einzigen Einfamilienhauses erzeugen können[3], zu Kosten von ca. 10 Cent pro kWh, oder 10€ Stromkosten auf 500 Km! Selbstverständlich, Zwischenspeicher, teure Ladetechnik, ein gewisser Ausbau des Stromnetzes, all diese Kosten müssen je nach Ausgangslage und technischer Lösung noch hinzugerechnet werden. Am Ende sollte aber kaum das Fünffache heraus kommen wie heutzutage an der Zapfsäule.

 

 

Der Vergangenheit verhaftet

 

Heute werden tatsächlich noch Milliardeninvestitionen in die Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren für PKW getätigt, die letzten Dampfloks mit Ölfeuerung lassen grüßen. Dabei wird der Verbrenner im PKW unweigerlich von mehreren Seiten her in die Zange genommen werden:

·         Die Abgasnachbehandlung wird immer komplexer und teurer, durch eine neue realistischere Auslegung der Abgasnormen (Euro 6d). Diesel-PKW tanken zusätzlich synthetischen Harnstoff, Benzinmotoren (mit Direkteinspritzung) brauchen zukünftig noch einen Partikelfilter. Auch Hybridfahrzeuge sind davon betroffen und werden mit sinkenden Batteriekosten bald teurer sein als reine E-Autos.

 

·         Die CO2-Bilanz eines E-Autos verbessert sich nach dessen Auslieferung noch weiter, durch die fortschreitende Energiewende bei der Stromerzeugung. Hingegen verschlechtert sich mit dem Alter und der Laufleistung das Abgasverhalten eines Diesels[4].

 

·         An immer mehr Tagen und Stunden im Jahr wird es zukünftig eine Überproduktion von Wind- oder Solarstrom geben, der zu null Grenzkosten und damit zu Dumpingpreisen in den Strommarkt gedrückt werden wird. Die Anbieter oder Zwischenhändler werden für diese „Stromerzeugung zur unpässlichen Zeit“ früher oder später gezielt neue Anwendungen und Geschäftsmodelle suchen und finden. (z.B. ferngesteuertes Lademanagement bei E-Autos)

 

·         Die variablen Betriebskosten eines Autos mit Verbrennungsmotor liegen systembedingt viel höher als bei einem Elektroauto. Dieser Effekt führt heute schon dazu, dass regionale Paketzusteller trotz der noch teuren Batterien anfangen, aus betriebswirtschaftlichen Gründen auf Elektrofahrzeuge umzusteigen.

 

·         Noch hemmen Zweifel an der Langlebigkeit der Batterien das Vertrauen in E-Autos. Erste Feldrückmeldungen lassen aber darauf schließen, dass z.B. einem Tesla auch nach 200 000 Km meistens noch über 90% der Batteriekapazität bleiben, auch dann, wenn fast nur das Schnelladen genutzt wird. Sollten sich derartige Werte bestätigt, hätte ein E-Auto eine längere wirtschaftliche Lebensdauer als ein Auto mit Verbrenner.

 


 

Die philosophische Betrachtung

 

Bei der Lösung technischer Probleme hat die Menschheit immer wieder Berge versetzt, wenn die Lösung eines drängenden Problems oder die Verwirklichung eines Traumes zum Greifen nah waren. Vorausgesetzt, neue technische Möglichkeiten stehen zur Verfügung, es gibt die Geldgeber und die politischen Rahmenbedingungen stimmen.

 

Denn die menschliche Kraft, die kollektive Träume und Wünsche im Moment der Konvergenz entfalten, ist unermesslich.

 

Nur mit dieser Kraft ist zu erklären, wie ein von Stromknappheit und teuren Ölimporten geplagtes Frankreich nach der ersten Ölkrise in nur 15 Jahren pünktlich 60 Atomkraftwerke abliefern konnte, während man zu anderen Zeiten in anderen entwickelten Ländern schon mal die gleiche Zeit braucht, um nur einen einzigen funktionstüchtigen Flughafen zu bauen[5]. Mit ähnlicher Konvergenz aus Technologie, Geld und politischem Wille konnte der erste A380 leiser und sicherer als jedes andere Passagierflugzeug der Welt erst abheben. Länder sind mit ähnlicher Kraft in 20 Jahren aus Ruinen zur Blüte auferstanden und ein Entwicklungsland, das vor einem halben Jahrhundert noch Millionen von Hungertoten zu beklagen hatte, konnte so zu einer wirtschaftlichen Supermacht aufsteigen.

 

Der motorisierte Individualverkehr ist heute einer der größten Klimasünder und verursacht weltweit über eine Millionen Verkehrstote pro Jahr[6]. Das bezahlbare klimaneutrale Auto, das in 5 Sekunden Tempo 100 erreicht, dabei 80% weniger tödliche Unfälle verursacht[7] oder gleich autonom fährt, das 500 Km Reichweite hat und in 20 Minuten mit weitgehend regenerativ erzeugtem Strom wieder aufgeladen werden kann, ist zum Greifen nah.

 

Die Kräfte die gerade mobilisiert werden, sind umso größer, je weniger Puzzleteile für diesen Quantensprung noch fehlen. Die leistungsstarke und günstige Batterie braucht vielleicht noch einige Milliarden Euro Investitionen und 5 Jahre Zeit. Und weitere 10 Jahre später werden diese Batterien dann noch viel leistungsfähiger sein, so wie es bei unseren Computern in den letzten 15 Jahren der Fall war. Entscheidet ist, dass das Wettrennen eröffnet ist. So werden in Kürze „ökologische Feigenblätter“ an E-Autos mit 100 Km Reichweite bei 10 h Ladezeit von einer Welle des großen Geschäfts mit modernen E-Autos hinweggeblasen. VW, Daimler und Co sitzt neuerdings die Angst im Nacken, einen bedeutenden Teil der Wortschöpfung im Fahrzeugbau oder einen Markt Konkurrenten überlassen zu müssen, die bisher Smartphones entwickelten oder Laptopbatterien herstellten. Schon heute verkaufen sich in vielen Ländern Tesla S besser als Mercedes S oder 5er BMW.

 

Das Papperlapapp und die Nebelkerzen von Auto-Lobbyisten, die den Zusammenbruch des Stromnetzes vorhersagen, werden wir in 20 Jahren nur noch belächeln. Das französische Stromnetz ist bereits seit den 1990er Jahren ganz andere Lasten gewöhnt, aufgrund der sehr vieler Elektroheizungen  - alles keine unlösbaren Probleme, außer man will es gar nicht.

 

 

Seiner Zeit 100 Jahre voraus

 

Der elektrische Strom war uns eigentlich ein Jahrhundert voraus, verglichen mit der bis vor kurzem zu seiner Erzeugung eingesetzten Technik und der Methoden wie wir ihn verschwendet haben. Denn multifunktional einsetzbar lässt er sich verlustarm, lautlos, sicher und abgasfrei in riesigen Mengen über weite Strecken in vergleichsweise dünnen Leitungen übertragen.

 

Präzise kann elektrischer Strom mit nur 5 Watt ein empfindliches Smartphone laden. Glühend mit 20 KW erwärmt er in Sekunden Wasser auf 60°C. Über einen fingerdicken Oberleitungsdraht liefert er 8.000 KW um einen ICE mit 150-Tonnen auf Tempo 300 km/h zu beschleunigen. Die Elektrizität könnte eine Erfindung aus dem Jahr 2000 sein. Ganz im Gegensatz zu fossilem Treibstoff für den Verbrennungsmotor, bei dem es von der Ölförderung und Verarbeitung, über den Transport und das Einfüllen des Kraftstoffs bis zum Abgas aus dem Auspuff mehrmals „stinkt“, Unfall- und Umweltrisiken mit sich bringt und am Ende real nur gute ein Viertel der Energie tatsächlich an Vortrieb übrig bleiben. Selbst wenn man das mit allerlei modernen Hilfsmitteln heute etwas verbergen kann, so wird eben auch ein um nochmals 20% effizienterer Dieselmotor im Jahr 2025 statt heute 25% ganze 32% realen Wirkungsgrad aufweisen[8]. So kommt man aber nie an Elektromotoren und Akkus heran, die heute Wirkungsgrade von mehr als 90% aufweisen. Von daher ist auch synthetischer Kraftstoff aus Ökostrom als Retter des Verbrenners im PKW nur neuer Wein in alten Benzinschläuchen. Aufgrund der vielen Umwandlungsschritte ist dies nur für ganz bestimmten Anwendungen eine sinnvolle Alternative[9].

 

Beim PKW hat Tesla bewiesen was zu beweisen war, und die Wahl dieser Technik liegt finanziell, technologisch und zeitlich viel näher als ein Umweg über Synthesekraftstoffe. Wenn Herr Wissmann vom Verband der Deutschen Automobilindustrie sagt, man solle den Diesel jetzt nicht verteufeln „wir brauchen ihn noch“, dann hat er ganz sicher recht, sofern er mit „wir“ vor allem seine Vereinsmitglieder meint. Vielleicht denkt er auch an den (parallelen) Hybrid, bei dem der gute alte Explosionskraftwagen noch eine mittelmäßige Batterie und einen elektrischen Hilfsantrieb dazu bekommt. Aus der Zukunft betrachtet ist das eine Skurrilität wie jene Autos die auch schwimmen konnten aber weder ein gutes Boot noch je ein gutes Auto waren. Wenn überhaupt wird übergangsweise vielleicht andersherum ein Schuh daraus, ein E-Auto mit thermischem Range-Extender (Stromgenerator). Aber auch dann wird das (teil-)autonome ZEV (Zero Emission Vehicle) diese gesamte alte Technik bald hinwegfegen.

 

Der Autonutzer von morgen will sicher von A nach B, mal elegant, mal preiswert, der eine „geshared“, der andere bei klassischem Eigentum, aber alle erwarten morgen 90% weniger CO2-Emissionen, eine viel niedrigere Unfallquote vergleichbar mit Flugzeug oder Bahn, schlanke Technik, bei möglichst geringen Kosten pro Km. Erst dann ist das Auto nicht mehr vom letzten Jahrhundert und wird in anderer Form noch einmal 100 Jahre vor sich haben.

 

Wer diesen bevorstehenden Quantensprung in der individuellen Mobilität nicht wahr haben will, der droht auf einem toten Gaul sitzen zu bleiben, Milliarden in den Sand zu setzen und anderen das Geschäft zu überlassen.

 

 

Felix Buche

Consultant


New challenge requires new approach 




[1] Gaskraftwerke mit GuD / Combined Cycle haben ca. 65% realen Wirkungsgrad


[2] z.B. Kraftwerk Hamburg Moorburg


[3] Bei geeigneter Dachausrichtung und ohne Beschattung


[4] Das Gegenteil beleibt zu beweisen. Bisher gibt es dazu keine systematischen Felduntersuchungen unabhängiger Institute oder Behörden.


[5] Neuer Flughafen Berlin - Brandenburg.


[6] Gem. WHO


[7] Mit neuen Assistenzsystemen die das autonome Fahren ermöglichen, den Fahrer wahlweise auch selbst fahren lassen, in kritischen Situationen aber wie heute schon ABS und ESP zusätzlich mit autonomen Lenk- und Bremseingriffen übernehmen.


[8] Gemeint ist der Wirkungsgrad im realen Betrieb, nicht auf dem Motorprüfstand im Labor


[9]  evtl. im Flugzeug




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