Einführung/ Überblick

Ziel dieser Seite ist zu prüfen, ob massenhaft eingesetzte Elektroautos eine Mobilität ermöglichen, die dem Prinzip der Nachhaltigkeit genügt, insbesondere also möglichst wenig Treibhausgase und sonstige Schadstoffe erzeugt und nur im geringen Umfang nicht regenerierbare Rohstoffe verbraucht - und all dies zu Preisen, die Mobilität künftig nicht zu einem Privileg von Reichen werden lässt.
  

Spätestens seit der "Nationalen Strategiekonferenz Elektromobilität" am 25./26.11.08 gilt das Elektroauto als Hoffnungsträger in Politik und Wirtschaft. Bis 2020 bzw. 2030 sollen mindestens 1 bzw. 5 Millionen Elektroautos in Deutschland zum Einsatz kommen. Sie sollen dazu beitragen, den Treibhausgasausstoß und die Abhängigkeit von fossilen Energien zu verringern. Außerdem könnten die Vielzahl der Akkus in den Elektroauots in ihrer Gesamtheit wie ein flexibles Speicherkraftwerk wirken und künftig dazu beitragen, das stark schwankende Ökostrom-Angebot auszugleichen.
Um diese ergeizigen Ziele zu erreichen, sollen die bisherigen Aktivitäten in Politik und Wirtschaft zu einer Gesamtstrategie gebündelt werden, dem sog. "Nationalem Entwicklungsplan Elektromobiltät". Ein entsprechender Antrag wurde am 14.05.09 im Bundestag beschlossen.
 

Kritik aus Forschung
und Industrie

Kritik an diesem Konzept kommt einerseits von Experten aus Forschung und Industrie: Nach ihrer Einschätzung wird das Elektroauto noch viele Jahre ungeeignet für den Massenmarkt sein, weil die Akkus noch viel zu schwer und teuer sind und bisher nur rund 1000 Ladezyklen schaffen mit entsprechend hohen Verschleißkosten. Außerdem bieten sie pro Akkuladung nur eine Reichweite von 50 bis 200 km, je nach Umfang des Akku-Pakets und Gewicht des Fahrzeugs. Größere Reichweiten werden aktuell nur von extrem teuren und für den massenmarkt ungeeigneten Spezialautos erzielt, z.B. vom Tesla Roaster (Preis: ca. 100.000 €, Reichweite 350 km bei 55 kWh, für die 6831 Lithium-Ionen-Akkuzellen (450 kg) benötigt werden) oder der Sportwagen Audi e-tron (Preis: bisher unbekannt, 150 kW, Reichweite bis zu 250 km bei 45 kWh; Gewicht: 1350 kg), der ab 2012 ausgeliefert werden soll.
  

Kritik von
Umweltschutzgruppen

Andererseits kritisieren Umweltschutzgruppen wie z.B. Greenpeace den Hype um die Elektroautos. Weniger Treibhausgase als herkömmliche Autos erzeugen Elektroautos nur dann, wenn sie nicht mit dem bisherigen Strommix sondern mit Ökostrom aus Wind-, Solar- und Biokraftwerken sowie KWK-Anlagen betankt werden. Zwar sind die Ökostromkapazitäten in den vergangenen Jahren stark ausgebaut worden, sie reichen aber bisher noch lange nicht, um im Zuge einer Energiewende den Ausstieg aus der Atom- und Kohlekraft umzusetzen. Umweltschützer befürchten daher, dass die jetzigen großen Stromanbieter nur deshalb Elektroautos so stark propagieren, weil sie neue Absatzchancen für ihren Strom aus Atom- und Kohlekraftwerken suchen. So fordert die Atomlobby inzwischen immer stärker die Aussetzung des beschlossenen Atomausstiegs u.a. auch mit dem Argument, die Kernkraftwerke könnten preiswerten und klimafreundlichen Strom für die künftigen Millionen von Elektroautos erzeugen. Mit dem gleichen Argument propagiert die Kohlelobby den Ausbau von Kohlekraftwerken mit CCS-Technologie. Solche eine Energiepolitik würde jedoch die jetzige stark zentralisierte Struktur der Stromversorgung zementieren und die Energiewende verhindern, die aus Sicht von Umwelt- und Klimaschützern notwendig ist, um zu einer nachhaltigen Energieversorgung zu gelangen.
  

Nachhaltigkeitsbilanz

Aufgrund von hohem Preis und geringer Reichweite werden Elektroautos noch viele Jahre ein Nischenprodukt bleiben, ihr Beitrag zur CO2-Reduktion wird daher bis auf Weiteres marginal sein. Die jetzt noch extrem teuren Elektroautos etwa durch hohe Subventionen in den Markt zu drücken, ist nicht nachhaltig, da andere Methoden (s. Abschnitt Klimabilanz) weitaus wirksamer, deutlich preiswerter und vor allem schneller umsetzbar sind. Das Zeitargument wird um so wichtiger, je mehr die neuesten Ergebnisse der Klimaforschung die Befürchtung untermauern, dass die Klimaerwärmung schneller abläuft als bisher - etwa vom IPCC - prognostiziert wurde. So fordert der WBGU in seinem Sondergutachten 2009, dass Deutschland seine CO2-Emissionen bereits bis 2020 halbieren muss. Gemessen an diesem engen Zeithorizont kommen Elektroautos nach jetzigem Stand von Forschung und Entwicklung viel zu spät: Es ist unrealistisch, dass die Akku-Technik so schnelle Fortschritte macht, dass Elektroautos bis 2020 nennenswerte Marktanteile erreichen. Langfristig werden Elektroautos und andere elektrisch angetriebene Fahrzeuge einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Mobilität leisten können, kurz- und mittelfristig sind jedoch alternative Methoden (s. Abschnitt Klimabilanz) weitaus effizienter.

Begriffe /
Bezeichnungen

Schon seit einigen Jahren marktgängig sind sog. "Hybrid"-Autos: Sie werden angetrieben von einem herkömmlichen Sprit-Motor und ergänzend von einem Elektromotor mit Strom aus einer Batterie, die beim Bremsen aufgeladen wird. Je nach Ausmaß der Elektrounterstützung werden "mild hybrid" und "full hybrid" unterschieden. Falls die Batterie nicht nur beim Bremsen sondern auch aus einer Steckdose aufgeladen werden kann, spricht man vom "plug-in hybrid".
Bei einem "Elektroauto" (im engeren Sinn) übernimmt der Elektromotor alleine den Antrieb. Ein ggf. ergänzender Spritmotor dient dann nur noch zur mobilen Aufladung der Batterie zur Erhöhung der sonst stark eingeschränkten Reichweite.
   

Stromquelle

Der Strom für den Elektromotor kann prinzipiell auf zwei verschiedene Weise bereitgestellt werden: Durch einen Stromspeicher oder durch einen Stromgenerator, der aus einem Brennstofftank gespeist wird.

Stromgenerator

Bisher in Forschung und Erprobung ist vor allem die Brennstoffzelle, die Strom meist aus Erdgas oder Wasserstoff erzeugt. Vor einigen Jahren wurde noch der Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur propagiert. Bei der Erprobung in der Praxis erwies sich jedoch der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieb als zu teuer und vor allem als zu wenig energieeffizient, wenn die gesamte Infrastruktur, inbesondere die Erzeugung des Wasserstoffs, einbezogen wird. Immerhin ermöglicht diese Technik deutlich größere Reichweiten als die Stromspeicherung.
  

Stromspeicher:

Lithium-Ionen-Akku

Der Brennstoffzellenantrieb wird zwar noch weiter erforscht, die Hoffnungen gehen aber inzwischen mehr in Richtung Stromspeicherung in Akkus. Eingesetzt werden bisher die auch in Laptops verwendeten Lithium-Ionen-Akkus, die jedoch noch sehr schwer und teuer sind. Ein Akku mit einer Stromspeicherkapazität von 10 kWh (Energiegehalt von 1 Liter Sprit) wiegt mit erforderlichen Zusatzkomponenten rund 100 kg und bringt je nach Fahrzeuggröße eine Reichweite von etwa 50 bis 100 km. Soll eine Reichweite bis zu 200 km erreicht werden, entstehen Mehrkosten von derzeit noch bis zu rund 30000 € im Vergleich zu einem Auto mit herkömmlichen Antrieb.
Angesichts dieser Kosten sind Elektroautos noch weit davon entfernt, marktfähig zu werden. Erforderlich wäre ein bahnbrechender Fortschritt bei der Akku-Technik, der aber aus grundsätzlichen Überlegungen der Elektrochemie bei Lithium-Ionen-Akkus kaum wahrscheinlich scheint und auch bei anderen Stromspeichertechniken derzeit nicht absehbar ist.
  

Klimabilanz

Da der Elektromotor mit einem Wirkungsgrad von über 80 % weitaus effizienter ist als ein normaler Benzin- oder Dieselmotor und die Bremsenergie teils zurückgewonnen wird, verbraucht ein durchschnittliches Elektroauto pro 100 km nur rund 20 kWh (= 2 Liter Benzin), also 0,2 kWh/km, was im deutschen Strommix einen CO2-Ausstoß von rund 120 g/km verursacht. Hinzu kommen die Treibhausgase, die durch den Akku-Verschleiß entstehen: Laut Ökobilanz von Rolf Frischknecht 48 g/km. Wird das Elektroauto also mit dem normalen Strommix betankt, entstehen insgesamt 168 g CO2/km, also in etwa genau so viel Treibhausgas wie beim Verbrennungsmotor. Eine andere Treibhausgas-Bilanz auf Basis des aktuellen EU-15-Strommixes berechnet einen Treibhausgas-Ausstoß von 87g/km, wobei allerdings der Akku-Verschleiß nicht eingerechnet ist..
 
Nach optimistischen Branchenprognosen kann der Ökostromanteil bis 2020 auf 47 % gesteigert werden, d.h. die bis dahin anvisierten 1 Million Elektroautos werden dann immer noch etwa zur Hälfte mit Strom aus fossilen Energien versorgt, falls der Atomausstieg planmäßig fortgeführt wird. Nehmen wir mal optimistisch an, dass der CO2-Ausstoß beim Strommix und beim Akku halbiert werden kann, so folgt: 24 g + 300 g/ 5 = 84 g, ein CO2-Ausstoß, der schon jetzt von optimierten Benzin- und Diesel-PKW erreicht wird.
Nennenswert klimafreundlicher werden Elektroautos erst, wenn sie nur mit Ökostrom betankt werden, z.B. mit Off-Shore-Windstrom mit einem Treibhausgasausstoß von 23 g CO2 / kWh. Der Treibhausgasausstoß für das Elektroauto pro km (Akku + Strom) ist dann:  48 g + 23 g / 5 =   52, 6 g CO2.
Diese Rechnung bleibt allerdings fiktiv: Solange der Ökostromanteil im gesamten Verbundnetz unter 100 % liegt, gibt es keinen sog. "überschüssigen" Ökostrom, mit dem dann die Elektroautos versorgt werden könnten. Unsinnig ist auch, das gesamte Stromaufkommen in Ökostrom und Nicht-Ökostrom aufzuteilen und dann anzunehmen, die Elektroautos würden nur aus dem Ökostrom-Teil bedient. Der von den Elektroautos verbrauchte Ökostrom würde ja an anderer Stelle fehlen und dort zur Erhöhung des Nicht-Ökostroms führen. Für die Treibhausgasbilanz insgesamt wäre das eine Nullsummen-Rechnung.
  
Die CO2-Reduktion im gesamten Verkehrssektor durch die geplanten 1 Million Elektroautos wird extrem gering sein, denn wegen ihrer kurzen Reichweite werden sie überwiegend nur auf Kurzstrecken zum Einsatz kommen und ihr Anteil an den insgesamt gefahrenen Kilometern wird daher noch einmal deutlich kleiner sein als ihr Anteil am Fahrzeugbestand von rund 1 Mio/ 50 Mio = 2 %. Wird außerdem der vermutlich noch wachsende LKW-Verkehr mit einbezogen, verringert sich der CO2-Reduktionseffekt durch Elektroautos weiter.
Außerdem kommt er zu spät, um die Klimaerwärmung schnell genug abzubremsen. Technische Innovation, die den CO2-Ausstoß bei konventionellen PKW und LKW senken, wie z.B. effektivere Motoren, verringerter Luftwiderstand, Leichtlaufreifen, Leichtbauweise in Kombination mit verkehrspolitischen Maßnahmen zur Geschwindigkeitsbeschränkung und Verkehrsvermeidung würden ganz andere Dimensionen an CO2-Einsparung bei weitaus geringeren Kosten bringen und außerdem - was immer wichtiger wird - schnell umsetzbar sein.
   

Stromspeicherung
Speicherkraftwerk

Eine Vielzahl von Akkus in Elektroautos könnte in ihrer Gesamtheit wie ein flexibles Speicherkraftwerk wirken und künftig dazu beitragen, das stark schwankende Windstrom- und Solarstrom-Angebot auszugleichen: In Phasen von hohem Stromaufkommen, etwa bei kräftigem Wind, werden die Akkus aufgeladen, bei Windflaute wird der in den Akkus gespeicherte Strom wieder ins Netz eingespeist. Die in der Praxis realisierbare Pufferkapazität wird allerdings im Vergleich zum Bedarf durch das volatile Wind- und Solarstromangebot gering sein, wie folgende überschlägige Rechnungen zeigen.
Durchschnittliche Elektroautos haben eine Akku-Kapazität von rund 20 kWh, die allerdings nicht in vollem Umfang zur Strompufferung zur Verfügung steht. Gehen wir von einer Pufferkapazität von 15 kWh pro Elektroauto aus, so kann eine Flotte von 1 Million Elektroautos 15•10³ Wh • 10⁶ Wh  = 15 • 10⁹ Wh = 15 GWh speichern. Die Leistungsaufnahme des Akkus beträgt rund 2,5 kW, d.h. eine Akku-Aufladung von
15 kWh dauert 6 h. Da nicht alle Elektroautos über so einen langen Zeitraum ständig am Netz hängen, wird die in der Praxis tatsächlich realisierbare Pufferkapazität geringer sein. Setzen wir eine Kapazität von rund 10 GWh an, die 4 h lang zur Verfügung steht, erhalten wir eine durchschnittliche Leistungsaufnahme von 10 GWh / 4h = 2,5 GW für die gesamte Flotte, also wieder 2,5 kW pro Elektroauto, und es ergeben sich rein rechnerisch folgende Vergleichsbeispiele:

• Ein konventionelles Großkraftwerk (Atom- oder Kohlekraftwerk) hat eine maximale Leistung in der Größenordnung von 1 bis 1,5 GW. Eine Flotte von 1 Million Elektroautos kann also über einige Stunden im Durchschnitt etwa 2 Großkraftwerke ersetzen.
• Deutschlands größtes Wasserkraftwerk, das Pumpspeicherwerk Goldisthal, hat eine Leistung von 1,06 GW = 42,4 % von 2,5 GW. Diese Leistung kann 8 h lang abgerufen werden, die Speicherkapaziät beträgt also 1,06 GW • 8 h = 8,48 GWh, also knapp die Kapazität von 1 Million Elektroautos.
• Die in Deutschland eingespeiste Windkraft-Leistung schwankte z.B. 2007 zwischen etwa 0,5 und 19 GW. Soll z.B. 1/3 dieser Leistungsschwankung, also rund 6,2 GW, über einige Stunden gepuffert werden, müssen dazu 6,2 GW / 2,5 kW = 2,5 Millionen Elektroautos gleichzeitig am Netz hängen und noch genügend aufladbar sein. Die gesamte Leistung aller bisherigen Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland beträgt ca. 6,7 GW, liegt also nur etwas über den angenommen Pufferbedarf von Windstrom.
• Laut dem "Schwarmstrom"-Konzept von Lichtblick/ VW sollen 100.000 sog. "ZuhauseKraftwerke" ein virtuelles hochflexibles Kraftwerk mit einer maximalen Leistung von 2 GW bilden, was also knapp der Pufferkapazität einer Flotte von 1 Mio Elektroautos entspricht.
• Der gesamte durchschnittliche Stromverbrauch Deutschlands pro Tag im Jahr 2007 betrug rund 638 TWh/365 = 1,75 TWh = 1750 GWh = 10 GWh • 175, war also durchschnittlich 175 mal so groß wie die Pufferkapaziät von 1 Mio Elektroautos.

Akku-Verschleiß

Zurzeit schaffen Akkus etwa 1000 Ladezyklen. Ein Akku mit einer Ladekapazität von 20 kWh kostet aktuell bis zu 20000 €. Gehen wir sehr optimistisch davon aus, dass diese Kosten von bis zu 20 € pro Akkuladung in den nächsten Jahren um den Faktor 4 (z.B. Verdopplung der Ladezyklen durch technischen Fortschritt; Halbierung des Preises durch Massenproduktion) verringert werden können. Dann verursacht jede Akku-Ladung aber immer noch hohe 5 € Verschleißkosten.
  

Regelenergie-
Kosten pro kWh

Wie im Abschnitt "Stromspeicherung" berechnet, beträgt die Pufferkapaziät einer Flotte von 1 Million Elektroautos rund 10 GWh, pro Elektroauto also 10 kWh. Die Bereitstellung dieser 10 kWh als Regelenergie verursacht folgende Kosten:
2 € für die Stromerzeugung in einem Kraftwerk + 5 € Akkuverschleiß = 7 €.
Selbst wenn die Kosten für die Stromerzeugung z.B. bei sehr großem Windstrom gegen 0 gehen, verbleiben immer noch die hohen 5 € für den Akkuverschleiß.
1 kWh dieser Regelenergie kostet also 0,5 bis 0,7 €, was im Vergleich zu konventioneller Regelenergie (Pumpspeicherkraftwerk, Erdgas-Kraftwerk) teuer ist.
  

Fahrtkosten
pro Kilometer

Der Akku-Verschleiß ist auch der Grund für die vergleichsweise hohen Fahrtkosten.
Beim Benzinauto (7 l/100 km) kostet der Sprit rund 9 €/100 km, ein vergleichbares Elektroauto verbraucht ca. 20 kWh/100 km, die beim aktuellen Strompreis (0,2 €/ kWh) rund 4 € kosten, also weniger als die Hälfte eines Benziners. Dieser deutliche Kostenvorteil verkehrt sich jedoch ins Gegenteil durch die Abnutzung des Akkus: Selbst unter sehr optimistischen Annahmen (s. Abschnitt "Akkuverschleiß") verursacht jede Akku-Ladung immer noch mindestens 5 € Verschleißkosten. Die Fahrtkosten sind dann mit 9 € /100 km bereits so groß wie die eines Benzinautos, wobei noch keinerlei Steuern berechnet wurden.
Bei einer Vielzahl von Elektroautos müsste der Fahrstrom allerdings besteuert werden, um die Einnahmeausfälle aus der Mineralölsteuer (ca. 0,65 €/l Benzin) im Staatshaushalt zu kompensieren. Würde sich solch eine Fahrstromsteuer z.B. am Energiegehalt (10 kWh = 1 Liter Benzin) orientieren, kämen pro 100 km noch 2 x 0,65 € hinzu. Insgesamt betragen die Fahrkosten dann 10,30 €/100 km.
Diese Art der Besteuerung wäre allerdings aus Sicht des Staates keinesfalls kostendeckend: Bisher besteuert er beim Benziner eine 100 km-Fahrt mit 7 x 0,65 € = 4,55 €, eine am Energiegehalt orientierte Fahrstromsteuer brächte aber nur 1,30 €. Soll die Fahrstromsteuer aufkommensneutral zur Mineralölsteuer sein, müssten 20 kWh mit 4,55 € besteuert werden. In der Summe ergäben sich also Fahrtkosten von 13,55 €/100 km, also 50,6 % mehr als die 9 € beim Benzinauto..
Da Stromkosten + aufkommensneutrale Besteuerung pro 100 km schon 8,55 € ergeben, müssten die schon optimistisch kalkulierten Akkuverschleiß-Kosten von 5 € auf etwa 0,45 € gesenkt werden, damit die 9 € Kosten eines Benziners erreicht werden. Die aktuellen Verschleißkosten von 20 € pro Akkuladung müssten also um mehr als den Faktor 40 gesenkt werden. Derart drastischer Fortschritt bei der Erhöhung der Ladezyklen und Preissenkung bei Massenproduktion ist aber derzeit nicht in Sicht.
  

Fahrzeugkosten

Sollen Elektroautos einen nennenswerten Beitrag zur nachhaltigen Mobilität leisten, müssen sie massenhaft zum Einsatz kommen. Bisher (Stand: 1.9.09) gibt es jedoch nur ein Elektroauto, das in größerer Serie gebaut und verkauft werden soll: der japanische Konzern Mitsubishi will seinen iMiev ab 2010 für rund 34000 € verkaufen. Die Regierung Japans will den iMiev mit umgerechnet 11000 € bezuschussen, in Tokio will die Regionalverwaltung noch weitere 4000 € drauflegen, so dass der Preis in etwa dem eines gut ausgestatteten Kompaktwagens entspricht. In Deutschland soll über die Subventionierung von Elektroautos erst nach der Bundestagswahl (27.09.09) entschieden werden.
Nachtrag (15.01.10): Der Chevrolet Volt (General Motors) bzw. Ampera (Opel) soll ab Nov. 2010 in Kalifornien zu kaufen sein. Experten schätzen den Preis auf 40000 $. Ein vergleichbares Auto mit konventionellem Motor kostet ca. 15000 $.

zur Geschichte des
Elektroautos

Das Elektroauto war gegen Ende des 19.Jahrhunderts einige Jahrzehnte weit stärker verbreitet und angesehen als das Benzinauto. In der USA um 1900 z.B. betrug ihr Anteil 38 %, fast gleichauf mit den Dampfwagen (40 %) und sehr viel mehr als die Benziner mit nur 22 %. In den Städten waren Elektrotaxis beliebt, Benziner wurden als stinkend und unkomfortabel von vielen abgelehnt. Erst durch den Ausbau der Überlandstraßen geriet das Elektroauto wegen seiner geringen Reichweite immer mehr ins Hintertreffen und das Benzinauto setzte sich auf den längeren Strecken auch wegen seiner leichten und schnellen Betankbarkeit nach und nach durch.
Ironischerweise brachte dann ein Elektromotor das schnelle Ende der Elektroautos: Eine neue Erfindung, nämlich der elektrische Anlasser, erübrigte das Ankurbeln der Benziner, eine bis dahin verhasste kräftezehrende Tortur, die viele überforderte. 1912 kamen in den USA die ersten Modelle mit dem neuen Anlasser auf den Markt und Benziner wurden immer beliebter, zumal ihre bis dahin sehr geringe Zuverlässigkeit im Zuge technischer Weiterentwicklung allmählich stieg. Das Elektroauto geriet fast ein Jahrhundert ins Abseits und damit auch zukunftsweisende Entwicklungen, wie z.B. zwei bahnbrechende Erfindungen des jungen Technikgenies Ferdinand Porsche: der elektrische Radnabenmotor (erster transmissionsloser Antrieb: der sog. Lohner-Porsche war eine der Hauptsensationen auf der Pariser Weltaussstellung 1900)  und der Hybridantrieb, der eine wesentliche Schwäche des Elektroautos, nämlich seine geringe Reichweite, verringern kann.