Autonom und Elektro sind keine Allheilmittel gegen den Verkehrsinfarkt / Innovation Blog

Oft werden autonome und/oder elektrisch fahrende Fahrzeuge als ein wirksames Mittel gegen Staus und Verkehrsinfarkte in den Städten oder gar gegen die Klimaerwärmung genannt. Hierzu habe ich meine Gedanken in einem Kommentar in der Automobilindustrie 4/19 geteilt, die ich hier noch etwas weiter ausführe. 

M.E. ist es hilfreich die Energie zu betrachten, um eine Einschätzung der Möglichkeiten zu erhalten. Daher erstmal zu den Fakten:

  • Energiebedarf eines PKWs: 10-20 kWh (unabhängig von der Antriebsart, für E-Antrieb 18,3 kWh/100 km in der Praxis)
  • Wirkungsgrad Verbrenner: ~25% (Benziner) bis ~33% (Diesel)
  • Wirkungsgrad Elektroantrieb: ~90%
  • Wirkungsgrad Brennstoffzelle: ~60%
  • Wirkungsgrad Kohlekraftwerk: ~30-40%
  • Leistung Haushaltsteckdose: 3,6 kW (praktisch: ~2,5 kW)
  • Leistung Drehstrom: 10,5 kW (3x 16 A Absicherung)
  • Leistung Drehstrom: 21 kW (3x 32 A Absicherung)
  • Anteil regenerativer Energie in Deutschland: 38%
  • Spezifische Energiedichte Lithium-Ionen-Akku (2019): 130 Wh/kg
  • Spezifische Energiedichte Brennstoffzellensystem: 380 Wh/kg (inkl. H2-Tank, Brennstoffzelle und Batterie)

Nicht überraschend ist, dass der Betrieb eines E-Fahrzeug aus Kohleenergie einen sehr geringen Wirkungsgrad von unter 30% aufweist (Nutzwirkungsgrad Kohlekraftwerk ~35%, Leitungsverluste ~10%, Wirkungsgrad Elektroantrieb ~90%). Von dem ökologischen Wirkungsgrad mal ganz abgesehen.

Unter Berücksichtigung der Ladeverluste von ~10% ergeben sich folgende grobe, idealisierte Richtwerte für das Tanken von 100 km Reichweite:

  • Haushaltssteckdose: ~8h
  • 16A-Drehstromanschluss ~2h
  • 32A-Drehstromanschluss ~1h

oder mal andersrum betrachtet bedeutet 400 km Reichweite in 15 Min. tanken: 18,3 kWh/100km * 400 km / 0,25h = 293 kW bzw 322 kW (10% Verlust). Da braucht es schon mächtige Kabel die zumeist wassergekühlt sind.

Masse spielt für die Reichweite eine wahrlich gewichtige Rolle, da sie beschleunigt werden muss. Die Rekuperation (Energierückgewinnung beim Bremsen) ist stark verlustbehaftet. Die Lion-Batterie wiegt für 400 km Reichweite 18,3 kWh / 130 Wh/kg = ca. 560 kg. Ein Wasserstofftank für die gleiche Reichweite wiegt ca. 4 kg (Druck 700 bar) und hat eine Tankzeit von 3 Min. Hinzu kommt allerdings das Gewicht des Brennstoffzellensystems. Mit Zunahme der Reichweite wächst das Gewicht bei Lion-Batterien deutlich stärker als bei H2-Systemen (s. Abb).

 

Abb: Reichweiten-Gewichtsverhältnis unterschiedlicher Antriebssysteme, Quelle: DLR, 2014

 

Abb: Realer Energieverbrauch von E-Fahrzeugen (Quelle: Harnessing Big Data for Estimating the Energy Consumption and Driving Range of Electric Vehicles, 2016)

Um akzeptable Ladezeiten zu erreichen, braucht es Zugang zum Mittelspannungsnetz an der bevorzugten Ladestelle. Das sind jene Orte, bei denen das Fahrzeug sich länger aufhält, also zumeist zu Hause, bei der Arbeit und bei Reisen nahe der Autobahn. Nun wohnen in Deutschland fast 58% der Bevölkerung in Mietwohnungen. Wenn man sich die Parkdichte der öffentlichen Straßen in der Nacht ansieht gibt es offenbar nicht für jeden (oder nur für wenige) eine Garage mit Wallbox und 32A-Drehstromanschluss. Auch die Laterne ist angesichts der "dünnen" Kabel, die ja nur für die Beleuchtung gedacht waren, nicht geeignet.

Insgesamt wird offenbar, dass es immenser Investitionen in die Infrastruktur bedarf, d.h. i.W. in das Verbuddeln von Kabeln. Ob diese Investition angesichts der Endlichkeit von Lithium und dem in 10-15 Jahren zunehmenden Einsatz des Energieträgers Wasserstoff sinnvoll ist, muss hinterfragt werden. 

Abb: Blue map Scenario der International Energy Agency (IEA)

Hinzu kommt der Faktor Mensch bzw. sein Verhalten. Ich hatte dies bereits im Post EXPERT TALK: MOBILITÄT DER ZUKUNFT (11/18) gezeigt.

In Norwegen hat der Anteil E-Fahrzeuge 2018 gut 30% betragen. Im März 2019 lag der Anteil bei 57% der Neuzulassungen. Dort haben NACH dem Kauf eines E-Fahrzeugs 82% Menschen weniger den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) genutzt. Wenn ich mir ein solches Verhalten für Stuttgart, München, Hamburg etc vorstelle, so verursachen 5% E-Fahrzeuge mutmaßlich mehr CO2, NOx etc. Belastung, da das Mehr an Fahrzeugen auch die Verbrenner länger im Stau stehen lässt. Also "E" ist weder ein Mittel gegen die Verkehrsbelastung noch gegen den Klimawandel. Hinzu kommt, dass nach realistischen Berechnungen aufgrund der CO2 - und energieintensiven Herstellung erst nach 100.000 bis 150.000 Kilometern, also nach fünf bis zehn Jahren der ökologische Return on Investment erreicht wird. Daher ist es kein schnelles, wirksames  Mittel gegen die Klimaerwärmung.

Prof. Sertac Karaman vom MIT in Boston sagte im ARD-Beitrag "Der große Umbruch" (32:15), dass er überrascht wäre, wenn autonome Fahrzeuge in den nächsten 10 Jahren kämen, aber dass er genauso überrascht wäre, wenn sie nicht in 20 oder 30 Jahren kämen. Es braucht also noch ein bisschen. Aber auch autonome Fahrzeuge würden eher mehr Fahrzeugkilometer verursachen und damit keinen Beitrag zur Verkehrsentlastung bringen. Eltern werden ihre Kinder in einem solchen Fahrzeug zur Schule schicken. Das bedeutet 40 Kinder in je einem Mini-Van statt 40 Kinder in einem dreimal so langen Bus. M.E. wird durch autonome Fahrzeuge zwar Parkfläche frei, die wir zur Gestaltung von mehr Lebensqualität in Städten nutzen können. Die Straßen allerdings werden stärker frequentiert. Und da hilft auch kein Sharing oder Shutteling. Helfen können nur Lösungen, die mehrere Menschen in ein Fahrzeug bringen, ohne den Komfort der Individualmobilität zu schmälern. Autonome Fahrzeuge werden auf absehrbare Zeit sehr kostenintensiv sein, so dass sie nicht für jedermann erschwinglich sein werden. Somit werden diese Fahrzeuge geshared. Vielfalt und maßgeschneiderte Angebote sind gefragt, so dass auch der Einkauf im Möbelhaus, im Supermarkt oder die gepäckfreie Fahrt zum Arzt oder Friseur möglich sind.

Mein Fazit 1: Ganz so einfach ist die Welt nicht :) Selbst die Fakten oben sind sehr optimistisch angenommen, da bei den Angaben eine ohmsche Last ohne Blindleistung (bzw. Blindleistungsverluste, d.h. cosφ <0,9) angesetzt wurde. Die einseitige Förderung und Fokussierung auf den batterieelektrischen Antrieb (i.W. via Lithium-Batterie) ist viel zu kurz gesprungen. Es braucht eine je nach Anwendung geeignete Form des Antriebs mit Akkumulatoren, synthetischen und Bio-Kraftstoffen (Power Fuels) bis hin zu Wasserstoff. Und nicht zu vergessen ist der Zeitaspekt. Um nachfolgenden Generationen die Chance auf ein lebenswertes Leben auf unserem Planeten zu geben, brauchten wir rasch wirksame Mittel. Das batterieelektrisch betriebene Fahrzeug mit Lithium-Batterie ist ökologisch gesehen erstmal eine Belastung, die sich erst nach Jahren auszahlt - und auch nur dann, wenn die damit betriebene Mobilität aus regenerativen Energiequellen gespeist wird.

Abb: Gesamt CO2-Bilanz unterschiedlicher Antriebsarten, Quelle ADAC 2018

Mein Fazit 2: Es wird kein Weg an einer Verhaltensänderung vorbeiführen. Angesichts der globalen Wirkung, der aufstrebenden Mittelschicht in Asien und Afrika und der steigenden Weltbevölkerung unter der Randbedingung der internationalen Uneinigkeit und Uneinsichtigkeit - ein nicht triviales Problem.

Kommentar in der Automobilindustrie 4/19

MHPDeepDive (Webinar) vom 18.4.19 im MHP YouTube Channel (37:42) mit de zugehörigen Präsentationsunterlage auf Slideshare.

3 Kommentare

Pressemitteilung Shell von heute, 13.5.19:

 

SHELL STARTET MIT DEM BAU VON SCHNELLLADESÄULEN AN SEINEN TANKSTELLEN

 

"... Shell Schnellladesäulen mit einer Ladeleistung von 150 kW ..."

"... können dort zwei E-Fahrzeuge gleichzeitig mit 150 kW Strom für 100 km in rund sechs bis acht Minuten ..."

 

Gem. oben:

Beim Laden mit 150 kW wird das Fahrzeug in 4 Min mit 10 kWh (150 kW * 4/60 h) geladen. Abzüglich Leitungs- und Ladeverluste von mind. 10% bleiben max. 9 kWh. Unberücksichtigt bleibt die Blindleistung welche die max. einspeisbare Energie nochmals schmälert.

 

Ein Fahrzeug benötigt 10-20 kWh/100 km. Laut Studie aus Norwegen beträgt die real benötigte Leistung im Schnitt 18,3 kWh/100 km.

Die Presseangaben Angaben treffen die Realität nur zur Hälfte und müssten mind. verdoppelt werden.

 

Quelle: www.shell.de/medien/shell-presseinformationen/2019/shell-starts-building-fast-charging-stations-at-its-filling-stations.html


Hallo Oliver,

 

sehr guter Bericht und mehr als auf den Punkt gebracht. In Diskussionen mit unseren Kindern und deren Freunden, ist deren Generation bereits in einem Verhaltensveränderungsprozess. Beide Söhne haben kein eignes Auto mehr. Berlin und Hamburg sind für ein eignes Auto nicht mehr Effektiv - was Kosten & Zeit & Stress (Parken) betrifft. Auch beim Reisen werden effektive Überlegungen angestrebt.

 

Sehr guter Bericht Oliver - auch gute Werbung für MHP !!!!


Hey Olli,danke fuer diesen Bericht, spricht mir verdammt nochmal

Aus dem Herzen!!!(und frag nicht ,woher sonst noch....) DANKE!!! Schick es am besten als Virus

an unsere Regierung , dass sie es lesen muessen!!!!

 

Ich hoffe ansonsten das es Dir gut geht und Du als Golfer so geil

Bist wie als Anslyst .....

 

LG

Lars


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