Grenzen der Elektromobilität

Der fünfte und letzte Teil der Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ lotet die Grenzen der Elektromobilität aus.   

Meilensteine und Fahrplan der Schweizer Klimapolitik für die Zeit nach 2020 gemäss Entwurf des Bundesrates.

In seiner Botschaft zur Totalrevision des CO2-Gesetzes nach 2020 legt der Bundesrat die nächste Etappe der Schweizer Klimapolitik fest. Sein Fahrplan sieht eine Reduktion der schweizweiten Treibhausgasemissionen (CO2) um 70 bis 85 Prozent bis ins Jahr 2050 vor und strebt nach 2050 die Klimaneutralität an. Sprich in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts würde die Schweiz keine CO2-Emissionen mehr verursachen. Damit dies gelingt, müssen die Treibhausgasemissionen in allen Sektoren rasch reduziert und nach 2050 auf null gesenkt werden. Die Mobilität auf den Strassen (Personenwagen und Güterverkehr) zieht in der Schweiz mehr als einen Drittel der gesamten CO2-Emissionen auf sich. Eine substanzielle Reduktion in diesem Bereich ist für die Schweizer Klimapolitik daher von grosser Bedeutung. Im Durchschnitt sind die CO2-Emissionen pro Fahrzeug in den letzten Jahren bereits zurückgegangen, obwohl noch grossmehrheitlich Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren (Benzin und Diesel) auf der Strasse unterwegs sind. Grund dafür ist der technologische Fortschritt und die zunehmende Hybridisierung, wie beispielsweise bekannt vom Toyota Prius. Diese CO2-Reduktion ist aber viel zu gering, um das weitere Mobilitätswachstum zu kompensieren, so dass die Gesamtemissionen seit 1990 gestiegen sind. Um die vom Bundesrat skizzierten Klimaziele zu erreichen, müssen Verbrennungsmotoren daher durch eine CO2-ärmere Antriebstechnologie ersetzt werden. Wie in den letzten Berichten dieser Serie gezeigt, kommt genau an dieser Stelle die Elektromobilität ins Spiel. Nur mit einer raschen Marktdurchdringung der Elektromobilität können die Schweizer Klimaziele im Bereich Mobilität erreicht werden. Doch sind Elektrofahrzeuge die einzigen „Heilsbringer“ der Klimapolitik oder gibt es Alternativen?

 

Wasserstoff-Zukunft?

Tatsächlich gibt es mit dem Brennstoffzellenantrieb eine Alternative zur Elektromobilität. Brennstoffzellenfahrzeuge werden mit Wasserstoff (H2) an speziellen Tankstellen per Zapfschlauch betankt. Die im Fahrzeug verbaute Brennstoffzelle fungiert als bordeigenes „Kraftwerk“ und wandelt den Wasserstoff in Strom um. Der Antrieb des Fahrzeuges erfolgt dann wie beim Elektroauto über einen Elektromotor. Da Brennstoffzellenfahrzeuge aber Wasserstoff und nicht Strom „tanken“, gehören sie per Definition nicht zu den Elektrofahrzeugen. Der Wasserstoff wird im Fahrzeug in einem Tank aufbewahrt. Brennstoffzellenfahrzeuge haben zudem eine Batterie, unter anderem zur Energierückgewinnung bei Bremsvorgängen und zur Optimierung der Energieflüsse. Der Hauptvorteil ist die hohe Energiedichte von Wasserstoff. Im Vergleich zu Elektrofahrzeugen weisen Brennstoffzellenfahrzeuge daher eine grössere Reichweite bei gleichzeitig tieferem Gewicht vor. Allerdings ist der Brennstoffzellenantrieb viel ineffizienter als jener eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs. Wären Mitte Jahrhundert alle rund 5,5 Mio. Personenwagen in der Schweiz Elektrofahrzeuge, bräuchte es dafür rund 7 TWh Strom (ca. 11% des heutigen Stromverbrauchs der Schweiz). Würden jedoch alle Personenwagen Mitte Jahrhundert mit Brennstoffzellen angetrieben, müssten dafür mehr als 20 TWh Strom zusätzlich produziert werden. Die Schweizerische Stromnachfrage stiege um mehr als 30%. Der Grund weshalb der Stromverbrauch beim Umstieg auf Brennstoffzellenfahrzeuge steigt, liegt bei der Herstellung (Elektrolyse) des in den Fahrzeugen benötigte Wasserstoffs, welche viel Strom braucht.

Zurzeit gibt es erst drei Brennstoffzellenfahrzeuge auf dem Markt und praktisch keine Wasserstoff-Tankstellen. 2016 existierten auf der Welt lediglich 260 Wasserstoff-Tankstellen. Für Elektrofahrzeuge gibt es alleine im Raum Zürich über 200 öffentliche Lademöglichkeiten. Auch im Betrieb sind Brennstoffzellenfahrzeuge um ein Vielfaches teurer als Elektrofahrzeuge. Überzeugt aber der Hauptvorteil der Brennstoffzellenfahrzeuge – die signifikant grössere Reichweite und die deutlich kürzere Betankungszeit – so sehr, dass sie die aktuell führende Position der Elektrofahrzeuge noch streitig machen und zukünftig doch vermehrt auf Wasserstoff gesetzt wird? Aktuell deutet im Bereich der Personenwagen nichts darauf hin, denn diese Vorteile haben sich aufgrund der Marktreife der Elektrofahrzeuge in den letzten Jahren bereits deutlich reduziert. Der Mercedes GLC mit Brennstoffzellenantrieb fasst der Tank 4,5 Kilogramm Wasserstoff. Damit kommt er auf eine Reichweite von rund 400 km. Viel mehr als sechs Kilogramm Wasserstoff wird aber kaum in einem Personenwagen Platz finden – aus Gründen der Crash-Sicherheit, da unkontrollierter Wasserstoff hochexplosiv ist. Die entsprechende Alltagsreichweite von rund 600 Kilometer werden Elektroautos mit der nächsten Batteriegeneration möglicherweise auch bieten. Auch bei der Tankgeschwindigkeit schmilzt der Vorsprung des Wasserstoffantriebs rapide. Schnellladestationen mit 150 Kilowatt Leistung bringen Elektroautos in einer Viertelstunde wieder auf Trab.

Im Bereich der Personenwagen ist es daher unwahrscheinlich, dass sich Brennstoffzellenfahrzeuge gegen Elektrofahrzeuge doch noch durchsetzen werden. Die Anwendungsbereiche für Brennstoffzellen verschieben sich aktuell zu immer grösseren Fahrzeugen. Dort wo grosse Mengen Wasserstoff sicher on-board gelagert werden können und damit grosse Reichweiten möglich werden, finden Brennstoffzellenfahrzeuge ihren Platz im zukünftigen Mobilitätssystem. Also in Langstrecken-Bussen, Lastwagen oder anderen Nutzfahrzeugen.

 

CO2-freie Mobilität

Im internationalen Schiff- und Flugverkehr, welcher zunehmend relevant wird in der Klimapolitik, werden sich nach aktuellem Kenntnisstand weder der batterie-elektrische noch der Brennstoffzellenantrieb durchsetzen. An ihrer Stelle könnten zukünftig synthetische Kohlenwasserstoffe in Erscheinung treten und die CO2-freie Zukunftsmobilität komplettieren. Synthetische Kohlenwasserstoffe sind eigentlich nichts anderes als klimaneutrales Kerosin, welches aus Strom, Wasser und Biomasse hergestellt wird. Während Brennstoffzellen-Lastwagen und mit synthetischen Kohlenwasserstoffen betriebene Flugzeuge noch Zukunftsvisionen sind, ist die Elektromobilität im Personenwagen bereits Realität.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Grenzen der Elektromobilität

Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Der vierte Teil der Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ geht der Frage nach, ob sich Elektrofahrzeuge finanziell lohnen und ob sie sicher und alltagstauglich sind?  

In der Schweiz gibt es bereits zahlreiche öffentliche Ladestationen, an denen Elektroautos geladen werden können. Verschiedene Akteure investieren zurzeit in den Aufbau der Ladeinfrastruktur. Quelle: lemnet.org

Beim Autokauf zählen Preis, Marke, Design und Zuverlässigkeit zu den entscheidenden Kaufargumenten für den Konsumenten. In Sachen Design gehören die aktuell verfügbaren Elektrofahrzeuge zu den Trendsettern. Bereits heute bieten zahlreiche Automarken einige Elektrofahrzeuge an. Bis 2020 wird praktisch jede Automarke verschiedene Elektroautos anbieten, so dass beim Autokauf auch die Marke kein Kaufhindernis mehr sein wird. Doch wie schneiden Elektrofahrzeuge in Sachen Preis und Zuverlässigkeit im Vergleich mit Benzin- und Dieselfahrzeugen ab?

 

Günster als ein Dieselfahrzeug?

Elektrofahrzeuge sind heute in der Anschaffung meistens (deutlich) teurer als vergleichbare konventionelle Fahrzeuge. Im Betrieb sind Elektroautos aber bedeutend günstiger als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Hauptgründe sind die geringeren Service- und Unterhaltskosten sowie die deutlich tieferen Treibstoffkosten (Strom vs. Benzin/Diesel). Die Gesamtkosten über die Nutzungsdauer fallen daher schon heute in vielen Fällen zu Gunsten der Elektroautos aus. Besonders dann, wenn das Fahrzeug viel gefahren und/oder lange gehalten wird. Die Kostenvorteile zeigen sich vor allem bei Klein- und Mittelklassewagen. Im Luxussegment gilt dies nicht unbedingt. Ein Tesla S ist auch über die gesamte Lebensdauer leicht teurer als ein vergleichbarer Mercedes E-Klasse (Diesel).

 

Erhöhtes Brandrisiko?

Elektrofahrzeuge sind avantgardistisch und über die gesamte Nutzungsdauer billiger als konventionelle Fahrzeuge. Mit der zunehmenden Verbreitung elektrischer Fahrzeuge rückt die neue Technologie auch in den Fokus der Rettungskräfte. Wie bei Benzin- und Dieselmotoren ist der Energieträger auch beim Elektromobil der Knackpunkt bei einem Unfall. Während bei den Verbrennungsmotoren vor allem austretende Treibstoffe eine Brandgefahr darstellen, bergen beim Elektrofahrzeug der mögliche Stromschlag und die mögliche Selbstentzündung der Lithium-Ionen-Batterien die Gefahren. Die Stilllegung des Stromkreislaufs, um einen Stromschlag zu verhindern, ist daher der erste Schritt für Rettungskräfte nach Ankunft bei der Unfallstelle. Moderne Elektromobile haben zwar eine Notabschaltung, die den Hochvoltkreislauf bei einem Unfall deaktiviert. Doch Rettungskräfte haben gemeinsam bereits einen Notfallplan für den Fall erarbeitet, dass die automatische Abschaltung nicht wie gewünscht erfolgte. Ein weiteres Risiko ist die Selbstentzündung der Batterie. Dies kann bereits am Unfallort geschehen, aber auch erst in den Folgetagen weit weg vom Unfallort. Analysen des Allianz Zentrums für Technik zeigen aber, dass bei serienmässigen Elektro- und Hybridfahrzeugen kein erhöhtes Brandrisiko gegenüber Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb besteht. Fängt eine Batterie eines E-Mobils aber einmal Feuer, gilt landläufig die Befürchtung, dass der Brand nicht gelöscht werden kann. In verschiedenen Tests haben Rettungskräfte aber gezeigt, dass durch enormen Wassereinsatz ein solcher Brand unter Kontrolle gebracht werden kann. Geregelt ist der Umgang mit Batterien von Elektrofahrzeugen nach einem Unfall allerdings nicht. Polizei, Feuerwehr, Ambulanz und weiter Akteure arbeiten aktuell aber an Vorschlägen. Elektrofahrzeuge sind bereits heute so sicher wie herkömmliche Fahrzeuge. Insgesamt sind Elektrofahrzeuge relativ sogar um ein Viertel seltener in Unfälle verwickelt. Allerdings sind im Falle eines Unfalls die Kosten aber um rund 25 Prozent höher. Das liegt auch daran, dass noch nicht jede Werkstatt für die Reparatur eines E-Mobils optimal ausgerüstet ist.

 

Über 2‘300 öffentliche Ladestationen

Moderne Elektrofahrzeuge sind praktisch zu 100 Prozent vergleichbar mit herkömmlich angetriebenen Fahrzeugen. Das trifft auf die Performance, auf den Fahrkomfort, das Platzangebot und die Sicherheit zu. Grosse Unterschiede bestehen heute noch bei der Reichweite und der Ladeinfrastruktur. Während Benzin- und Dieselfahrzeuge heutzutage gut und gerne 800 Kilometer Reichweite vorweisen, beträgt sie bei den heute verfügbaren Elektroautos im besten Fall die Hälfte. Die Reichweite der E-Mobile wird sich in den nächsten Jahren allerdings weiter erhöhen, so dass die 500-Kilometer-Marke in Griffweite rückt. Immer mehr Reichweite ist zudem nicht nur vorteilhaft. Dafür braucht es immer schwerere Batterien, was wiederum den Energieverbrauch der Autos belastet, bei gleichzeitig sehr hohen Grenzkosten. Mittelfristig liegt das Batteriegrössen-Optimum daher bei einer realen Reichweite von 300-400 Kilometer. Die reduzierte Reichweite muss aber kein Hindernis sein, denn die Schweiz verfügt über eine bereits gut ausgebaute Ladeinfrastruktur. Schweizweit waren gemäss der online Plattform lemnet.org bereits über 2‘300 öffentlich zugängliche Ladestationen registriert. Alleine in der Region Zürich sind rund 350 Ladestationen installiert, welche von allen genutzt werden können. Die meisten dieser Ladestationen bieten eine Ladeleistung von 11 oder 22 Kilowatt an. Hier muss das Elektrofahrzeug 1 bis 2 Stunden oder länger stehen und geladen werden, um substanziell nachzuladen. 50 Ladestationen im Raum Zürich bieten eine Ladeleistung von 40 Kilowatt oder mehr an. So kann bei einer Ladedauer von 30 Minuten (z.B. während dem Einkaufen oder einer Verpflegungspause) 100 Kilometer Reichweite nachgeladen werden. Zukünftig wird sich die Ladeleistung an den Ladesäulen deutlich erhöhen. Geplant sind Ladestationen mit 100 bis 150 Kilowatt Ladeleistung, sodass innert Minuten bedeutend nachgeladen werden kann. Investitionen haben und werden vor allem von Energieversorgern getätigt, um neue Geschäftsfelder zu erschliessen. Aber auch Einkaufszentren, Hotels oder Restaurants bieten Ladestationen an, um den Comfort ihrer Kunden zu erhöhen.

 

Fazit: Elektrofahrzeuge sind in praktisch allen Belangen vergleichbar mit herkömmlichen Fahrzeugen. Die bereits vorhandene öffentliche Ladeinfrastruktur in der Schweiz, welche aktuell deutlich ausgebaut und verstärkt wird, macht Elektrofahrzeuge bereits heute alltagstauglich.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Der erste Teil der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ zeigt die grossen Herausforderungen, welche mit der stetig wachsenden Mobilitätsnachfrage und der steigenden Anzahl Autos auf uns zukommen.

 

Weltweit gibt es heute mehr als 1,2 Milliarden Motorfahrzeuge, davon sind über 900 Millionen Personenwagen. Diese Zahl wird voraussichtlich bis 2035 auf 2 Milliarden steigen. Damit sind grosse Herausforderungen verbunden: Die verkehrsbedingten Emissionen von CO2, Luftschadstoffen und Lärm steigen weiter an und die Abhängigkeit von Erdölimporten nimmt weiter zu.

 

Mobilität bald Haupttreiber der CO2-Emissionen?

Die Mobilität auf den Strassen zieht in der Schweiz mehr als einen Drittel der gesamten CO2-Emissionen auf sich. Dieser Anteil ist in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen, denn die CO2-Emissionen aus Brennstoffen (in Haushalten, Industrie und Gewerbe) sind seit 1990 stark rückläufig, währenddessen die Emissionen aus Treibstoffen für die Mobilität weiter angestiegen sind. So dominierten die CO2-Emissionen aus Brennstoffen die CO2-Statistik der Schweiz vor 30 Jahren noch klar und waren rund anderthalbmal so hoch wie jene der Mobilität. In den letzten Jahren emittierten Brenn- und Treibstoffe aber fast gleichviel CO2. Um nationale und internationale Klima-, Energie- und Umweltziele zu erreichen, müssen die CO2-Emissionen zwingend auch im Verkehrssektor deutlich sinken. Zwischen 2008 und 2016 sind die CO2-Emissionen aus Treibstoffen zwar um rund 8% zurückgegangen. Grund dafür sind Emissionsvorschriften für Neuwagen, welche die Branche mit einer zunehmenden Hybridisierung der Fahrzeuge bewältigte. Trotzdem liegen die CO2-Emissionen im Verkehrssektor aber nach wie vor 5% über dem Wert aus dem Jahr 1990. Der Verkehrssektor gilt deshalb als Sorgenkind der Klimaschutzpolitik. Eine zusätzliche Herausforderung sind die ständig steigende Mobilitätsnachfrage und ein kontinuierlich wachsender Fahrzeugbestand. Zudem beeinflusst der hohe Wohlstand in der Schweiz die Fahrzeugwahl. So kaufen die Schweizer immer grössere, schwerere und stärkere Autos, und diese verbrauchen natürlich mehr Energie als ihre kleineren Artgenossen. So lag der Allrad-Anteil an den neu zugelassenen Personenwagen im Januar 2018 erstmals über 50%, wie au Daten von auto-schweiz hervorgeht. Die Herkulesaufgabe ist also klar: Deutlich sinkende CO2-Emissionen im Verkehrssektor erreichen, trotz mehr und stärkeren Autos bei gleichzeitig steigendem Mobilitätsbedürfnis.

 

Elektromobilität als Lösung?

Wie soll diese Herkulesaufgabe gelöst werden. Die Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren und die Hybridisierung haben in den letzten Jahren zwar dazu geführt, dass der Benzin- und Dieselverbrauch reduziert werden konnte, doch die Fortschritte reichen bei weitem nicht aus, um die CO2-Emissionen ernsthaft zu reduzieren. Auch die Nutzung nachhaltiger Treibstoffe bleibt wichtig. Es scheint aber klar, dass die Skalierung dieser Biotreibstoffe beschränkt ist. Die Welt kann nicht 900 Millionen Personenwagen mit Biotreibstoffen aus Zuckerrüben, Gülle und Altholz betreiben, da einerseits Nutzungskonflikte mit der Nahrungsmittelindustrie auftreten und andererseits zu wenige biogene Abfälle anfallen. Für den Massenmarkt braucht es andere Lösungen.

Entwicklung der CO2-Emissionen aus Brenn- und Treibstoffen in der Schweiz. Die witterungsbereinigten CO2-Emissionen aus Brennstoffen (rot) sanken seit 1990 deutlich während diejenigen aus Treibstoffen über den Werten von 1990 liegen.

Die Elektromobilität kann ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu einer klimafreundlichen und umweltschonenden Mobilität sein. Im Betrieb sind Elektrofahrzeuge emissionsfrei und vermeiden daher Treibhausgase und Luftschadstoffe. Zudem sind sie deutlich leiser als Autos mit Verbrennungsmotoren. Elektromobilität ermöglicht darüber hinaus, heimische, dauerhaft verfügbare Energie aus erneuerbaren Quellen anstelle des knapper und perspektivisch teurer werdenden Erdöls im Verkehr einzusetzen. Die Politik ist sich dieser Chance bewusst und verschärft europaweit die Emissionsvorschriften für neue Personenwagen. Die Schweiz übernimmt dabei die Vorschriften der EU (neuer Zielwert: 95 g CO2 pro km im Jahr 2021). Ohne Elektrofahrzeuge sind diese schärferen Vorgaben nicht mehr zu erfüllen. Gleichzeitig droht diversen deutschen Städten wegen überschrittenen Stickoxid-Grenzwerten eine Klage durch die EU-Kommission. Auch hier würde die Elektromobilität durch ihren lokal emissionsfreien Betrieb Abhilfe schaffen. Ehe jedoch die intensive Liebesbeziehung zwischen Mensch und Auto auch die Elektromobilität einschliesst, müssen Fahrzeugauswahl und Batterie-Reichweite vergrössert, die Fahrzeugpreise gesenkt und die Lademöglichkeiten kundenorientierter gestaltet werden.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Herkulesaufgabe für die Elektromobilität