Einleitung
Elektrofahrzeuge sind keine Erfindung unserer Zeit, sie gibt es etwa genauso lange, wie Fahrzeuge mit Benzinmotoren. Als 1885 Carl Benz seine dreirädrige Motorkutsche vorstellte und Gottlieb Daimler unabhängig davon 1886 seine vierrädrige, waren in Paris schon seit 1881 elektrisch betriebene Wagen unterwegs. Es waren die ersten Fahrzeuge zu dieser Zeit, die schneller als 100 km/h fahren konnten. Um die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert bildeten in den USA die Benzinautos mit 22% die Minderheit - Elektromobile hatten 38% und Dampfmaschinen 40% Anteil an den Straßenfahrzeugen. Inzwischen haben sich die Verhältnisse zu Gunsten des Otto-Motors radikal verändert. So betrug im Jahre 1995 in der BRD beispielsweise der Bestand an elektrisch betriebenen Straßenfahrzeugen lediglich noch 0,01% des Gesamtbestands zugelassener Kraftfahrzeuge.
Seit die Umweltbelastungen (Lärm und Abgase) durch den Straßenverkehr in den Ballungszentren stark zugenommen haben, werden wieder intensiv Elektrofahrzeuge entwickelt und im Straßenverkehr eingestzt.
- Hybridfahrzeuge, die einen elektrisch gespeisten Antrieb (Batterie) und einen Verbrennungsmotor besitzen. Sie können für weite Strecken die Vorteile des Verbrennungsmotors und die gute Infrastruktur der Tankstellen nutzen und in der Stadt auf den emissionslosen und geräuscharmen Elektroantrieb umschalten.
- Batteriegetriebene Elektrofahrzeuge
- Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen
Im Weiteren soll nur etwas näher auf die batteriegetriebenen Elektrofahrzeuge eingegangen werden.
Emissionen
Gegenüber den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor haben Elektrofahrzeuge den Vorteil der geringeren Lärmentwicklung, aber nur auf den ersten Blick den Riesenvorteil geringerer Emissionswerte bei den Abgasen. Je nach Art der Stromerzeugung können bei der Produktion des Stroms, welcher zur Aufladung der Batterie benötigt wird, Abgase entstehen. Außerdem fallen bei der Produktion des Fahrzeugs auch nicht wenige Mengen an Kohlenstoffdioxid an.
Dieser Umstand ist insofern problematisch für die Umwelt, als dass Kohlenstoffdioxid ein Treibhausgas ist, welches zur Erderwärmung beitragen kann. Dieser zentrale Kohlenstoffdioxid-Ausstoß hat allerdings auch Vorteile. Die Emissionen werden an einem bestimmten Ort gesammelt und können dort behandelt werden. Es erleichtert die Überwachung und Kontrolle der Emissionen und ermöglicht es, effektive Maßnahmen zur Reduzierung der CO2-Emissionen zu ergreifen. Dazu kommt, dass Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und –Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) eingesetzt werden können, um die Emission zu reduzieren.
Für besonders Interessierte zeigen wir hier eine Gegenüberstellung der Emissionswerte für einen Pkw der Kompaktklasse (z.B. VW Golf), der mit Benzin, Diesel bzw. elektrischer Energie betrieben wird mit aktuellen Werten (Stand Januar 2021) und mit einem Ausblick auf das Jahr 2030. In Abbildung 2 ist zu sehen, dass die Emissionswerte des Elektroautos insgesamt günstiger ausfallen als diejenigen der Benzin- oder Dieselfahrzeuge. Dieser Trend wird voraussichtlich zukünftig verstärkt werden, da die Emissionen von Elektroautos durch höhere Effizienz und einen nachhaltigeren Strommix verringert werden.
Batterie und Reichweite
In der Vergangenheit wurden hauptsächlich Blei- oder Nickel-Cadmium -Batterien in Elektroautos verwendet, mit denen mit einer vollen Ladung allerdings nur eine geringe Reichweite zurückgelegt werden konnte. Außerdem hatten sie eine geringe Energiedichte und nur kurze Lebensdauern. Heute werden sie nur noch in kleineren Elektrofahrzeugen, wie beispielsweise in Gabelstaplern eingesetzt.
Mit Batterien auf Lithium-Ionen-Basis kann man deutlich größere Reichweiten erreichen. Außerdem haben sie im Vergleich zu anderen Batterien eine große Energiedichte, eine geringe Selbstentladung und sie können schneller Laden als andere Batterieoptionen, weshalb heutzutage fast ausschließlich Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos verwendet werden.
| Batterietyp | Energiedichte [kWh/kg] | Reichweite [km] |
|---|---|---|
| Blei- oder Nickel-Cadmium | 25 - 100 | 40 - 130 |
| Lithium-Ionen | 240 - 300 | 300 - 600 |
Energiebedarf und Ressourcen
Betrachtet man den gesamten Energiebedarf eines Autos (siehr Abbildung 2), so schneiden Elektroautos insgesamt besser ab als Autos mit Verbrennungsmotor. Elektroautos haben zwar einen größeren Energiebedarf bei der Herstellung, allerdings benötigen sie viel weniger Energie im Fahrbetrieb. Dies gleicht auch den höheren Energiebedarf bei der Herstellung aus, wenn sie lange genug genutzt werden.
Wenn in Zukunft noch mehr Energie aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird, dann wird dieser Vorteil noch deutlicher werden.
Bezüglich des gesamten Rohstoffaufwands hingegen haben Autos mit Verbrennungsmotor einen Vorteil, da sie oft eine kürzere und einfachere Lieferkette haben. Elektroauto Batterien benötigen teure Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Nickel, welche in der Regel komplexere Lieferketten haben und dessen Abbau und Verarbeitung mit Umweltbelastung und sozialen Herausforderungen verbunden seien können. Allerdings entwickelt sich die Batterietechnologie schnell weiter und die Rohstoffbeschaffung wird in Zukunft wahrscheinlich effizienter und nachhaltiger werden.
In diesem Zusammenhang spielt der Batteriepass eine wichtige Rolle, da es ein Dokument ist, das Informationen über die Batterie eines Elektrofahrzeuges enthält und Transparenz und Sicherheit für den Umgang sichern soll. Dies ist wichtig für die Frage zur Batterieentsorgung und dem Recycling. Angaben wie zum Beispiel Informationen zur Herkunft und Entsorgung, die Kapazität der Batterie und Gesundheitszustand der Batterie werden angegeben. Ab 2026 wird voraussichtlich eine Verpflichtung eingeführt, den Batteriepass für alle neu angeschafften Batterien in Fahrzeugen bereitzustellen.
Anschaffungskosten
Heutzutage liegen die Anschaffungskosten für ein Elektroauto noch etwa 5.000 bis 10.000 € über dem Preis für einen konventionellen Verbrennungsmotor. Das liegt hauptsächlich an den höheren Produktionskosten der noch relativ neuen und teuren Batterietechnologie. Allerdings werden diese Batterien von Jahr zu Jahr günstiger, da die Produktion steigt und die Technologie sich weiterentwickelt. Während sie 2010 noch bei etwa 600 € pro kWh lagen, sind es aktuell nur noch etwa 100 € pro kWh. Für die nächsten Jahre erwarten Experten sogar, dass Elektroautos preislich mit Autos mit Verbrennungsmotor gleichziehen werden. Noch dazu können staatliche Förderprogramme und Steuervorteile den Preisunterschied verringern.
Ergänzendes Material bei Welt der Physik: Elektroautos und intelligente Netze