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Grüner Wasserstoff spielt im Kampf gegen den Klimawandel eine wichtige Rolle. Er soll in großem Stil zur Dekarbonisierung beitragen, doch dafür brauchen wir viel größere Mengen erneuerbare Energien, als aktuell am Netz sind. Ist blauer Wasserstoff aus Erdgas eine mögliche Lösung?
Grüner Wasserstoff als wichtiger Baustein für die Energiewende
Grüner Wasserstoff wird über Elektrolyse hergestellt. Dabei wird Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Grüner Wasserstoff ist damit emissionsfrei und lässt sich zur Energiespeicherung und für die Elektromobilität einsetzen. Er könnte auch die Wärmeversorgung und Industrieprozesse wie die Stahl- oder Zementherstellung dekarbonisieren. Grüner Wasserstoff gilt deshalb als unverzichtbar für die Energiewende und die Klimaziele. Um ihn in den Mengen herzustellen, die dafür nötig wären, bräuchten wir allerdings immense Mengen an erneuerbaren Energien.
Erzeugungskapazitäten für Strom müssen stark steigen
Die Internationale Organisation für erneuerbare Energien Irena hat errechnet, dass wir im Jahr 2050 insgesamt 19 Exajoule grünen Wasserstoff für unser Energiesystem bräuchten, zwischen 133,8 und 158,3 Millionen Tonnen im Jahr. Das Magazin Recharge hat ermittelt, dass mindestens 6.690 Terawattstunden Strom pro Jahr nötig wären, um diese Menge an grünem Wasserstoff herzustellen. Das entspricht 1.775 Gigawatt Offshore-Windparks, 2.243 GW Onshore-Windparks, 4.240 GW Solarstrom oder 975 GW Atomkraft.
Zum Vergleich: Ende 2018 waren laut Irena und der World Nuclear Association (WNA) weltweit folgende Erzeugungskapazitäten am Netz: 540,4 GW Onshore-Windkraft, 23,4 GW Offshore-Windkraft, 480,4 GW Solarparks und 397 GW aktive Atomkraftwerke. Diese Kapazitäten werden zum Großteil fürs Stromsystem gebraucht, und der Strombedarf steigt. Wenn wir also ernsthaft auf grünen Wasserstoff setzen, müssen wir unsere Erzeugungskapazitäten für Strom massiv aufstocken. Hinzu käme ein Ausbau der Stromnetze und Technologien, um Netzschwankungen auszugleichen – also Stromspeicher, Vehicle-to-Grid-Lösungen und Lastmanagement.
Blauer Wasserstoff als Brückentechnologie?
Viele argumentieren deshalb, dass Strom allein nicht ausreichen wird, um eine Welt mit steigender Bevölkerung und steigendem Stromverbrauch zu versorgen. Die Internationale Energieagentur weist immer wieder darauf hin, dass die Pariser Klimaziele nur mit fossilen Brennstoffen und CCS-Technologien zu erreichen seien, also mit der Abspaltung von CO2 und dessen unterirdischer Einlagerung.
Dasselbe Argument – dass es ohne CCS nicht geht, zumindest nicht kurz- oder mittelfristig – wird auch für grünen Wasserstoff vorgebracht. Damit sind wir beim sogenannten „blauen“ Wasserstoff. Dabei wird Wasserstoff über verschiedene Verfahren aus Erdgas hergestellt, wobei CO2 anfällt. Damit das Ganze grüner wird, soll das erzeugte CO2 über CCS abgeschieden und eingelagert werden. Blauer Wasserstoff wird als Brückentechnologie beworben, solange die Welt noch nicht ausreichend grünen Wasserstoff produzieren kann.
Die CCS-Technologie ist allerdings nicht nur sehr teuer, sondern auch potenziell unsicher, denn das abgeschiedene CO2 müsste über Jahrhunderte sicher im Untergrund verbleiben. Hinzu kommen die hohen Emissionen, die bei Förderung, Verarbeitung und Transport von Erdgas anfallen. Dabei entstehen mindestens 25 Prozent der Emissionen, die bei der Nutzung und Verbrennung von Erdgas insgesamt anfallen. Andere Schätzungen liegen sogar noch höher. Hinzu kommt bei der Speicherung von Erdgas das Risiko von Methanlecks, einem Treibhausgas, das 84 Mal so klimawirksam ist wie CO2.
Uneinigkeit in der Bundesregierung über die künftige Strategie
Auch die Bundesregierung ist sich deshalb uneins, welche Wasserstoffstrategie die richtige ist. Wirtschaftsminister Altmaier (CDU) setzt auf blauen Wasserstoff als Übergangslösung, um langfristig beim grünen Wasserstoff zu landen und will Importstrukturen für beide Technologien aufbauen. Der norwegische Equinor-Konzern könnte deutsche Industriekonzerne mit blauem Wasserstoff versorgen und will das abgeschiedene CO2 in Norwegen lagern.
Auch für Andreas Kuhlmann, Chef der Deutschen Energie-Agentur (Dena), geht es nicht ohne blauen Wasserstoff. Er sagte dem Handelsblatt, man komme mittelfristig an blauem Wasserstoff nicht vorbei, wenn man relevante Mengen an Wasserstoff nutzen wolle, etwa um Prozesse in der Stahl- oder der Chemieindustrie klimaneutral zu stellen. „Ohne blauen Wasserstoff ist ein Einsatz im industriellen Maßstab in absehbarer Zeit nicht denkbar“, sagte Kuhlmann. „Wenn wir die Klimaziele erreichen wollen, reden wir über einen gigantischen Bedarf an Wasserstoff. Niemand kann mit Sicherheit sagen, auf welchem Weg sich diese Mengen produzieren lassen.“
Forschungsministerin Anja Karliczek (CDU) und Umweltministerin Svenja Schulze (SPD) wollen dagegen allein auf grünen Wasserstoff setzen und lehnen blauen Wasserstoff wegen der schlechten Klimabilanz und der hohen Herstellungskosten ab.
Forschung an türkisem Wasserstoff
Als Alternative zu beiden Wegen ist deshalb auch sogenannter „türkiser“ Wasserstoff im Gespräch. Dabei wird Methan über Methanpyrolyse in Wasserstoff und festen Kohlenstoff zerlegt. Eine unterirdische Speicherung von gasförmigem Kohlendioxid ist nicht nötig. Wintershall-Dea und Gazprom forschen an dem Verfahren, genau wie verschiedene Universitäten in Deutschland. Auch das Bundesforschungsministerium unterstützt die Forschung an türkisem Wasserstoff finanziell.
Egal wie der Weg am Ende aussieht – die Entscheidung darüber, welche Strategie es beim Wasserstoff sein soll, muss schnell fallen. Sie hat einen entscheidenden Einfluss auf unser künftiges Energiesystem und die Zukunft unseres Planeten.
Quellen / Weiterlesen
Grün oder blau – welche Farbe darf Wasserstoff haben? | Handelsblatt
Blauer Wasserstoff – Das neue Täuschungsmanöver der klimaschädlichen Erdgasindustrie | pv magazine
Bildquelle: Pixabay
„Grüner Wasserstoff ist damit emissionsfrei und lässt sich zur Energiespeicherung und für die Elektromobilität einsetzen.“
Dieser fromme Wunsch ist noch lange nicht Realität. Emissionsfrei ist die Wasserstoffoxidation zu Wasser vielleicht allenfalls in einer Brennstoffzelle, in Verbrennungsmotoren sind NOx und Ozon ein Problem, wie ich schon in einem anderen Beitrag schrieb. Die Speicherung und Distribution des hochflüchtigen Wasserstoffes ist auch ein ungelöstes Problem, da es keine wirklich dichten Tanks und Rohrleitungen gibt, zumindest nicht zu einem bezahlbaren Preis. Wasserstoff durchdringt sogar Stahl, so unglaublich das klingt, und versprödet diesen dabei.
Besser wäre der umgekehrte Weg, nicht wie oben beschrieben: Statt aus Methan blauen oder türkisen Wasserstoff zu machen, sollte man aus grünem Wasserstoff plus CO2 aus der Luft grünes Methan oder sogar grünes Ethanol, Methanol oder Propan herstellen. Diese Stoffe sind einfach zu transportieren und zu speichern und haben eine hohe Energiedichte, was vor allem Autos wichtig ist.
Solange wir noch weit davon entfernt sind, nennenswerte Überschüsse an Regenerativer Energie zu haben, ist Wasserstoff ein Windei.
Sogar mit Brennstoffzellen braucht man dreimal so viel Energie pro km wie mit batterieelektrischen eAutos. Diese immense Verschwendung können wir uns noch lange nicht leisten.
Wasserstoff aus fossilen Quellen ist noch größerer Quatsch. Da wird das Pferd von hinten aufgezäumt. Nicht die Erzeugung von Wasserstoff muss das Ziel sein, sondern vernünftiger Umgang mit Energie und möglichst schnelle Reduktion von CO2.
Und dafür ist der optimale Weg eben, Regenerative Energie direkt als Strom in die Akkus zu stecken.
„Solange wir noch weit davon entfernt sind, nennenswerte Überschüsse an Regenerativer Energie zu haben, ist Wasserstoff ein Windei.“
ja, natürlich, ab er man muss ja auch in die Zukunft planen für den Fall, dass es einmal genug PV-Strom oder Windstrom gibt. Z.B. könnte es in Marokko oder Saudiarabien mal eine politische Veränderung geben, sodass die Desertec Vision Realität wird. Oder der Klimawandel macht Teile Spaniens zur Wüste, sodass man Marokko etc. und seine heruntergekommene Aristokratie gar nicht mehr braucht, weil man Desertec in Spanien realisiert. In jedem Fall ist die Speicherung und der Transport der Energie ein Thema. Aus Meerwasser und Atmosphären-CO2 könnte man Synthesegase wie Methan oder Butan erzeugen oder sogar Methanol oder Ethanol. Die sind leicht zu transportieren und in jedem Ottomotor direkt nutzbar. Man muss den Gesamtwirkungsgrad analysieren, wie hoch die Verluste wären bei folgenden Szenarien:
-Erzeugung PV-Strom in Afrika, Umwandlung in Höchstspannung, Transport nach Europa, Umwandlung in Niederspannung, Ladung von Akkus, Verbrauch durch Elektromotor in E-Autos.
-Erzeugung PV-Strom in Afrika, Umwandlung in Wasserstoffgas, Transport nach Europa, Lagerung, Betankung von Autos mit Hochdruckkompressoren, Verbrauch durch Ottomotor oder Brennstoffzelle in Autos.
-Erzeugung PV-Strom in Afrika, Umwandlung in Synthese-Ethanol (E100), Transport nach Europa, Lagerung, Verbrauch durch Autos mit Ottomotor.
Klar, alles Zukunftsmusik, aber soll man nicht vorbereitet sein? Wenn alle erst das überlegen anfangen, wenns soweit ist, ists oft zu spät, siehe Klimawandel.
Gleich mal vorweg: Jeglicher Power-to-Gas-Sprit hat einen jämmerlichen Wirkungsgrad. Verbrennungsmotoren sind schon von vorneherein völlig out. Erst recht, wenn man weit in die Zukunft schauen will. Dann gibt es nämlich gar keine Verpester-Pkws mehr.
Mit Brennstoffzellen sieht es nicht viel besser aus: Ein FCEV braucht die 3-fache Energie wie ein BEV.
Die einzige machbare Alternative für Pkws ist die direkte Stromnutzung, gepuffert durch Akkus.
Wasserstoff hat nur Sinn für Industrieprozesse (Stahlherstellung) oder für Nischen wie Luft- oder Raumfahrt.
„Jeglicher Power-to-Gas-Sprit hat einen jämmerlichen Wirkungsgrad. Verbrennungsmotoren sind schon von vorneherein völlig out.“
Lieber Alex, mit solchen Aussagen gebe ich mich nicht so einfach zufrieden. Das hört sich an wie ein Zitat aus einem Pamphlet militanter Umweltaktivisten. Umweltschutz ist natürlich das Gebot der Stunde und der Hauptzweck aller Bemühungen in Richtung e-Autos. Trotzdem muss man immer alle Möglichkeiten betrachten und vor allem durchkalkulieren.
Der jämmerliche Wirkungsgrad von Power-to-gas ist egal, wenn die Primärenergie Sonne gratis zur Verfügung steht. Bedenken Sie, dass (fabrikneue!) PV-Module fürs Hausdach auch nur 20-24% Wirkunggrad haben. Man muss mehr PV-Module aufstellen, das ist das einzige Problem dabei.
Autos mit Verbrennungsmotor sind keine Verpester mehr, wenn der Kraftstoff „grün“ ist und die Abgase entweder gar kein CO2 enthalten (wie in dem Artikel über H2-Wankelmotoren) oder nur soviel CO2 enthalten wie zuvor der Atmosphäre entzogen wurde.
Andererseits sind E-Autos Verpester, solange vollständiges Akkurecycling nicht funktioniert und seltene Mineralien wie Neodym, Indium, Kobalt etc. benötigt werden, deren Abbau eine Katastrophe ist (extrem viel Berg muss abgetragen werden für wenig Ertrag).
Persönlich denke ich auch, dass die Zukunft den e-Autos gehört, aber die Gegenwart ganz sicher noch nicht.
Im Augenblick halte ich einen Kompaktwagen wie VW-Polo mit kleinvolumigem Ottomotor und Erdgas-Option für das umweltfreundlichste Auto. Minimaler Produktionsaufwand des Fahrzeugs, minmaler Co2-Ausstoß des Motors im Erdgasbetrieb, kein Raffinerie-Aufwand und keine Tankschiffe und Lastwagen für den Kraftstofftransport, Altauto kann praktisch komplett verwertet werden.
Wenn wir echten PV-Strom (nicht rechnerischen) in Schnellwechselakkus speichern und in E-Autos nutzen sind wir auf dem richtigen Weg. Die Akkus müssen recyclebar sein. In der Zukunft wird das sicher kommen.
Lieber Rainer, ich habe in dieser Sache schon so viel gelesen (und gerechnet und geschrieben), dass ich vielleicht etwas ungeduldig erscheine.
Das mit dem jämmerlichen Wirkungsgrad jedes Verbrenners (ob Kolben, Rotationskolben oder Düse) ist ganz einfach nachzurechnen: 5 l Sprit auf 100 km entsprechen ca. 13 kWh, also ca. 1,5 Liter Sprit. Also nicht einmal ein Drittel der eingesetzten Energie kommt am Rad an. Da braucht man nicht viel weiter zu diskutieren.
Bei der Brennstoffzelle ist es nicht viel anders. Man braucht etwa 3-mal so viel elektrische Energie wie mit einem Akku. Auch damit ist sie gestorben. Es würde sicher niemand gerne das Dreifache für seine Energie zahlen, also 4 Euro für einen Liter Sprit.
Richtig: „Der jämmerliche Wirkungsgrad von Power-to-gas ist egal, wenn die Primärenergie Sonne gratis zur Verfügung steht.“
WENN das Wörtchen wenn nicht wär… WENN wir erst einmal so viel Regenerative Energie zur Verfügung haben, DANN haben wir schon längst Akkus ohne Kobalt, Magneten ohne Metalle der Seltenen Erden. Strom aus Solarzellen ist aber nicht kostenlos und wird es nie sein. Auch Windstrom nicht. Er wird nur – und ist teilweise schon – billiger als der fossile Strom.
Richtig: „…deren Abbau eine Katastrophe ist…“
Der Abbau von Öl und Kohle ist eine noch viel größere Katastrophe.
Nein, Erdgas ist keine gute Option. Damit stößt Du zwar weniger CO2 aus als mit Flüssigsprit, aber immer noch wesentlich mehr als mit Strom. Die Zeit der Erdgasautos ist vorbei. Vor 20 Jahren (eher vor 30) wären sie noch eine Alternative gewesen. Man (also die Verpesterindustrie) wollte aber nicht wirklich.
Und eAutos wollte man damals auch nicht wirklich. Schau Dir mal die Schicksale des ev1 („Who killed the electric Car“) oder des Think an: Aktiv von den Herstellern verschrottet, obwohl noch fast neu. Hätte man damals mehr Druck gemacht, hätten wir heute >80 % eAutos mit Akkus ohne Kobalt, Magneten ohne Metalle der Seltenen Erden und ein 95 % Recycling.
Schnellwechselakkus hören sich gut an, sind aber anscheinend nicht wettbewerbsfähig. Wenn ich 500 km mit einer Füllung fahren kann, brauch ich keinen Schnellwechsler mehr, wenn ich dann in einer Stunde wieder 500 km laden kann. Und eine Stunde Fahrpause nach 500 km sind mehr als angemessen.
Ja, die Wirkungsgrade von Verbrennungsmaschinen sind bekannt und liegen bei 0,3, was nicht viel ist.
Die Wirkungsgrade einer Kombination LiIon Akku und Drehstromsynchronmaschine multiplizieren sich zu ca. 0,85, also erheblich besser. Im reinern Fahrbetrieb ist im Sommer, wenn keine Heizung gebraucht wird, das e-Auto unschlagbar. Deswegen wird ihm auch die Zukunft gehören, soviel ist sicher, das sagte ich ja bereits.
Jedes Auto muss aber auch erstmal gebaut und irgendwann recycelt werden. Dieser Aufwand muss mit ins Kalkül, und einiges mehr. Bevor ich mich wiederhole hier der link, wo ich das bereits schrob:
https://energyload.eu/elektromobilitaet/elektroauto/china-elektroauto-akkus/
Sie schreiben ja selbst, wenn das Wörtchen wenn nicht wär…ich kann nicht beurteilen, was wir alles hätten und könnten, wenn wir in der Vergangenheit anders agiert hätten. Meine Forderung ist recht einfach: Die Welt soll mobil bleiben und dafür so wenig Ressourcen wie möglich verbrauchen. Normalerweise geht geringerer Ressourcenverbrauch einher mit weniger Emissionen. Wenn das aber mal nicht so ist, nämlich man geringere Emissionen mit erhöhtem Ressourcenbedarf erkaufen muss, muss man extrem genau hinsehen und sich von allen Emotionen, auch Ungeduld 😉 befreien. Ich selbst bin Elektro-Ingenieur mit Schwerpunkt Anlagen- und Hochspannungstechnik, kein Benzinauto-Lobbyist. Also wenn Sie so wollen auf Ihrer Seite. Ich versuche aber trotzdem aus jedem denkbaren Blickwinkel auf die Sache zu schauen. Es gibt ein Optimum, das gibt es immer. Dem Stand der Technik folgend muss man immer wieder aufs neue schauen, was das Optimum ist.
Oha, ein eIng! Ich bin ja nur ein Chem-Ing. 😉
Das Größte aller Probleme ist ja bekanntlich das CO2. Und da liegt das Optimum bereits nach ca. 15.000 km auf der Seite des BEV. Wenn man mit deutschem Graustrom arbeitet, nach ca. 30.000 km. Mit europäischem Graustrom irgendwo dazwischen. Alles natürlich cum grano salis, wie der Grieche sagt…
Im eAuto-Forum http://www.goingelectric.de hat jemand (User AbRiNgOi?) ausgerechnet, dass es sich bei heutiger durchschnittlicher Nutzung sogar für das Klima lohnen würde, fabrikneue Verpester zu verschrotten und durch eAutos zu ersetzen. Klingt komisch, ist aber wohl tatsächlich so. Ein Gedanke, der auch mir reflexhaft widerstrebt. Aber wir müssen ja unsere Reflexe immer wieder nachjustieren.
Wollen wir mal hoffen, dass Mutti und der Dicke nicht weiter Dein Geschäft behindern, indem sie Hochspannungsleitungen vernachlässigen.
Liegt diesen Angaben eine korrekte, vollständige Sachbilanz nach ISO 14040/41 zugrunde?
Ich hab in diesen Zeiten von Whatsapp und Instagram sogar (sehr selten) bei Wikipedia recht abenteuerliche „Fakten“ gefunden, die einer genaueren Prüfung nicht standhielten. Altersbedingt habe ich ein normalerweise sehr präzises Einschätzungsvermögen entwickelt, was Zahlen und Größenordnungen betrifft. Wenn bei mir der Bauchgefühl-Alarm klingelt und ich deshalb genauer hinschaue, hat sich der Alarm bisher stets als berechtigt bestätigt. Es wird so viel unter- und übertrieben und beschönigt und verteufelt seitdem jeder alles ungeprüft veröffentlichen kann. Die Goingelectric-Berechnung der lohnenden Neufahrzeugverschrottung ist ein Musterbeispiel. Als verlässliche Quellen akzeptiere ich inzwischen nur noch gebundene Publikationen von mindestens Traditionsverlagen mit gebildeten Lektoren und unterschriebene Untersuchungsberichte von namhaften Institutionen. Wunschdenken, Spam, Halbwahrheiten und Fakenews nehmen diese Hürde praktisch nie, auch wenns ausnahmsweise schon mal passiert ist (Stichwort Silikonimplantate). Also wenn Sie einem alten Knacker wie mir mit ISBN-Nummern helfen könnten, würde mich das freuen.
Es gibt Einigkeit, dass wir uns von fossilen Energiequellen verabschieden müssen. Für die Elektromobilität ist eine Batterie nur geeignet, wenn man täglich eine Ladestation nutzen kann, an der man über Nacht lädt. Die breite Masse wird den Planungsaufwand und den Zeitaufwand den das Laden am Tag bedeutet nicht akzeptieren. Für diesen Personenkreis ist die Brennstoffzelle mit Wasserstoff eine Alternative. Der schlechte Wirkungsgrad spielt dabei keine Rolle, so lange der Preis in der Größenordnung von Benzin bleibt. Beide Systeme sind sich in der Anwendung ebenbürtig. Das zeigt der Weltrekord über 24h mit einem batteriebetriebenen Elektroauto, der identisch zu dem Weltrekord mit einem Brennstoffzellen Auto ist. Siehe diesen Beitrag: https://www.tesla-car-rent.com/info/24h-weltrekord/
Nein, ich muss nicht täglich eine Ladestation benutzen. Es sei denn, ich fahre täglich >300 km.
Und Laden bedeutet keinen Zeitaufwand. Stecker rein und gut ist. Und wenn eAutos wirklich in die Masse kommen, wird es auch genug Ladesäulen geben. Schon heute sind es fast doppelt so viele wie Fossiltankstellen, wenn man nur die offiziell Angemeldeten rechnet.
Der 3-fach schlechtere Wirkungsgrad spielt sehr wohl eine Rolle. Wer würde 4 Euro für einen Liter Benzin zahlen? H2 kann nur mit Strom konkurrieren, wenn man ihn Milliardenweise subventionieren würde. Aber das sind wir ja beim Diesel schon gewohnt mit seinen 9 Milliarden Subventionen pro Jahr.
Wenn der Stromeinsatz 3-fach ist, ist auch der Preis 3-fach. Pari wird da nie etwas, wenn man nicht mit Milliarden stützt. Diese Milliarden fehlen dann bei den wirklich wichtigen Aufgaben der Strom- und Energiewende.
Ebenbürtig ist da gar nichts, H2 ist eine völlig unnötige Verkomplizierung eines einfachen Prozesses. Die Einzigen, die davon profitieren, sind die Großkonzerne, die ihre Monopole wieder festigen können. Man will hier mit einer unglaublichen Lobbyoffensive ein minderwertiges Produkt in den Markt pressen.
Wer sich einen völlig überteuerten Mirai kaufen will, kann das ja machen. Masse wird das nie ohne massivste Subventionen.
Ach, wie schön wäre die Welt, wenn alles so einfach wäre. Eine Welt ohne Interessensverbände, ohne Profitstreben, mit unbegrenzten Möglichkeiten und einfachen Lösungen für komplexe Probleme.
Versuchen wir mal die Kurzfassung einer Sachbilanz, wie sie zwingend nötig ist, um etwas hinsichtlich Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit zu beurteilen:
(A)Baut man ein Auto, beginnt das mit den Rohstoffen. Sie zu gewinnen und aufzubereiten kostet Energie, menschliche Arbeitskraft und Material (Hilfsstoffe).
Beispiel: Baut man das Aluminiumerz Bauxit ab, benötigt man Sprengstoff, Presslufthämmer, Bergbaumaschinen, Lastwägen, Bagger etc. und natürlich Leute, die all das bedienen.
Darauf folgt die Zerkleinerung des Erzes in Mühlen und der Transport zum Hüttenwerk. Dort wird das Erz mit enormen Mengen Elektrizität zu Rohaluminium gemacht.
Das Rohaluminium wird im Walzwerk schließlich zu Blechen für die Automobilindustrie verarbeitet oder zu Motorblöcken gegossen.
In der Autofabrik wird es wiederum mit viel Arbeitskraft, Energie und Hilfsstoffen zu einem fertigen Auto verarbeitet.
Beispiele: Karosseriepressen, Schweiß-, Gieß-, Schmiede-, Fräß- und Drehmaschinen, Galvanik, Lackierungen, Öle, Fette usw.
Das fertige Auto wird mit Schiff, Bahn und LKW zum Kunden transportiert.
(B)Der Kunde benutzt das Auto und verbraucht während dieser Zeit je nach Nutzung eine bestimmte Menge an Energie für den Fahrbetrieb, sowie Hilfsstoffe und Energie für Betrieb und Wartung.
Beispiele: Öle, Reinigungsmittel, Reifen, Bremsenteile, Auspuffanlagen, Kühlmittel und sonstige Ersatzteile und Pflegemittel.
(C)Irgendwann ist das Auto am Ende. Jetzt wird wieder Energie fällig für den Abtransport, die Zerlegung, Zerkleinerung und Entsorgung bzw. Einschmelzung der Wertstoffe, damit wir wieder Rohstoffe erhalten.
Diese Betrachtung, natürlich wesentlich genauer und ausführlicher wird Sachbilanz, „Lifecycle“ oder „Cradle-to-cradle“ genannt und in den DIN ISO EN Normenwerken definiert. Nur sie kann einen Aussage ermöglichen, ob A umweltfreundlicher und vernünftiger ist als B.
Das gilt im Besonderen auch für Stromerzeugung in Kraftwerken, nebenbei bemerkt.
(A)Baut man ein reines Elektroauto, fallen viele Kilogramm Gusseisen, Stahl und Alu weg, weil man keinen Verbrennungsmotor und auch kein Getriebe mehr hat.
Auch Tank, Auspuff, Kupplung, Katalysator, Kraftstoffpumpe, Ölpumpe etc. entfallen.
Stattdessen bräuchte man einen kompakten, leistungsstarken Elektromotor und Akkumulatoren mit geringem Gewicht und hoher Kapazität. Hat man aber nicht. Sie sind (noch) sehr schwer.
Diese Dinge werden auch nicht nur aus Stahl, Gusseisen und Alu hergestellt, sondern aus Stoffen wie Lithium, Kobalt, Neodym.
Der Gewinnungsaufwand dieser Stoffe ist wesentlich höher als für Stahl oder Alu. Die Umweltschäden durch Bergbau sind dramatisch, da man sehr viel „Berg“ für sehr wenig Erz abtragen muss.
Elektromotor und Akkumulatoren wiegen zusammen immer noch deutlich mehr als Verbrennungsmotor/Getriebe/Tank.
Das Elektroauto fällt somit 100-200kg schwerer aus als sein Konkurrent.
Hier punktet klar ein VW Polo 6 gegen einen gleichgroßen BMW i3.
(B)Im Fahrbetrieb ist entscheidend, woher der Strom kommt und wie er ins Auto kommt.
Ins Auto kommt er über das Stromnetz. Allerdings müsste es für diese Zusatzbelastung deutlich ausgebaut werden.
Im europäischen Verbundnetz ist ein Strommix mit Uran, Kohle, Gas, Wasser, Wind und Sonne verfügbar.
Abhängig von Tageszeit und Großwetterlage können die beiden letzteren fast völlig wegfallen. Uran fällt politisch gewollt demnächst ebenfalls weg.
Die Wasserkraft ist deutschlandweit fast ausgereizt und mit drei Prozent Anteil am Strommix ohnehin vernachlässigbar.
Bleiben Kohle und Erdgas und ein paar andere Kleinigkeiten (wie Müll, Biomasse, Geothermie, die prozentual mit zusammen 8% praktisch keine Rolle spielen).
Erzeugt man Strom aus Kohle oder Erdgas, ist mit dem Elektroauto rein gar nichts gewonnen, außer dass man statt Erdöl im Auto Kohle im Kraftwerk verbrennt.
Es gibt Autos, die direkt mit Erdgas fahren können, was in diesem Fall sicher die bessere Lösung wäre.
Elektroautos sind nur sinnvoll, wenn der Strom für sie aus Wind und Sonne kommt. Die Batterieladung dürfte also nur tagsüber stattfinden, oder wenn genug Wind weht. Ansonsten man müsste die Energie nochmals irgendwo zwischengespeichert werden, in Pumpspeicherwerken oder Wasserstofftanks Stationärakkus oder anderen Visionen, die alle eins gemeinsam haben: Hoher Aufwand, geringe Kapazität, Verluste. Will man das vermeiden, bedeutet das, dass Batterien und Autos voneinander unabhängig sein müssen. Nur mit standardisierten Wechselbatterien kann man das erfüllen.
Denkbar wären Wechselstationen an den Tankstellen, die leere Batterien gegen geprüfte, volle Batterien tauschen. Die leeren Batterien werden dann geladen, wenn Solarstrom oder Windstrom
in ausreichender Menge vorhanden ist. Der Netzbetreiber kann das steuern („smart grid“).
An jeder Tankstelle lägen dann eine gewisse Zahl Batterien auf Lager und am Netz. Sie wären quasi der erforderliche Pufferspeicher des Netzes für den nachts fehlenden Solarstrom.
Ein guter Nebeneffekt wäre, dass Autobesitzer sich keine Sorgen um den Zustand ihrer Batterie machen müssen, da sie jedesmal eine geladene und geprüfte Batterie erhalten.
Der wichtigste Effekt ist aber, dass man keine Schnellladung braucht, die die Batterielebensdauer drastisch verringert und das Netz enorm belastet.
Auch fallen die Wartezeiten weg, der Fahrer kann sofort weiterfahren.
Renault hatte einen ersten Vorstoß in diese Richtung mit dem Modell Fluence ZE 2012 / Better Place in Israel.
Dieser scheiterte vermutlich an der unzureichenden Finanzplanung und dem hemmenden Einfluss der Erdöllobby.
(C)Jetzt kommen wir zum Lebensende des Elektroautos. Während ein konventionelles Auto hauptsächlich aus Stahl, Alu, Glas und Kunststoff besteht und fast komplett recycled werden kann,
ist es beim Elektrofahrzeug (noch) anders. Solange die Antriebsbatterien nicht völlig wiederaufbereitet werden können, sondern entsorgt werden müssen, ist alles ein großer Unsinn und ökologisch nicht schönzureden. Es ist noch völlig ungeklärt, ob eAuto-Akkus überhaupt in großtechnischem Umfang und vernünftigem Maß (schön wäre >90%) recycelt werden können. Vor allem fehlt jede Erfahrung, wie hoch hierzu der Aufwand an Energie und Hilfsstoffen ist.
Dasselbe gilt für die Seltenen Erden in den E-Motoren.
So in etwa ist eine Sachbilanz aufgebaut, ich fürchte nur mit solchen komplexen Studien kann man vermeiden, Unsinn zu machen. Viele Dinge erscheinen auf den ersten Blick perfekt, sind es aber nicht. Die Atomenergie als Musterbeispiel.
Zusammenfassung:
– Der „Cradle-to-cradle“ Zyklus eines Elektroautos und eines in Größe, Fahrleistung und Ausstattung entsprechenden Autos mit anderen Antrieben ist zu vergleichen.
– Elektroautos machen aus momentaner (2020) netzseitiger Sicht nur mit standardisierten Wechselbatterien Sinn. Chinesische Werke beschreiten jetzt diesen Weg.
– Die Erdöllobby muss in Europa wegen der in ihrem Besitz befindlichen Tankstelleninfrastruktur mitspielen, was nur auf politischer Ebene verhandelbar ist.
Einschätzung:
Ich nehme an, dass ein Kleinwagen der Größe VW Golf 1 oder Fiat Uno, mit kleinvolumigem Benzinmotor (ca. 1000ccm, ca. 30kW) und Erdgas-Option / LPG-Option momentan das ökologisch sinnvollere
Fahrzeug im Vergleich zum E-Auto ist. Bei Dieselmotoren ist das kraftstoffbedingte Abgasproblem zu lösen, ansonsten gilt wahrscheinlich dasselbe.
Ist das Endlagerungsproblem bei PV-Anlagen und Lithiumakkus gelöst, wird das eAuto wahrscheinlich ökologisch die bessere Wahl sein.
@Rainer Pröbstl:
Ich kann Ihnen in weiten Teilen nur zustimmen, was die Anforderungen einer sachgemäßen Cradle-to-Cradle Analyse anbelangt. Diesem Thema wurden auch bereits viele Studien gewidmet, hier ein paar Beispiele [zwar online Links, aber viele davon gibt es sicherlich auch in gebunden veröffentlichter Form 😉 ]
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Pools/Broschueren/elektroautos_bf.pdf
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Verkehr/emob_klimabilanz_2017_bf.pdf
https://www.agora-verkehrswende.de/veroeffentlichungen/klimabilanz-von-strombasierten-antrieben-und-kraftstoffen-1/
https://theicct.org/sites/default/files/publications/EV-life-cycle-GHG_ICCT-Briefing_09022018_vF.pdf
Allgemein ist zu Studien bezüglich Elektroautos jedoch eines sehr wichtig:
„Wenn eine Studie erscheint, sind die Annahmen wegen der Dynamik des Marktes oft schon wieder veraltet“
(Peter Kasten, Öko-Institut)
Und das heißt bei Elektroautos und Batterien, dass sie mit jeder neuen Studie umweltfreundlicher und günstiger werden, da die technologische Entwicklung immer weiter in diese Richtung geht und noch viel Potential besteht. Konventionelle Antriebe dagegen sind weitestgehend zu Ende geforscht und es sind daher nur noch kleine Entwicklungsschritte möglich.
Bei ein paar Punkten, insbesondere aus Ihrer Zusammenfassung, kann ich Ihnen jedoch nicht zustimmen:
– „Es gibt Autos, die direkt mit Erdgas fahren können, was in diesem Fall sicher die bessere Lösung wäre. [als per E-Auto mit Strom aus Erdgas]“
Ich denke da liegen Sie falsch. Der Wirkungsgrad eines Erdgas GuD Kraftwerks liegt konservativ bei 58%, subtrahieren wir noch einmal großzügig 5% Netzverluste und wir landen bei 53%. Jetzt nehmen wir das E-Auto, das den Strom inkl. Ladeverluste etc. mit 80% Wirkungsgrad ans Rad bringt und wir landen bei 0,53*0,80 = ca. 42% Wirkungsgrad.
Und das vergleichen wir jetzt mit dem Wirkungsgrad eines erdgasbetriebenen Otto-Motors. Wo liegt dieser im Realbetrieb? Bei 25%? In der Stadt wahrscheinlich eher bei 20%, oder? Und hierbei sind noch nicht mal die Verluste durch das Verteilen des Erdgases sowie das Komprimieren (LPG) mit einbezogen. Ich denke der Gewinner aus Effizienz- und Ökosicht ist ganz klar das E-Auto.
– „Elektroautos sind nur sinnvoll, wenn der Strom für sie aus Wind und Sonne kommt. Die Batterieladung dürfte also nur tagsüber stattfinden, oder wenn genug Wind weht.“
Also wenn ich die Stunden zusammen zähle (tagsüber plus nachts mit Wind), komme ich bereits auf einen Großteil eines Tages. Ich hätte also bereits viele Stunden abgedeckt, an denen ich ein E-Auto mit regenerativen Strom laden könnte, wenn genug PV- und Windkraftanalgen aufgestellt werden. Warum sehen Sie hier ein anscheinend ein Problem?
– „Will man das vermeiden, bedeutet das, dass Batterien und Autos voneinander unabhängig sein müssen. Nur mit standardisierten Wechselbatterien kann man das erfüllen.“ „Auch fallen die Wartezeiten weg, der Fahrer kann sofort weiterfahren.“
Standardisierten Wechselbatterien sind leider auch eine Vision, die unerfüllt bleiben wird, da der Aufwand sehr hoch ist und sich die verschiedenen Autohersteller auf der Welt nicht auf ein System einigen werden, welches dazu auch noch gemeinsam für alle Jahre weiterentwickelt werden soll. Auch bei den Kunden scheint es nicht anzukommen, da es für viele einfacher ist, das Auto zu Hause zu laden. Und dort, wo eine Ladung zu Hause nicht möglich ist, sind Schnellladestationen im Vergleich zu Akkuwechselstationen ebenfalls einfacher, günstiger und auch von der Dauer des „Aufladens“ nicht langsamer (ca. 20 min). Einen kompletten Akkuwechsel bekommt man nicht wirklich viel schneller hin. Auf keinen Fall kann man ohne Wartezeit einfach „sofort weiterfahren“.
– „Der wichtigste Effekt ist aber, dass man keine Schnellladung braucht, die die Batterielebensdauer drastisch verringert“
Haben Sie für diese Aussage einen Nachweis? Als Gegenbeispiel gibt es Tesla Fahrer, die über 500.000 km gefahren sind und immer an den Tesla Schnellladern (Supercharger) geladen wurden. Schnellladung reduziert auf Dauer etwas die Kapazität, aber mitnichten „drastisch“. Man muss es natürlich von Herstellerseite richtig designen und sowohl die Batterie als auch die Ladelogik für Schnellladung auslegen (wie es Tesla macht). Es gebe Ihnen Recht, das eine schlechte Batterie, die einen schlechten Lader besitzt, auch erheblich Kapazität verlieren kann, wenn sie oft sehr schnell geladen wird. Das ist aber alles technisch bereits gelöst. Ein ähnliches Beispiel aus der Vergangenheit ist der sogenannte Memory Effekt, der bei früheren Akkus im Heimbereich auftrat. Auch dieses Problem ist längst gelöst, taucht jedoch als Mythos weiterhin auf.
– „Elektroautos machen aus momentaner (2020) netzseitiger Sicht nur mit standardisierten Wechselbatterien Sinn. Chinesische Werke beschreiten jetzt diesen Weg.“
Sehe ich nicht so. Haben Sie hierfür Studien oder Belege, auf die Sie sich stützen? Selbst beim momentanen Strommix in Deutschland unter der Berücksichtigung, dass Sonne und Wind nur einen schwankenden Beitrag liefern, scheinen Elektroautos bereits großen Sinn zu ergeben (siehe Studien oben). Und der Anteil von Wind und Sonne am Strommix steigt jährlich, es wird also immer besser für die Ökobilanz von Elektroautos.
– „Die Erdöllobby muss in Europa wegen der in ihrem Besitz befindlichen Tankstelleninfrastruktur mitspielen, was nur auf politischer Ebene verhandelbar ist.“
Ich denke es geht auch ohne Erdölindustrie. Ganz im Gegenteil wird diese von ganz allein mitspielen, wenn sie ihre Felle davon schwimmen sieht.
– „Ich nehme an, dass ein Kleinwagen der Größe VW Golf 1 oder Fiat Uno, mit kleinvolumigem Benzinmotor (ca. 1000ccm, ca. 30kW) und Erdgas-Option / LPG-Option momentan das ökologisch sinnvollere
Fahrzeug im Vergleich zum E-Auto ist. Bei Dieselmotoren ist das kraftstoffbedingte Abgasproblem zu lösen, ansonsten gilt wahrscheinlich dasselbe.“
Das mag eventuell stimmen (ganz sicher bin ich da nicht), aber leider ist Ihr beschriebenen Auto Wunschdenken und nicht am Markt verfügbar. Es wird auch nie verfügbar sein, da es niemand baut, weil dafür die Kundennachfrage fehlt (bestes Beispiel: VW Lupa 3l). Somit stellt ihre Idee leider keine (realistische) Lösung dar.
– „Ist das Endlagerungsproblem bei PV-Anlagen und Lithiumakkus gelöst, wird das eAuto wahrscheinlich ökologisch die bessere Wahl sein.“
Wie kommen Sie darauf, dass das „Endlagerproblem“ nicht gelöst sei? Kennen Sie etwa einen Ort, an dem alle alten Batterien heimlich deponiert werden und vor sich hin gammeln? Ich nicht. Und das obwohl wir bereits seit Jahrzehnten Batterien verwenden. Deren Anzahl steigt von Jahr zu Jahr (ebenso seit Jahrzehnten) und trotzdem gibt es kein Problem mit deren Verwertung bzw. sachgerechter Entsorgung. Es erschließt sich mir daher nicht, weshalb es aktuell oder in Zukunft ein Problem damit geben sollte, wenn (zugegebenermaßen) die Menge an Batterien durch die Verwendung von E-Autos (weiter) stark zunehmen wird. Haben Sie für Ihre Annahme/Behauptung einen Nachweis? Konkret ist dieses Problem meines Wissens nicht, sondern wird nur für die Zukunft als Schreckensszenario aufgebaut. Aber das auch schon seit Jahren und irgendwie ist dieses „Problem“ trotzdem noch nicht in der Realität aufgetreten. Akkus sind auch keine Radioaktiven Stoffe, daher hinkt der Vergleich hier gewaltet. Jeder Stoff einen Akkus lässt sich mit heutiger Technologie bereits wiederverwerten oder „sauber“ entsorgen (zur Not verbrennen). Der Grund weshalb das Recycling heute noch nicht vollumfänglich praktiziert wird, ist schlicht und einfach, dass es sich wirtschaftlich (noch) nicht lohnt. Sobald jedoch mehr alte Akkus verfügbar sind und auf der anderen Seite die Preise für die Rohstoffe (inkl. CO2 bei der Herstellung) aufgrund von Knappheit steigen, lohnt sich das auch und der Markt dafür entwickelt sich von ganz allein.
Nun, da außer einer Pilotanlage in Braunschweig, in der mechanisches Recycling unter Stickstoff erprobt wird, keine Recyclinganlagen großtechnisch in Betrieb sind, gehe ich davon aus, dass Altakkus „entsorgt“ werden in Deponien, denn verbrennen wird man sie wohl kaum. „Sachgerechte Entsorgung“ erscheint mir als Widerspruch in sich, wenn damit nicht Recycling gemeint ist. Aber wenn Sie da Genaueres wissen bin ich ganz Ohr. Heimlich geschieht es sicherlich nicht.
Eine Internetquelle efahrer.com sagte im November ’19: „Im Moment wird über zwei Verfahren für das Recycling der Batteriezellen diskutiert.“ Kann sein dass das jetzt schon läuft, ist mir aber nichts bekannt.
Schneller geht offensichtlich es mit den PV-Anlagen, es gibt mehrere Recyclingverfahren, zwar bisher keins ganz ohne „Reste“. In Frankreich soll eine Anlage mit 4000t Jahreskapazität laufen, aber da das weniger ist, als an Altmodulen anfällt, wandern wohl noch immer viele PV-Module den Weg allgemeinen Elektroschrotts, und der führt nicht zum Recycling sondern auf Deponien in Afrika, glaubt man den Medien. Ich gebe zu hier keine Fachliteratur mit belastbaren Zahlen gefunden zu haben und wäre auch hieran interessiert. In Fachkreisen ist das Thema ein heißes Eisen, vermutlich nicht ohne Grund, spekuliere ich mal ganz wild.
Ich hoffe sehr, dass hier ein schlüssiges Konzept bald gefunden wird, meine Hoffnung liegt auf China, dessen Marktmacht hier den Durchbruch bringen wird. Ziel wäre der standardisierte, vollständig wiederaufbereitbare, direkt via Smart-Grid mit Solar/Windstrom geladene Schnellwechselakku (1min Wechselzeit). Die Schnellladung (z.B. 60kWh in 30min) bedeutet für das Versorgungsnetz DAS Problem schlechthin, 120kW Ladeleistung sind eine Größenordnung, in der man fast eine eigene Trafostation braucht. Hier in diesem Portal gibt es einen Artikel zu dem chinesischen Projekt. Ich hoffe sehr, dass das kommt. Ein Auto ist ein zu großer Gegenstand, als dass es nach zehn Jahren schon recycelt werden soll. Heute gibt man acht Jahre Garantie auf die verbauten Akkus. Was ist wenn sie nur neun Jahre halten? Ich wünsche mir eAutos, die zwanzig Jahre halten. Dann braucht man wirklich nicht mehr lang zu rechnen, ob es sich lohnt. Sie haben Recht, im reinen Fahrbetrieb ist es effektiver, Gas im GuD-Werk zu verstromen und dann im e-Auto zu fahren, das zweifle ich nicht an, wir können ja beide rechnen. Die Lebenserwartung des eAutos und dessen Produktions- und Recyclingaufwand darf aber nicht vergessen werden. Mein kleiner LPG-VW hielt 23 Jahre und 435000km klaglos durch. LPG ist nicht Erdgas, aber beide sind in recht einfachen Gasanlagen verwendbar, nicht wie der Wasserstoff, um den es hier in diesem Thread eigentlich geht.
Vielleicht macht mal ein junger Forscher hier seine Doktorarbeit und leuchtet die letzten Winkel einer umfassenden Sachanlyse aus. Wünsche tät ich es mir sehr. Und auch wenn ich mich wiederhole, das tue ich oft, bin ich, obwohl Elektro-Ingenieur, nicht dafür, nur in eine einzige Richtung zu blicken. Wenn sich ein anderes Mobilitätskonzept als eMobilität als nachhaltiger erweist, so wäre ich zwar wegen Berufsethos wenig begeistert, würde es aber akzeptieren und auch nutzen.
Altbatterien in Deutschland, egal ob aus Haushaltsgeräten oder E-Autos landen nicht in Afrika. Das ist eine bloße Stammtischparole. Dieser „Entsorgungsweg“ wäre hochgradig illegal. Wir haben hier ein Batteriegesetz, das klar regelt, wie zu verfahren ist und auch, dass jeder, der Batterien vertreibt, diese auch wieder kostenfrei zurücknehmen muss. Das schließt dann auch einen Autohändler mit ein. Für so gut wie alle Haushaltsbatterien wurde für diesen Zweck die GRS gegründet, welche sich um die einheitliche Batterieentsorgung kümmert (http://www.grs-batterien.de/). Altbatterien bzw. die darin enthaltenen Materialien dürfen laut Gesetz auch nicht einfach irgendwo auf die Deponie gebracht werden.
An Recyclingverfahren für E-Auto Batterien wird vielfältig geforscht. Dabei geht es darum, dass Recycling günstiger zu machen und die Recyclingquote der einzelnen Stoffe zu erhöhen. Hier werden wir sicherlich in den kommenden Jahren noch einige Entwicklungen sehen. Denn erst jetzt bzw. in Zukunft wird es ja einen nennenswerten Markt dafür geben (durch alte E-Auto Batterien). Die grundsätzliche Machbarkeit des Recyclings ist aber kein Problem und bereits in der Praxis gelöst. Man kann hier als erprobte Basisvariante einfach einen Hochofen nehmen (das meinte ich mit Verbrennen). In diesem lassen sich die einzelnen Stoffe, aus welchen die Batterie aufgebaut ist, trennen und in oxidierter Form zurückgewinnen. Je nach Bedarf kann dann über eine Reduktion auch der Ursprungsstoff „wiederhergestellt“ werden. Alles kein Hokuspokus oder „Problem“. Nur eben noch etwas teuer.
Danke für die Mühen, Nico!
„Altbatterien in Deutschland, egal ob aus Haushaltsgeräten oder E-Autos landen nicht in Afrika.“
Ich schrieb von PV-Modulen und nicht von Altbatterien. PV-Module zählen zum Elektroschrott. Ich glaube kaum, dass das ZDF zu Stammtischparolen neigt oder gar zu Lügen.
Aber es ist auch egal ob Afrika oder sonstwo. Was nicht recycelt wird, wird deponiert oder in die Luft geblasen oder weg-legiert. Solange das mit Lithium-Cobalt-Akkus geschieht ist das nicht zielführend. Das gilt auch für seltene Erden.
„An Recyclingverfahren für E-Auto Batterien wird vielfältig geforscht. Dabei geht es darum, dass Recycling günstiger zu machen und die Recyclingquote der einzelnen Stoffe zu erhöhen.“
Ich bin zuversichtlich, dass da bald eine Lösung gefunden wird. Dann kann man endlich schauen, wie viel Energie und Hilfsstoffe das erfordert und die Sachbilanz vervollständigen. Vorher ist alles immer genau zu beäugen.
„als erprobte Basisvariante einfach einen Hochofen nehmen [ist] etwas teuer“
vor allem ist es EXTREM Energieaufwändig. Auch diese muss ins Kalkül einbezogen werden. Öfen hinterlassen auch Schlacken und Aschen, die bisher als Sondermüll endgelagert werden. Ich hoffe es findet sich eine bessere Methode zur Aufbereitung der Zellen.