Traktionsbatterie im Egger-Lohner-Elektromobil, Baujahr 1899

Sauber geht anders – über den Einfluss politischer Leitlinien auf die Qualität wissenschaftlicher Arbeit – Teil 2

In Teil 1 hatten wir Merkwürdigkeiten in einem Papier des Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) analysiert. In Teil 2 klären wir eine zentrale Frage:

Woher kommt der Ladestrom für Elektroautos?

Die Gesamtheit aller Kraftwerke (ob regenerativ, nuklear oder fossil) ist in einer Art Produktionsverbund zusammengeschlossen, dem öffentlichen Stromnetz. Eine seriöse CO2-Bilanz des E-Autos als Alternative zum Auto mit Verbrennungsmotor muss daher zwei verschiedene Zustände vergleichen:

  1. Das Stromnetz als Ganzes mit zusätzlicher Produktion von Ladestrom für Elektroautos
  2. Dasselbe Stromnetz ohne die Elektroauto-Zusatzlast

 

Nicht was ein individuelles E-Auto an Strom benötigt, sondern die gesamte elektrische Leistung zum Laden aller E-Auto-Akkus stellt die zusätzliche Produktionsmenge dar, deren Herstellungskosten (in CO2-Masse statt Euro gemessen) zu bestimmen sind.

Wann genau ein bestimmter Verbraucher mit dem Stromnetz verbunden wird, ist in diesem Kontext ohne Bedeutung. Wichtig ist nur, ob er zur Gruppe der zusätzlichen Verbraucher gehört. Elektroautos sind eindeutig zusätzliche Verbraucher, denn der Versuch, Millionen E-Autos auf die Straße zu bringen, ist Ergebnis politischer Entscheidungen, die durchaus auch anders hätten ausfallen können und die sogar jetzt noch revidiert werden könnten. Die CO2-Bewertung von E-Autos hat u.a. den Zweck, Auskunft darüber zu geben, ob diese Entscheidungen richtig waren und sind. Käme man zu dem Ergebnis, dass Elektroautos noch nicht in dem erhofften Ausmaß CO2 einsparen, so könnte man die vorzeitige massenhafte Einführung unterbinden (oder zumindest nicht fördern). Als Alternative böte es sich z.B. an, Erdgasautos verstärkt zu fördern.

Nachdem klargestellt ist, dass es sich bei der zum Laden von Elektroautos nötigen Energie nicht um den Bedarf einzelner, sondern aller zusätzlichen E-Autos handelt, welcher dem Gesamt-Strombedarf gedanklich als Ganzes hinzuzufügen oder zu entfernen ist, kommen wir zur entscheidenden Frage: Woher bezieht der Produktionsverbund diesen zusätzlichen Strom?

40 Prozent grüner Strom

Strom aus regenerativen Quellen gewinnt von Jahr zu Jahr an Bedeutung, kann bislang aber nur etwa 40 % des Bedarfs decken. Einem Gutachten des Sachverständigenrats für Umweltfragen zufolge wird Deutschland erst etwa im Jahr 2050 seine Stromversorgung ausschließlich und dauerhaft aus erneuerbaren Energien decken können:

Energiemix Deutschland

Abbildung: Energiemix in Deutschland

Welche dieser Stromquellen liefert nun die Zusatzlast für E-Autos?

Merit-Order-Prinzip

Dem so genannten Merit-Order-Prinzip folgend ist stets der günstigste Strom hinzuzukaufen.

Regenerative Quellen müssen dem EE-Vorrangprinzip zufolge immer zuerst abgerufen werden, laufen daher grundsätzlich mit Volllast und können zur Versorgung der Elektroautos nichts zusätzlich beitragen. Die folgende Grafik beschränkt sich daher auf konventionelle Kraftwerke und stellt dar, aus welchen Quellen Strombedarf gedeckt wird, der die Kapazität der regenerativen Quellen überschreitet:

Merit-Order Abbildung: Merit-Order-Prinzip

Da stets der billigste Strom zu ordern ist, wird von links nach rechts fortschreitend Strom zugekauft, bis der Bedarf gedeckt ist.

Dabei scheiden auch die Kernkraftwerke als Lieferanten für Zusatzbedarf aus. Sie sind zwar teuer im Bau wie im Rückbau, aber billig im Betrieb. Aufgrund der günstigen Betriebskosten laufen sie fast immer mit einer Auslastung von über 90 % und können keine Leistungsreserven bereitstellen.

Erneuerbare und nukleare Energien konnten im Jahre 2018 zusammen knapp 54 Prozent des Stroms erzeugen – der Rest stammte aus fossilen Kraftwerken.

Für die CO2-Bilanz des Elektroautos ist, wie gesagt, die Gesamtstromerzeugung mit und ohne Elektroautos zu vergleichen. Da es grünen und nuklearen Kraftwerken nicht möglich ist, ihre Leistung auf Anforderung zu steigern, muss der Zusatzbedarf für Elektroautos von fossilen Kraftwerken bedient werden. Dazu ist im obigen Diagramm Merit-Order-Prinzip weit rechts im Bereich der fossilen Kraftwerke gedanklich ein Block „Ladestrom für E-Autos“ hinzuzufügen oder zu entfernen. Mehr Sonne und Wind sowie weniger Stromnachfrage verschieben diesen Block nur innerhalb des fossilen Bereichs ein wenig nach links.

(De facto wird die Versorgung von Zusatzlast von allen drei fossilen Kraftwerkstypen sichergestellt. Diese Grafik veranschaulicht, dass bei hohem Strombedarf alle fossilen Kraftwerke hochgeregelt werden.)

Das führt zu einem eindeutigen Befund:

Der zusätzliche Strom für die Gesamtheit der Elektroautos wird fast ausschließlich von Kohle- und Gas-Kraftwerken geliefert. So gut wie jeglicher Strom zur Aufladung von E-Auto-Akkus hätte andernfalls dazu genutzt werden können, die Verbrennung fossiler Energieträger zu vermeiden.

Zur Bestimmung des CO2-Ausstoßes heutiger Elektroautos den Strommix heranzuziehen, ist daher methodisch falsch.

 

Volkswirten fällt es leichter, diese gesamtwirtschaftlichen Zusammenhänge zu verstehen:

„Am DIW Berlin wurden mit einer erweiterten Version des Strommarktmodells ElStorM die Mengen- und Preiseffekte einer gesteuerten, kostenminimierenden Aufladung verschiedener Elektrofahrzeugflotten für eine beispielhafte Woche analysiert.“

 

Ergebnis (die Hervorhebung wurde nachträglich vorgenommen):

„Die zusätzliche Stromnachfrage von Elektrofahrzeu­gen führt – ohne die Berücksichtigung erneuerbarer Erzeugungskapazitäten – vor allem zu einer höhe­ren Auslastung von Kohlekraftwerken. … Daher sollten bei der Berechnung fahrzeugbedingter CO2-Emissionen der­zeit die Emissionen von Kohlekraftwerken angenom­men werden und nicht der durchschnittliche deutsche Kraftwerksmix.“

 

Ab wann sind die erneuerbaren Erzeugungskapazitäten zu berücksichtigen?
Dazu müssten regenerative plus nukleare Kraftwerke zusammen über hundert Prozent der benötigten Gesamtleistung erzeugen können. Dann erst können Elektroautos dauerhaft mit emissionsfreiem Strom versorgt werden. Davon sind wir aber noch Jahrzehnte entfernt. Bis dahin wird dies nur ausnahmsweise und stets nur für kurze Zeit der Fall sein (und zwar immer dann, wenn zufällig besonders viel Wind und Sonne mit geringer Stromnachfrage zusammentreffen; siehe dazu die Grafik mit den zeitlichen Schwankungen der deutschen Stromproduktion dort).

 

Doch was ist mit dem Wärmepumpen-Beispiel des ISI?

Wenn ähnlich wie bei Elektroautos zu entscheiden wäre, ob die Installation von Wärmepumpen gefördert oder diese gar durch Alternativen ersetzt werden, dann würde natürlich auch mit den Wärmepumpen ein zusätzliches Stromnachfrage-Aggregat hinzukommen oder entfallen. Eine korrekt ausgeführte Partialanalyse würde (wie bei allen anderen zusätzlichen Stromverbrauchern) zum gleichen Ergebnis wie bei E-Autos kommen: Stuft man beide Stromverbraucher als „zusätzliche Produkte“ ein, so müssen beide aus fossilen Kraftwerken bedient werden

 

In Teil 3 wird erläutert, welche Konsequenzen es für die CO2-Bilanz von Elektroautos hat, die Herkunft des Ladestroms aus fossilen Kraftwerken zu berücksichtigen.

Teil1: Sauber geht anders – über den Einfluss politischer Leitlinien auf die Qualität wissenschaftlicher Arbeit

Bildquelle Titelbild: Wikipedia, Gemeinfrei

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Über  

Kai Ruhsert ist ein gelernter Maschinenbauingenieur. Er hat u.a. als technischer Rechercheur bei einem Auto-Zulieferer gearbeitet und einige Jahre ehrenamtlich die Nachdenkseiten unterstützt. Politisch war er auf lokaler Ebene aktiv, trat jedoch aus der SPD aus, als die Partei seiner Meinung nach zu stark in die Mitte rückte


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