Es gibt einige hartnäckige Mythen, die sich in der Diskussion um Elektrofahrzeuge (EVs) halten. Das wollen wir zum Anlass nehmen, um die dahinterliegenden Fakten zu beleuchten.

Haben EVs tatsächlich einen geringeren CO2-Fußabdruck als diesel- oder benzinbetriebene Fahrzeuge?
Betrachten wir rein die Produktion von Fahrzeugen, so ist der CO2-Fußabdruck tatsächlich bei Elektrofahrzeugen aufgrund der energieintensiven Batterieproduktion höher als bei konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Der entscheidende Punkt ist aber, dass bei einem Elektrofahrzeug ab dem Zeitpunkt der Auslieferung / im Betrieb je nach verwendetem Strommix kaum mehr CO2 anfällt (während Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor laufend CO2 ausstoßen). Es gibt diverse Untersuchungen zum Break-Even Point, ab dem ein Elektrofahrzeug klimafreundlicher unterwegs ist - je nach Studie kann dieser z.B. beim Laden mit Ökostrom bereits nach 20-40.000 km erreicht sein, mit positiver Tendenz bei aktuellen Fahrzeugmodellen [1].

Wie steht es um die Haltbarkeit von Elektrofahrzeugen bzw. deren Batterien?
Tatsächlich sind Batterien moderner Elektrofahrzeuge so ausgelegt, dass auch gegen Ende der Lebensdauer des Fahrzeugs nur eine geringe Abnahme der Kapazität zu erwarten ist (je nach Studie z.B. durchschnittlich rund 1,8% pro Jahr [2] ).
Betrachtet man die Auslegung der Lebensdauer moderner Fahrzeuge im Allgemeinen, so fällt auf:
Herstellergarantien sind häufig bei Elektrofahrzeugen länger (z.B. asiatische Hersteller) und
die Garantie auf die Restkapazität der Batterie selbst ist häufig länger als auf das Fahrzeug selbst (z.B. 8 Jahre bei BYD).
Sollte die Kapazität tatsächlich innerhalb des Garantiezeitraums signifikant sinken, so stehen die Chancen gut, dass der Hersteller den Tausch übernimmt. Manche Hersteller legen die Batteriesysteme auch von vornherein auf einen einfachen Tausch aus (z.B. Renault, NIO), sodass Batterien für andere Anwendungen wie lokale Speicher weiter verwendet oder recycelt werden können [3].

Elektrofahrzeuge benötigen Kobalt und seltene Erden – ist man damit nicht mitverantwortlich für Umweltzerstörung und Menschenrechtsverletzungen?
Kobalt und seltene Erden wie Neodym werden leider nach wie vor unter nicht vertretbaren Bedingungen gewonnen - deshalb wird aktuell verstärkt an Alternativen geforscht. So gibt es bereits Beispiele serienreifer Elektromotoren, die gänzlich ohne Magnete und somit seltene Erden auskommen [4]. Was Batterien betrifft, setzen Hersteller inzwischen statt auf Lithium-Ionen mit Kobalt-Anteil vermehrt auf kobaltfreie Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren (LFP), die nicht nur sicherer sind (Thermal Runaway sehr unwahrscheinlich), sondern auch eine höhere Anzahl an Ladezyklen haben und fast vollständig recycelt werden können [5].

Sind EVs nicht unsicher, da sie schnell zu brennen beginnen?
Wenn es als Folge eines Thermal Runaways / Thermischen Durchgehens zu einem Batteriebrand kommt, ist der Brand aufgrund des erhöhten Wasserbedarfs schwerer zu löschen - aber: Elektrofahrzeuge brennen deutlich seltener als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren [6]. Neben der optimierten Konstruktion der Batterie, sowie aktiver und passiver Hochvolt-Sicherheitssystemen in den Fahrzeugen selbst, setzen viele Hersteller inzwischen vermehrt auf Akkutypen wie LFP, bei denen ein Thermal Runaway chemisch sehr unwahrscheinlich ist.

Aber auch Versicherungsdaten zeigen: Rein statistisch ist es um ein Vielfaches wahrscheinlicher, dass ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor (und Treibstofftank) zu brennen beginnt, als ein Elektrofahrzeug (ca. 25 vs. >1500 pro 100.000 zugelassenen Fahrzeuge; die absolute Anzahl stagniert auch trotz steigender EV-Zulassungen) [7].

Quellen:
[1] https://www.agora-verkehrswende.de/veroeffentlichungen/klimabilanz-von-elektroautos/
[2] https://t3n.de/news/studie-e-auto-batterien-halten-laenger-als-ihre-fahrzeuge-1647617/
[3] https://futurezone.at/science/second-life-e-auto-elektroauto-akkus-batterie-zellmodule-photovoltaik-bmw-nissan/402681385
[4] https://www.ingenieur.de/fachmedien/konstruktion/antriebstechnik/zf-entwickelt-e-motor-ohne-magnete-und-seltene-erden/
[5] https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator
[6] https://www.derstandard.at/story/3000000231231/brennen-e-autos-haeufiger-und-wer-muss-die-schaeden-bezahlen
[7] https://www.enbw.com/blog/elektromobilitaet/fahren/brandgefahr-beim-e-auto-wie-hoch-ist-das-ris

Oktober, 2024

Balkonkraftwerke sind innovative, dezentrale Energieerzeugungssysteme, die speziell für den Einsatz in urbanen Wohngebieten entwickelt wurden. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um kompakte Photovoltaikanlagen, die auf Balkonen oder an Fassaden von Wohngebäuden installiert werden können. Der Vorteil dieser kleinen Kraftwerke liegt nicht nur in ihrer platzsparenden Bauweise, sondern auch in ihrer Benutzerfreundlichkeit.

Die Funktionsweise eines Balkonkraftwerks ist einfach: Die installierten Solarzellen fangen Sonnenenergie ein und wandeln es direkt in elektrische Energie um. Diese Energie kann dann entweder direkt im Haushalt genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Die Installation erfordert keine aufwendigen Umbaumaßnahmen und kann von Fachleuten oder interessierten Laien (bei einem Anschluss über eine Schuko-Steckdose) problemlos durchgeführt werden.

Warum leisten Balkonkraftwerke einen Beitrag für die Energiewende, auch wenn die Energieerzeugung im Vergleich zu PV-Anlagen auf dem Dach oder Windkraftanlagen relativ gering ist? Hier sind einige entscheidende Faktoren:

1. Dezentralität und Unabhängigkeit: Balkonkraftwerke ermöglichen eine dezentrale Energieerzeugung, wodurch die Abhängigkeit von zentralen Energieerzeugern reduziert wird. Indem jeder Haushalt seine eigene Energie erzeugt, wird das gesamte Stromnetz entlastet und weniger anfällig für Störungen.
2. Erneuerbare Energie direkt vor Ort nutzen: Durch die Installation von Balkonkraftwerken können Hausbesitzer einen gewissen Teil ihres eigenen Strombedarfs aus erneuerbaren Quellen decken. Dies trägt nicht nur zur Verringerung der CO2-Emissionen bei, sondern reduziert auch die Notwendigkeit des Bezugs von konventionellem Strom.
3. Einfache Integration in bestehende Strukturen: Die unkomplizierte Installation der Balkonkraftwerke macht sie besonders attraktiv. Die Anlagen lassen sich leicht in bestehende Wohngebäude integrieren, ohne dass aufwendige Baumaßnahmen erforderlich sind. Das macht sie sowohl für Mieter als auch für Eigentümer gleichermaßen zugänglich.
4. Bewusstseinsbildung und Partizipation: Balkonkraftwerke tragen dazu bei, das Bewusstsein für erneuerbare Energien zu stärken. Indem sie den Nutzern ermöglichen, aktiv an der Energieerzeugung teilzunehmen, fördern sie ein nachhaltiges Energieverhalten und tragen zur Energiewende auf individueller Ebene bei.

Insgesamt leisten Balkonkraftwerke einen niedrigschwelligen Beitrag zur Umstellung auf eine nachhaltige Energieversorgung. Sie ermöglichen nicht nur eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energien, sondern fördern auch die Eigenverantwortung und Selbstwirksamkeit jedes Einzelnen im Kontext der Energiewende.

Wer tiefer in das Thema Balkonkraftwerke einsteigen möchte, sollte die wirklich umfassenden FAQs unseres Kollegen Martin Hahn von den Scientists For Future besuchen. Dort werden viele technische und auch rechtliche Aspekte ausführlich behandelt.

Weitere interessante Informationsquellen zu Balkonkraftwerken:

• Folge 28 des Das ist eine gute Frage Podcst von Volker und Cornelia Quaschning
• Der Youtube-Kanal des YouTubers Andreas Schmitz

Elmar Jaeker, März 2024

Der größte Teil der Güter wird in Deutschland per LKW transportiert. Selbst bei ambitionierten Maßnahmen zur Stärkung des Schienenverkehrs ist davon auszugehen, dass auch in Zukunft mehr als die Hälfte der Verkehrsleistung, d.h. der Masse der transportierten Güter multipliziert mit der zurückgelegten Strecke, durch den LKW erbracht wird. Der überwiegende Teil der heutigen LKW wird von Dieselmotoren angetrieben. Bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff werden Treibhausgase emittiert (Hacker u. a. 2020).

Bei PKW haben sich batterieelektrische Fahrzeuge durchgesetzt. Da Nutzfahrzeuge einen deutlich größeren Energieverbrauch und eine deutlich höhere Tagesfahrleistung haben, müssen die Batterien für diese deutlich größer und somit schwerer sein. Dies führt zu einer höheren Achslast, geringerer Nutzlast, hohen Investitionskosten für das Fahrzeug und einer langen Batterieladedauer oder hohen erforderlichen Ladeleistung (Hacker u. a. 2020). Die Dynamik in der Batterieentwicklung hat zu stark fallenden Batteriepreisen in den letzten Jahren geführt, die deutlich unter den zuvor prognostizierten Werten lagen. Damit wurden die Voraussetzungen geschaffen, dass Batterie-LKW auch für den Fernverkehr in Betracht gezogen werden (Plötz u. a. 2021). Verschiedene Hersteller haben Batterie-LKW, die mit nachladen Tagesreichweiten von bis zu 1.000km erreichen und damit innerhalb der üblichen Fernverkehr-Tagesetappen liegen, angekündigt (MAN; Gleich 2023). Dafür ist eine Infrastruktur für Megawatt-Laden nötig, (Plötz u. a. 2021) das derzeit von einem Joint-Venture mehrerer LKW-Hersteller entwickelt wird (Schaal 2022).

Oberleitungen auf Autobahnen

Eine alternative Form der Energiezufuhr für elektrische Fahrzeuge ist die dynamische Energieversorgung während der Fahrt. Unter den verschiedenen Varianten ist das Oberleitungssystem am weitesten ausgereift. Sie besteht aus zwei Fahrdrähten, die als Oberleitungen auf Autobahnen über der Fahrbahn gespannt sind. Das Fahrzeug kann über zwei Stromabnehmer Kontakt mit den Fahrdrähten herstellen.

Derzeitige Konzepte sehen nicht vor, das gesamte Straßennetz mit einem Oberleitungssystem auszustatten. Stattdessen werden sich die elektrifizierten Strecken auf einige, vielbefahrene Autobahnabschnitte beschränken. Die LKW werden mit einem zweiten Antriebskonzept ausgestattet, so dass sie auch die nicht elektrifizierte Streckenabschnitten befahren können. Mögliche Konzepte sind die Kombination mit einem konventionellen Dieselmotor (O-HEV) und mit einer Traktionsbatterie (O-BEV) (Hacker u. a. 2020). Da die Traktionsbatterie während der Fahrt geladen wird, sind keine Pausen wie beim stationären Laden nötig und es können auch sehr viele Lkw gleichzeitig geladen werden (Plötz u. a. 2021).

Derzeit hat sich noch keine Technologie zur Dekarbonisierung von LKW durchgesetzt. Direkt elektrisch angetriebene Fahrzeuge wie batterieelektrische Fahrzeuge und Oberleitungs-LKW haben gegenüber Brennstoffzellen und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor den Vorteil eines besseren Wirkungsgrades von der Primärenergie zur Nutzenergie (Well-to-Wheel-Wirkungsgrad). Dies führt dazu, dass insgesamt weniger Energie benötigt wird und erneuerbare Energien weniger stark ausgebaut werden müssen (Gnann u. a. 2017). Dadurch sind die Betriebskosten von Oberleitungs-LKW (O-LKW) in der Regel auch niedriger als jene von Diesel-LKW (Jöhrens 2020).

Für den Einsatz von O-LKW muss zunächst die Infrastruktur aufgebaut werden. Diese muss staatlich finanziert werden (Jöhrens 2020). In der Studie (Hacker u. a. 2020) wurde ermittelt, dass sich mit einem elektrifizierten Autobahn-Kernnetz mit einer Länge von 4.300km, sich große Verkehrsmengen erschließen lassen. Die Kosten für den Aufbau dieses Netzes werden von den Autoren mit 12 Mrd. € als moderat eingeschätzt.

Durch die rasante Entwicklung der Batterietechnologie werden in naher Zukunft elektrische Langstrecken-LKW möglich sein, wenn die notwendige Megawatt-Ladeinfrasturkur ausgebaut wird. Eine Alternative oder Ergänzung zu dieser Megawatt-Ladeinfrastuktur sind Oberleitungen auf besonders verkehrsreichen Straßen. Die derzeitigen elektrifizierten Straßenabschnitte haben Pilotcharakter und für den großflächigen Einsatz von O-LKW ist eine politische Entscheidung zum Aufbau der notwendigen Infrastruktur erforderlich.

Quellen:

Gleich, Clemens. 2023. Mercedes eActros 600: E-LKW für über 1000 km elektrisch am Tag​. Heise Autos. 11. Oktober. https://www.heise.de/hintergrund/Mercedes-eActros-600-E-Lkw-fuer-ueber-1000-km-elektrisch-am-Tag-9330971.html (zugegriffen: 28. Oktober 2023).

Gnann, Till, Patrick Plötz, André Kühn und Martin Wietschel. 2017. How to decarbonise heavy road transport? https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/396904.

Hacker, Florian, Ruth Blanck, Wolf Görz, Tobias Bernecker, Jonas Speiser, Felix Röckle, Markus Schubert und Gregor Nebauer. 2020. StratON - Bewertung und Einführungsstrategien für oberleitungsgebundene schwere Nutzfahrzeuge. doi:10.24406/publica-fhg-300187, https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/300187 (zugegriffen: 22. Oktober 2023).

Jöhrens, Julius. 2020. Roadmap für die Einführung eines Oberleitungs-LKW-Systems in Deutschland Heidelberg, Juli 2020 (5. August). https://policycommons.net/artifacts/1966629/roadmap-fur-die-einfuhrung-eines-oberleitungs-lkw-systems-in-deutschland-heidelberg-juli-2020/2718394/ (zugegriffen: 22. Oktober 2023).

MAN. „Das ist der Beginn von etwas Großem“ | MAN Truck & Bus. https://www.man.eu/corporate/de/experience/das-ist-der-beginn-von-etwas-grossem-132672.html (zugegriffen: 28. Oktober 2023).

Plötz, Patrick, Daniel Speth, Till Gnann, Aline Scherrer, Uta Burghard, Florian Hacker und Julius Jöhrens. 2021. Infrastruktur für Elektro-LKW im Fernverkehr: Hochleistungsschnelllader und Oberleitung im Vergleich – ein Diskussionspapier. Frauenhofer ISI, Öko-Institut, ifeu. https://www.oeko.de/publikation/infrastruktur-fuer-elektro-lkw-im-fernverkehr/ (zugegriffen: 27. Oktober 2023).

Schaal, Sebastian. 2022. LKW-Lade-Joint-Venture geht als Milence an den Start. electrive.net. 6. Dezember. https://www.electrive.net/2022/12/06/lkw-lade-joint-venture-geht-als-milence-an-den-start/ (zugegriffen: 28. Oktober 2023).

Wenn Sie in Gegenden unterwegs sind, in denen viele Windräder aufgestellt sind, dann kann es vorkommen, dass ein Teil der Windräder steht, während andere Räder rotieren und Strom produzieren. Schuld daran sind häufig sogenannte “Netzengpässe”.

Die Stromversorgungsnetze in Deutschland wurden überwiegend im Laufe des 20ten Jahrhundert gebaut. Sie sind so konstruiert, dass sie den erzeugten Strom aus relativ wenigen, aber großen Kohle-, Gas- und (bis vor kurzem) Kernkraftwerken zu den industriellen und privaten Stromkunden leiten. Der erzeugte Strom wird dabei von den Kraftwerken vorwiegend in Übertragungsnetze gespeist, die den Strom oft über weite Strecken und sogar europaweit transportieren und an lokale Verteilnetze weitergeben. Dort sind die überwiegende Zahl an Stromkunden angeschlossen.

Die Erzeugung von regenerativem Strom in Windkraft- und Photovoltaikanlagen erfolgt aber in vielen, im Vergleich zu den Großkraftwerken kleinen Einheiten und sehr dezentral. Dadurch verändern sich die Stromflüsse in den Stromnetzen erheblich. Da die Stromnetze für diese veränderte Nutzung aber nicht konstruiert wurden, kommt es immer wieder und mit dem zunehmenden Ausbau von regenerativen Energiequellen zu drohenden Überlastungen an bestimmten Stellen in den Netzen. Um diese Überlastungen, die auch zu (Teil-)Ausfällen der Stromversorgung führen können, zu vermeiden, werden Betreiber von Windkraftanlagen oder größeren PV-Anlagen von den Betreibern der Stromnetze angewiesen ihre Erzeugung zu drosseln oder die Anlagen vorübergehend abzuschalten.

Die gesetzliche Grundlage für dieses sogenannte Netzengpassmanagement liefert das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG). Dort sind die Pflichten für die Stromnetzbetreiber und Betreiber von Stromerzeugungsanlagen und Stromspeicher, sowie die Kompensationen für den nicht erzeugten und damit auch nicht verkaufbaren Strom geregelt. Die für die Kompensation anfallenden Kosten tragen wir Stromkunden über die sogenannten Netzentgelte, die einen Anteil von ca. 22% am Strompreis ausmachen (BNetzA - Preisbestandteile und Tarife, 2022).

Neben den Netzengpässen, die den überwiegenden Grund für Drosselungen und Abschaltungen darstellen, können vorrübergehende Abschaltungen von Windkraftanlagen auch im Rahmen von Vermeidungs- und Minimierungsmaßnahmen zum Schutz von z.B. Vögeln oder Fledermäusen (vgl. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, 2021) vorgenommen werden. Diese werden häufig als betriebliche Auflagen im Rahmen des Genehmigungsverfahrens zum Bau von Windkraftanlagen individuell und je nach Standort festgelegt. Weiter müssen Windkraftanlagen auch regelmäßig gewartet und dazu gelegentlich abgeschaltet werden.

Im Jahr 2022 wurden laut Bundesnetzagentur (BNetzA), der für die Erfassung der durchgeführten Maßnahmen zum Netzengpassmanagement zuständige Behörde, 7.339GWh Windenergie (On- und Offshore) abgeschaltet (BNetzA – Netzengpassmanagement, 2023). Insgesamt wurden im gleichen Zeitraum 125,2TWh (also 125.200 GWh) Energie aus Windkraftanlagen erzeugt (BNetzA - Bundesnetzagentur veröffentlicht Daten zum Strommarkt 2022, 2023). Bezogen auf die Energiemenge, die insgesamt durch Wind erzeugt worden wäre, wenn das Stromnetz keine Engpässe hätte, entspricht das einem Anteil von 5,5%.

Sie sehen also, dass die Windkraftanlagen überwiegend in Betrieb sind und der subjektive Eindruck beim Spaziergang insgesamt trügen kann. Allerdings müssen und werden immer mehr regenerative Energieerzeugungsanlagen in Deutschland gebaut, so dass sich das Problem der Netzengpässe ohne einen schritthaltenden Netzausbau verschärft und immer mehr Anlagen temporär gedrosselt oder abgeschaltet werden müssen. Daher ist es so wichtig, dass neben den Erzeugungsanlagen auch in die Ertüchtigung der Stromnetze investiert wird.

Links zu weiterem Hintergrundwissen über Windräder:

https://www.enbw.com/unternehmen/eco-journal/warum-windraeder-stillstehen.html
https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/Versorgungssicherheit/Netzengpassmanagement/start.html
https://www.zeit.de/wirtschaft/2023-09/energieversorgung-stromnetz-windenergie-energiewende-blackout?utm_referrer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

Quellen:

BNetzA - Preisbestandteile und Tarife, 2022:  Wie setzt sich der Strompreis zusammen?, https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Vportal/Energie/PreiseAbschlaege/Tarife-table.html#FAQ330384 [abgerufen am 01.11.2023]
Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, 2021: Wie werden Vögel und Fledermäuse bei der Planung von Windenergieanlagen geschützt?, https://um.baden-wuerttemberg.de/de/energie/erneuerbare-energien/windenergie/faq-windenergie/schutz-von-voegeln-und-fledermaeusen [abgerufen am 01.11.2023]
BNetzA - Netzengpassmanagement, 2023:  Berichte zum Netzengpassmanagement, Tabellendokument für das Jahr 2022, https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Downloads/DE/Sachgebiete/Energie/Unternehmen_Institutionen/Versorgungssicherheit/Engpassmanagement/Tabellen2022.xlsx?__blob=publicationFile&v=3 [abgerufen am 01.11.2023]
BNetzA - Bundesnetzagentur veröffentlicht Daten zum Strommarkt 2022, 2023: Stromverbrauch und Erzeugung aus erneuerbaren Energien, https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2023/20230104_smard.html [abgerufen am 01.11.2023]

Elmar Jaeker, November 2023