Bis zum Jahr 2020 wird erwartet, dass der Kraftfahrzeugbestand weltweit von dato 900 Millionen Fahrzeugen auf prognostizierte 1,8 Milliarden ansteigen wird. Bereits heute besitzt Asiens PKW Sektor einen jährlichen Zuwachs von
43 Prozent und der Wunsch nach Mobilität wächst weiter an. Die dadurch verursachte höhere Nachfrage nach Rohöl ließ den Preis je Barrel im Laufe eines Jahres von 77 € auf 144 € steigen. Derzeit wird versucht, durch den Einsatz von Biokraftstoffen den Ölverbrauch zu reduzieren, jedoch wird es im Bezug auf diese Kraftstoffvariante immer Diskrepanzen mit dem Anbau von Nahrungsmitteln ergeben. Durch die Umlegung von Anbauflächen von Nahrungsmitteln in Biokraftstoffflächen, stieg z.B. der Weizenpreis innerhalb von 3 Monaten um 25 Prozent.
Benötigt wird eine nachhaltige Mobilität, welche regenerativ, möglichst CO2 neutral und nicht in Konflikt mit der Weltnahrungsversorgung steht.
In meiner Arbeit werde ich mich mit den Chancen und Potenzialen des Elektroautos auf dem deutschen, französischen, amerikanischen und chinesischen Markt beschäftigen. Dabei werde ich zunächst auf theoretische und begriffliche Grundlagen zur Thematik des Elektroautos eingehen. Im Weiteren werden die ausgewählten Märkte nach ihrer Marktstruktur, ihren politischen Maßnahmen, ihrem Energiehaushalt und dessen Entwicklung untersucht.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theoretische und begriffliche Grundlagen
2.1 EV, PHEV, Range Extender und Radnabenmotor
2.2 Differenzierung EV und konventionelle Verbrennungsmotoren
2.2.1 Nutzungsgrad
2.2.2 U mweltbilanz
2.2.3 Kostenfaktor
2.3 Entwicklung und Kosten der Batterietechnologie
2.3.1 Entwicklung
2.3.2 Kosten von Li-Ionen Batterie
2.4 Energieeffizienz der erneuerbaren Energien
2.5 Batterieaufladesysteme
2.5.1 Zuhause
2.5.2 Plug/Park and Charge
2.5.3 Schnellladestation
2.5.4 Solarladestation
2.5.5 Batteriewechselstationen
2.6 Zusammenfassung
3. Weltweit umgesetzte Projekte
3. 1 Proj ect B etter Place
3.1.1 Intro
3.1.2 Parteien
3.1.3 Fahrzeug
3.1.4 Aufladesysteme
3.1.5 Businessmodell
3.1.6 Israel
3.1.7 Dänemark
3.1.8 Ausblick
3.2 Th!nk
3.2.1 Intro
3.2.2 A
3.2.3 Kosten
3.2.4 Lebenszyklusanalyse
3.2.5 Zukunft
4 Deutschland
4.1 Marktstruktur
4.2 Politik
4.2.1 Erneuerbare Energien Gesetz EEG
4.2.2 Ökologische Steuerreform / KfZ Steuer
4.2.3 Atomgesetz AtG
4.2.4 Stromsteuergesetz StromStG
4.3 Energie
4.3.1 Energiebilanz
4.3.2 Erneuerbare Energien EE
4.3.3 Windenergie
4.3.4 Biomasse
4.3.5 Photovoltaik
4.3.6 Wasserkraft
4.3.7 Geothermie
4.4 Kennzahlenübersicht
5 Frankreich
5.1 Marktstruktur
5.2 Politik
5.2.1 CO2 basiertes Verkaufssystem
5.2.2 Pariser Modell
5.2.3 La Poste
5.2.4 Beschlüsse
5.3 Energie
5.3.1 Energiebilanz
5.3.2 Kernenergie
5.3.3 Windkraft
5.3.4 Wasserkraft
5.3.5 Erneuerbare Energien
5.4 Kennzahlenübersicht
6 Vereinigte Staaten von Amerika
6.1 Marktstruktur
6.2 Politik
6.2.1 Zero Emission Gesetz
6.2.2 Renewable Portfolio Standards
6.2.3 Driving Alternatives - Programm
6.2.4 Energy Independence and Security Act
6.2.5 Renewable Energy and Job Creation Act
6.3 Energie
6.3.1 Energiebilanz
6.3.2 Wasserkraft
6.3.3 Windkraft
6.3.4 Solarenergie
6.3.5 Biomasse
6.3.6 Geothermie
6.4 Kennzahlenübersicht
7 China
7.1 Marktstruktur
7.2 Politik
7.2.1 Gesetz zur Förderung erneuerbarer Energien
7.2.2 Strategieplan
7.2.3 Umweltschutzgesetz
7.3 Energie
7.3.1 Energiebilanz
7.3.2 Kohlekraft
7.3.3 Kernenergie
7.3.4 Wasserkraft
7.3.5 Windkraft
7.3.6 Sonstige erneuerbare Energie
7.4 Kennzahlenübersicht
8. Fazit
Anhang
Literatur- und Quellenverzeichnis:
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 Plug-in Hybrid
Abbildung 2 Radnabenmotor
Abbildung 3 Möglichkeiten der Realisierung elektrischer Antriebe
Abbildung 4 Rohöl Well-to-Wheel Lebenszyklusanalyse
Abbildung 5 Energieeffizienzvergleich EV & Verbrennungsmotoren
Abbildung 6 Effizienzvergleich EV & Verbrennungsmotor Ford Explorer
Abbildung 7 Well to Wheel Energieeffizienzvergleich
Abbildung 8 Well to Wheel Energieeffizienz- und Emissionsvergleich
Abbildung 9 CO2 Ausstoß Primärenergieerzeugung und Fortbewegung
Abbildung 10 Kraftstoffkostenvergleich U.S.A. Quelle: Eigene Darstellung
Abbildung 11 Kraftstoffkostenvergleich Deutschland Quelle: Eigene Darstellung
Abbildung 12 Potenziale erneuerbare Energien
Abbildung 13 Sonneinstrahlung je m2
Abbildung 14 Leistung einer 5 MW Anlage
Abbildung 15 Leistung Windenergie
Abbildung 16 Reichweite je Hektarertrag Energiepflanzen und PV-Anlagen
Abbildung 17 Batteriewechselvorgang
Abbildung 18 Kostenvergleich EV / PKW
Abbildung 19 Lebenszyklus CO2-Ausstoß
Abbildung 20 Stromvergütung
Abbildung 21 Stromeinspeisungsvergütung
Abbildung 22 Strombilanz
Abbildung 23 Beitrag der erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung
Abbildung 24 Installierte Windenergieleistung in Deutschland
Abbildung 25 Windkraftpotenzial Deutschland
Abbildung 26 Energiezufuhr der Sonne
Abbildung 27 Kennzahlenübersicht Deutschland
Abbildung 28 PKW CO2 Besteuerung Frankreich
Abbildung 29 Frankreichs Stromerzeugung
Abbildung 30 Mittlere Windgeschwindigkeit in Westeuropa
Abbildung 31 Kennzahlenübersicht Frankreich
Abbildung 32 Durchschnittliche Tagesfahrleistung U.S.A
Abbildung 33 PHEV Marktentwicklung
Abbildung 34 Bruttostromerzeugung nach Energiequelle U.S.A
Abbildung 35 Zusammensetzung EE
Abbildung 36 Windpotenziale U.S.A
Abbildung 37 Sonnenenergiepotenziale U.S.A
Abbildung 38 Geothermiepotenzial U.S.A
Abbildung 39 Kennzahlenübersicht U.S.A
Abbildung 40 Ausbauziele EE bis 2010 und 2020
Abbildung 41 Wachstum des Ölbedarfs
Abbildung 42 Windenergiepotenzial China
Abbildung 43 Kennzahlenübersicht China
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1. Einleitung
Bis zum Jahr 2020 wird erwartet, dass der Kraftfahrzeugbestand weltweit von dato 900 Millionen Fahrzeugen auf prognostizierte 1,8 Milliarden ansteigen wird. Bereits heute besitzt Asiens PKW Sektor einen jährlichen Zuwachs von 43 Prozent und der Wunsch nach Mobilität wächst weiter an. Die dadurch verursachte höhere Nachfrage nach Rohöl ließ den Preis je Barrel im Laufe eines Jahres von 77 € auf 144 € steigen. Derzeit wird versucht, durch den Einsatz von Biokraftstoffen den Ölverbrauch zu reduzieren, jedoch wird es im Bezug auf diese Kraftstoffvariante immer Diskrepanzen mit dem Anbau von Nahrungsmitteln ergeben. Durch die Umlegung von Anbauflächen von Nahrungsmitteln in Biokraftstoffflächen, stieg z.B. der Weizenpreis innerhalb von 3 Monaten um 25 Prozent.
Benötigt wird eine nachhaltige Mobilität, welche regenerativ, möglichst CO2 neutral und nicht in Konflikt mit der Weltnahrungsversorgung steht.
In meiner Arbeit werde ich mich mit den Chancen und Potenzialen des Elektroautos auf dem deutschen, französischen, amerikanischen und chinesischen Markt beschäftigen. Dabei werde ich zunächst auf theoretische und begriffliche Grundlagen zur Thematik des Elektroautos eingehen. Im Weiteren werden die ausgewählten Märkte nach ihrer Marktstruktur, ihren politischen Maßnahmen, ihrem Energiehaushalt und dessen Entwicklung untersucht.
2. Theoretische und begriffliche Grundlagen
2.1 EV, PHEV, Range Extender und Radnabenmotor Elektrofahrzeug
Das Elektrofahrzeug, auch Electric Vehicle (EV) genannt, wird durch einen oder mehrere Elektromotoren angetrieben. Die dafür benötigte elektrische Energie wird von den Akkumulatoren des Fahrzeuges entnommen. Um diesen wieder aufzuladen benötigt das EV lediglich einen 220V Wechselstromanschluss, wie er in jedem Haushalt vorzufinden ist[1]. Im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor besitzt das EV 90 Prozent weniger bewegliche Teile, fährt fast geräuschlos und weist einen hohen Wirkungsgrad auf[2]. Bereits heute werden Reichweiten von bis zu 350 km bei rein elektrischer Fahrt ermöglicht.[3]
Plug-in Hybrid Fahrzeug
Plug-in Hybrid Vehicles (PHEV) sind Hybrid Fahrzeuge, die zusätzlich extern
über das Stromnetz geladen werden können. Das PHEV kann Reichweiten von über 100 km im elektrischen Zustand zurücklegen[4]. Ist diese Energie erschöpft greift es auf einen Verbrennungsmotor zurück. Dieser ermöglicht es dem Fahrer weite Distanzen zurückzulegen, ohne die Batterie aufzuladen oder sich in seiner Mobilität einschränken zu müssen.[5]
Range Extender
Ein Range Extender, auch Reichweitenerweiterer genannt, ist ein kleiner Verbrennungsmotor, der bei einem PHEV ausschließlich als Stromgenerator zur Aufladung des Akkumulators dient. Dieser ersetzt den herkömmlichen Verbrennungsmotor des Fahrzeuges[6]. Mit dieser Variante lässt sich der Aktionsradius der PHEV vergrößern und bietet dabei einen höheren Nutzungsgrad als ein reiner Verbrennungsmotor für den Antrieb[7].
Radnabenmotor
Der Radnabenmotor ist ein Elektromotor, der direkt im Rad des Fahrzeuges eingebaut ist. Durch seine geringen mechanischen Übertragungsverluste lassen sich Wirkungsgrade bis zu 96 Prozent erreichen. Im Vergleich zum herkömmlichen Automobil, kommt diese Fahrzeugarchitektur ohne einen Motorraum und Getriebe aus[8].
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3 Möglichkeiten der Realisierung elektrischer Antriebe
Quelle: http://www.ika.rwth-aachen.de/forschung/veroeffentlichung/1998/26.-27.03/Abb05.jpg
2.2 Differenzierung EV und konventionelle Verbrennungsmotoren
2.2.1 Nutzungsgrad
Versucht man den Nutzungsgrad eines
Fahrzeuges zu definieren, ergeben sich verschiedene Ansätze diesen zu bestimmen. Je nach Betrachtungsweise lassen sich folgende Varianten bestimmen. Abbildung 4 Rohöl Well-to-Wheel . . Lebenszyklusanalyse
Well-to-Wheel (WTW) ist die Quelle: www.assets.panda.org Berechnung des Energieverbrauchs vom Ausgangsbrennstoff bis zur Verwendung im Fahrzeug[9]. Diese lässt sich unter anderem unterteilen in Well- to-Tank (WTT) und Tank-to-Wheel (TTW). Unter WTT wird der Prozess der Energiegewinnung und des Transports gesehen, welcher von den Mineralölkonzernen betrieben wird. TTW stellt die Nutzung der Energie im Fahrzeug dar.
Da die Gewinnung der Kohle und des Öls bis zur Herstellung von Kraftstoffen oder Elektrizität vergleichbar sind, wird der Prozess gerne erst ab der Plant-to- Wheels (PTW) Variante betrachtet.[10] Diese lässt sich dann noch schlussendlich in Plant-to-Tank (PTT) und TTW aufsplitten.
Beim PTT erhält der Treibstoff trotz Raffinerie und Transport zu den Tankstellen 83 Prozent seiner Energie. Konträr dazu erhält das Stromwerk mit Kohle 35 Prozent und mit Erdgas noch 42 Prozent der eingesetzten Energie. Zusätzlich gehen danach noch weitere 8 Prozent durch Netzeinspeisung und Verteilung der Elektrizität verloren.
Im Zustand höchster Leistung hat ein Benzinmotor eine TTW Effektivität von ungefähr 28 Prozent, ein Diesel um die 33 Prozent. Diese Werte gehen jedoch von Laborbedingungen aus und schließen dabei reale Verkehrssituationen und
Gegebenheiten aus. In der Realität lassen sich Werte um die 18% und 23% Prozent erreichen. Bereits beim Anfahren an einer roten Ampel werden 5%- 10% Prozent der eingesetzten Energie verloren, weitere 5% Prozent durch Reibungsverluste des Getriebes. Bei den Verbrennungsmotoren verpufft ein Grossteil der eingesetzten Energie in Abgase, Kühlung und erzeugte Abwärme.
Vergleicht man diese von der World Wildlife Fund (WWF) aufgestellten Wirkungsgrade, so decken sich die mit Ergebnissen der schwedischen Lund Universität.
Ein EV hingegen besitzt einen TTW Nutzungsgrad von ca. 65 Prozent. Dieser Wert ist ein wenig höher als die 57 Prozent der Lund Universität, welche aber mit fortschreitender Entwicklung 76 Prozent vorhersagen.
Nach Meinung der Internationalen Energie Agentur (IES) wird der Nutzungsgrad bei 74 Prozent liegen.[11]
Aus rein rechnerischen Gründen wird im Fortlaufenden von einem Wert von 65% Prozent ausgegangen.
Demzufolge ist der EV gegenüber einem Fahrzeug mit Benzinmotor 3,3-mal effizienter. Vergleicht man diesen Wert mit Modellen im Gebrauch, so lässt sich dieses Ergebnis durchaus bestätigen.
Durch die geringe Anzahl der Fahrzeugmodelle, die sowohl einen Verbrennungs- als auch einen Elektromotor besitzen, werden der Toyota RAV4 aus dem Jahre 2000 und der Ford Explorer aus dem Jahre 2002 zum Vergleich herangezogen.
Anhand der gewonnenen Informationen aus der Datenbank des U.S. Department of Energy, lässt sich errechnen, dass die Effizienz des Toyota
RAV4 EV um 4,4-mal und die des Ford Explorer USPS Electric um 3,2-mal höher ist als die der vergleichbaren Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.[12]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6 Effizienzvergleich EV & Verbrennungsmotor Ford Explorer Quelle: eigene Abbildung
Die folgende Abbildung gibt die Energieeffizienz der Treibstoffe in Mega-Joule pro Kilogramm (MJ/kg) an. Die WTW-Effizienz wird dann in km-Reichweite pro Mega-Joule (km/MJ) angegeben. Je höher dieser Wert, desto effizienter ist das Fahrzeug.
Abgebildet werden aktuell erhältliche Kraftfahrzeuge, mit unterschiedlichen Kraftstoffvarianten, um eine bessere Vergleichbarkeit zu schaffen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 7 Well to Wheel Energieeffizienzvergleich
Quelle: The 21st Century Electric Car, Martin Eberhard und Marc Tarpenning
Anhand der vorliegenden Untersuchung von Telsa Motors Inc. lässt sich erkennen, dass der elektrische Antrieb die höchsten WTW Werte aufweist[13]. Andere neue alternative Antriebe wie z.B. Wasserstoff oder Erdgas bieten die schlechtesten Effizienzwerte in dieser Untersuchung.
Zur Gewinnung von Wasserstoff wird die dreifache Strommenge benötigt um dieselben Reichweiten zu erreichen, wie ein EV[14]. Daher bietet es sich an die verwendete Energie direkt in EVs zu speisen. Geringe Abweichungen im Vergleich zu den bisher genannten Zahlen weist diese Untersuchung auf, da nicht ein und dasselbe Fahrzeug mit unterschiedlichen Antriebsvarianten verglichen werden kann.
Dennoch besitzt das EV gegenüber dem Benziner 2,2-mal höhere und gegenüber dem Diesel 2,4-mal höhere Kilometerreichweite pro Mega-Joule. Daraus erschließt sich, dass der EV mehreren Studien zufolge, des bessere bzw. effizientere Antriebskonzept darstellt.
2.2.2 Umweltbilanz
Nach dem neuen Beschluss der Europäischen Kommission dürfen Neuwagen ab dem Jahre 2012 einen max. CO2 Ausstoß von 120 Gramm CO2 je Kilometer emittieren[15].
Bei diesem Beschluss wird jedoch lediglich der Ausstoß des Fahrzeuges und nicht der ganze Kraftstofflebenszyklus betrachtet. Anstatt eines TTW sollte der WTW Ansatz gewählt werden, um den tatsächlichen CO2 Ausstoß der Fahrzeuge von der Rohstoffgewinnung bis zum gefahrenen Kilometer berücksichtigen zu können.
Im Folgenden werde ich auf zwei verschiedene Ansätze zur Erhebung des CO2 Gehaltes eingehen. In der ersten Vergleichsrechnung wird der WTW CO2 Ausstoß als ein Ganzes angesehen.
Aus Erkenntnissen der Wissenschaft lässt sich sagen, dass Rohöl einen CO2 Gehalt von 73,0 Gramm je Mega-Joule enthält, Erdgas dagegen nur 58,8 Gramm. Kombiniert man nun diese Werte mit den bereits errungenen Kenntnissen aus Abbildung 8 lassen sich folgende CO2 Emissionen beim WTW Ansatz errechnen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 8 Well to Wheel Energieeffizienz- und Emissionsvergleich Quelle: The 21st Century Electric Car, Martin Eberhard und Marc Tarpenning
Das EV stellt mit dem Faktor 2,8 das umweltfreundlichste Fahrzeug in dieser Untersuchung dar. Beachtet man, dass der Wert von 46,1 g/km unter Einsatz von Erdgas zur Stromgewinnung zustande kam, bietet das EV noch weiteres CO2 Einsparpotenzial. Desto umweltfreundlicher der Strommix aus erneuerbaren Energien wie Wind, Wasser und Sonne wird, desto mehr läuft dieser Wert gegen 0 Gramm CO2 je Kilometer.
Analysiert man ein EV das ungefähr 15 Kilowattstunden Strom verbraucht, was 1,5 Liter fossilen Kraftstoffen entspricht, würde durchschnittlich 97,5 g CO2 pro Kilometer ausgestoßen werden, bei einem Strommix mit 14 Prozent Anteil an erneuerbaren Energien.[16] Teilt man nun den CO2 Ausstoß in g/km in die Bereiche Primärenenergieerzeugung und Fortbewegung auf, lässt sich feststellen, dass 100 Prozent der Emissionen des EV bei der Erzeugung der Energie für die Fortbewegung entsteht. Ein Grossteil der erzeugten Emissionen für den fossilen Kraftfahrzeugverkehr entsteht jedoch bei der Verbrennung des Kraftstoffes im Fahrzeug[17]. Je nach Standort und Stromvertrag mit dem Stromanbieter können die CO2 Werte schwanken. Wird der Strom beispielsweise aus rein erneuerbaren Energien (EE) gewonnen, welche z.B. nachts im Form von Windenergie überschüssig zur Verfügung stehen, beläuft sich der CO2 Ausstoß auf 0 g/km.
Zusätzlich haben EV die Eigenschaft weder Feinstaub, noch sonstige Schadstoffprobleme hervorzurufen. Umweltzonen mit Fahrverboten oder Strafzahlungen kommen daher für diese Fahrzeuge nicht in Betrachtung[18].
2.2.3 Kostenfaktor
Vergleicht man nun national unterschiedliche Fahreigenschaften, so lässt sich feststellen, dass die USA mit ca. 19.000km (12.000 Meilen) vor Deutschland mit ca. 12.000 km und Frankreich mit ca. 10.000 km durchschnittlicher Jahresfahrleistung liegt[19] [20].
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 11 Kraftstoffkostenvergleich Deutschland Quelle: Eigene Darstellung
Jährlich lassen sich damit für den Fahrer, der ca. 12.000 km zurücklegt, ein Kostenvorteil im Faktor 3-8 erzielen, je nach Stromtarif. Der Ladezeitpunkt entscheidet über die Marge der Ersparnis.
Trotz 50 Prozent weniger Jahresfahrleistung in Deutschland, bietet das Elektroauto bereits bei 12.000 km erhebliche Kostenvorteile. In den USA bietet sich ein Potenzial von 745,70 €, in Deutschland sogar von (optimal) 1142,45 € Kostenersparnis pro Jahr bei rein elektrischem Betrieb (Die vollständige, detaillierte Rechnung finden Sie im Anhang).
Nimmt man die Kosten eines Neufahrzeuges genau unter die Lupe, so ist es mit den Anschaffungskosten nicht getan. Reparaturen aufgrund von Verschleiß, TÜV, AU und den Kosten für Kraftstoff um Mobilität gewährleisten zu können sind weitere Kostenfaktoren.
Die durchschnittlichen Anschaffungskosten eines PKW in Europa belaufen sich auf 12.000 €. Über den Zeitraum seiner Lebensdauer von 12 Jahren verbraucht er ungefähr 20.000 Liter Benzin (7,2 Liter/100 km[21] ). Wenn ceteris paribus die Kosten je Liter 1,50 € betragen, kostet der verwendete Treibstoff 30.000 €. Liegen die Kosten bei einem EV beispielsweise bei 18.000 € (plus 6000 € für die Batterie[22] ) und würde die kWh ceteris paribus 0.09 € kosten, so würde das Fahrzeug über seine Lebensdauer 2016 € und bei ceteris paribus 0,24 € je kWh dann 5256 € kosten.
Für die USA ergeben sich daher folgende Kosten (jedoch ohne AK):
Benzin:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Elektro:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Berechnet man die Kraftstoff- / Energiekosten der jeweiligen Antriebstechnologie für seine durchschnittliche Lebensdauer von 12 Jahren und 144.000 Meilen, bietet sich für das EV eine Kostenersparnis von 14.424 $ (9187,23 €).
Bei einer Rechnung dreier Analysten der Deutschen Bank, welche im März diesen Jahres eine Marktstudie über EVs auf dem U.S. Markt getätigt haben, birgt das EV gegenüber dem Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eine 2,5-mal höhere Kraftstoffkosteneffizienz.
Ihren Forschungen nach benötigt ein EV für 5 Meilen 1 kWh. Bei einem kWh-Preis von 0,10 Dollar, ergeben sich Kosten von 0,02 Dollar je gefahrenen Kilometer. Für die Abnutzung der Batterie veranschlagen sie 0,05 Dollar je Kilometer. Zusammengefügt ergibt dies 0,07 Dollar je Meile.
Für Benziner mit 20 mpg Reichweite und einem Gallonenpreis von 3-4 Dollar auf dem U.S. Markt, belaufen sich die Kosten je Meile zwischen 0,15-0,24 Dollar. In Europa belaufen sich bei einem Fahrzeug mit 25 mpg die Kosten auf 0,24 Dollar je Meile[23].
Nicht berücksichtig wurde in dieser Rechnung die Abnutzung/ der Verschleiß des Verbrennungsmotors, der eine vergleichbare Lebensdauer als eine Batterie besitzt, jedoch werden in der Kalkulation nur die Abnutzungskosten der Batterie mit 0,05 Dollar je Meile aufgerechnet.
Zusätzlich zu den Anschaffungs- und Kraftstoffkosten (das Deutsche Institut für Wirtschaftforschung prognostiziert für 2018 einen Literpreis von 4 Euro[24] ), können CO2 orientiere Kfz-Steuern dazukommen.
Je nach Nation werden Fahrzeuge mit einem hohen CO2 Ausstoß stärker besteuert[25] oder der Käufer erhält beim Neukauf eines klimafreundlichen Autos einen staatlichen Zuschuss[26].
In London beispielsweise müssen alle Kraftfahrzeuge, welche einen CO2 Ausstoß von über 225 Gramm CO2 pro Kilometer haben, eine Citymaut von 8 Pfund (12 Euro) am Tag bezahlen, wenn sie in die Stadt fahren wollen. Londons amtierender Bürgermeister möchte diese Maut ab dem Herbst auf 25 Pfund (34 Euro) erhöhen. Ein EV erzeugt während der Fahrt Null CO2 und würde daher von dieser Maut unberührt bleiben[27].
2.3 Entwicklung und Kosten der Batterietechnologie
2.3.1 Entwicklung
Der Erfolg des EV wird maßgeblich bestimmt werden von der Verfügbarkeit von kleinen, leichten Batterien mit hoher Speicherkapazität und Lebensdauer.
Erstmals zum Einsatz in einer Massenproduktion brachte es die Nickel-Metall-Hybrid Batterie (NiMH-Batterie) 1997 im Toyota Prius 1 und schaffte damit den Durchbruch für Batterien als Antriebsenenergiespeicher in einem Großserienfahrzeug.
Hauptprobleme der Batterien sind die Speicherkapazität und das hohe Gewicht.
1997 betrug das Gewicht der NiMH-Batterie 33 kg je kWh Speicher. Sie hatte aufgrund ihrer Lebensdauer von 8 Jahren und bei einem Energieinhalt von 30 Wh/kg lediglich eine 10 prozentige Entladungstiefe. Bei einer höheren Entladungstiefe wäre die Lebensdauer der Batterie auf ca. 4 Jahre gesunken[28]. Im Jahre 2008, mit dem Beginn des Zeitalters der Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batterien für den PKW-Gebrauch, beträgt das Gewicht je kWh noch 17 kg. Ihr Energieinhalt von 60 Wh/kg mit einer Entladungstiefe von 33 Prozent bietet eine Lebensdauer von 8-10 Jahren. Bis 2012 will die Forschung den Durchbruch bis auf 75 Wh/kg Energieinhalt mit einer Entladungstiefe von 80 Prozent erreichen. Das Gewicht soll dann noch 13 kg/kWh betragen und eine Lebensdauer von 10-15 Jahre erreichen[29].
2.3.2 Kosten von Li-Ionen Batterie
Eine der größten Herausforderungen ist und bleibt die Kostensenkung der Akkumulatoren. Nach heutigen Erkenntnissen erreicht ein Mittelklassewagen ca. 6,5-7 km/kWh[30]. Für eine Distanz von 100 km benötigen wir dann ungefähr 15 kWh Energie.
Nach Meinung des Batterieherstellers A123 belaufen sich momentan die Mehrkosten für einen Akkumulator mit einer Reichweite von 100 km auf 15.000 €. Dies entspricht 1.000 € je kWh in einer Kleinserienproduktion. In den nächsten 5 Jahren sehen sie die Entwicklung der Kosten bei 200 € - 300 € je KWh bei Massenproduktion durch die Ausnutzung der Economies of Scales. Folglich würden die Akkumulatoren dann noch Mehrkosten von 3000 € - 4500 € verursachen. Diese Ergebnisse wurden unter anderem von Prof. Dr. Dirk Uwe Sauer der Technischen Hochschule Aachen auf der Veranstaltung „Fährt das Auto in Zukunft elektrisch“, welche 28. April in Berlin stattfand, gestützt. Er betonte dabei unter anderem auch die Entwicklung der Li-Ionen Batterien auf dem Bereich des Mobilfunk und Laptopmarktes. Zwischen 1995 und 2005 wurde hier eine Kostenreduktion um den Faktor 5-6 erzielt, was bei Li-Ionen Batterien für Plug-in oder EV durchaus auch denkbar wäre[31].
Bei dieser Veranstaltung betonte Dr. Klaus Brandt, Geschäftsführer der GAIA Akkumulatorenwerke, das ein entscheidender Faktor zur Kostenreduktion der Blick auf das Periodensystem sein wird, um möglicherweise günstigere Ausgangsprodukte zu nutzen, mit denen gleiche oder bessere Leistungen erzielt werden können. Bereits zum jetzigen Zeitpunkt könnte die Firma GAIA einen Li-Ionen Akku mit 10KWh Leistung für 50km Reichweite für unter 4.000 € für ein Plug-in Fahrzeug anbieten[32].
Bei Akkumulatorenkosten von 3.000 € - 4500 € für 15 kWh Leistung würde sich der Akkumulator bei einem Preis von 0,20 € pro kWh im Jahre 2012 bereits nach 70.000 km bis etwa 100.000 km bei rein elektrischem Betrieb rechnen[33].
2.4 Energieeffizienz der erneuerbaren Energien
Die Sonne sendet innerhalb einer halben Stunde mehr Energie auf die Erde, als die gesamte Menschheit für ein vollständiges Jahr benötigt[34].
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 12 Potenziale erneuerbare Energien Quelle: www.unendlich-vlel-energle.de/
In den mitteleuropäischen Breiten beträgt die jährliche Sonneneinstrahlung zwischen 850 und 1.200 kWh pro Quadratmeter (kWh/m2). Diese Sonneneinstrahlung auf einem Quadratmeter bietet über den Zeitverlauf eines Jahres den gleichen Energiegehalt als 100 Liter Öl [35]. installierte Photovoltaik-Leistung 1.800 Megawatt (MW), bis 2020 soll sie bis auf 5.400 MW steigen [36] 2007 betrug die weltweit
Abbildung 13 Sonneinstrahlung je m2http://www.solarbusines s.de/typo3temp/pics/282c876846.jpg
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
http://www.solarbusines bis 2020 soll sie bis auf 5.400 MW steigen . s.de/typo3temp/pics/282 c876846.jpg
Solaranlagen können ca. 15 Prozent der Sonneneinstrahlung in Energie umwandeln. Für einen Jahresbedarf an Solarenergie zur Speisung eines EV mit einer Reichweite von 6,7 km/kWh, würde der durchschnittliche PKW-Fahrer für 12.000 km jährlich eine Solarfläche von ca. 12 m2 benötigen. In den U.S.A. wären es für 20.000 km ca. 20 m2. Die Photovoltaik Anlagen haben bereits nach ein bis zwei Jahren die Energie eingespeist, welche für ihre Herstellung eingesetzt wurde.
Derzeit werden viele Projekte durchgeführt, bei denen Strom aus der Strömungsenergie der Meere, Ebbe und Flut, gewonnen wird. Weltweit werden Potenziale von etwa 450 Terrawattstunden (TWh) Strom pro Jahr vermutet. Dies stellt ca. 75 Prozent des jährlichen deutschen Stromverbrauchs dar (600 TWh). Dies repräsentiert etwa die Energie von 40 Kernkraftwerken. Die Windenergie birgt große Abbildung 14 Leistung einer 5 MW Anlage Quelle: www.wind- Chancen, ist jedoch stark energie.de/typo3temp/pics/a526702cfc.jpg von seiner geographischen Lage und den darausfolgenden Wetterverhältnissen abhängig.
[...]
[1] Vgl. http://www.arb.ca.aov/msproa/zevprog/factsheets/evinformation.pdf 31.03.08
[2] Vgl. http://www.pluαinamerica.orα/what-are-pluαins.shtm 31.03.08
[3] Vgl. http://www.teslamotors.com/performance/perf specs.php 31.03.08
[4] Vgl. http://www.iags.org/pih.htm 31.03.08
[5] Vgl. http://www.eere.enerαy.αov/afdc/vehicles/pluαin hybrids.html 31.03.08
[6] Vgl. http://www.unendlich-viel-energie.de/de/strom/detailansicht/article/113/strom-tanken-statt oel-verbrennen-so-funktioniert-das-elektroauto.html 31.03.08
[7] Vgl. http://www.meinews.net/ab-t117224p3.html?s=67d023a62dc21d9cb1e3949f8fb62591& 08.04.08
[8] Vgl. http://www.heise.de/newsticker/Radnabenmotor-im-Aufwind--/meldung/105376/from/rss0920.05.08
[9] Vgl. http://www.lbst.de/publications/studies d/2002/Well2WheelStudie d.pdf 22.05.08
[10] Vgl. http://assets.panda.ora/downloads/pluaaed in full report final.pdf 07.04.08
[11] Vgl. http://www.iea.ora/textbase/nppdf/free/2005/hydroaen2005.pdf 07.04.08
[12] Vgl. http://www.fueleconomy.gov/ 22.05.08
[13] Vgl. The 21st Century Electric Car, Martin Eberhard und Marc Tarpenning , 6. Oktober 2006
[14] Vgl. http://www.efcf.com/media/dp031022.shtml 31.04.08
[15] Vgl. http://www.co2-handel.de/article185 8682.html 23.05.2008
[16] Vgl. http://www.unendlich-viel-energie.de/uploads/media/Presseinfo Elektromobilitaet.pdf 07.04.08
[17] Vgl. http://www.elektro-auto.net/index.php?option=com content&task=view&id=23&Itemid=44 07.04.08
[18] Vgl. http://www.unendlich-viel-energie.de/de/verkehr/detailansicht/article/185/erneuerbare- energien-und-elektromobilitaet-das-dreamteam-fuer-postfossile-fortbewegung.html 07.04.08
[19] Vgl. http://assets.panda.org/downloads/plugged in full report final.pdf 25.04.08
[20] Opel Astra 1,8 Liter Benziner 140 PS, 7,3 Liter/100 km, Stromverbrauch 0,25 kWh/mi
[21] Vgl. http://www.opel.de/shop/cars/astra/product/engine/content.act?engine=2H0& 24.05.08
[22] Vgl. Paradigm Shift for the Global Auto Industry, Deutsche Bank Report 16 März 2008 S.4
[23] Vgl. Paradigm Shift for the Global Auto Industry, Deutsche Bank Report 16 März 2008 S.4 Philipp Gauß Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Geislingen
[24] Vgl. http://www.manaaer-maaazin.de/aeld/artikel/0,2828,526582,00.html 15.04.08
[25] Vgl. http://www.vcd.org/kfz-steuer.html 02.05.08
[26] Vgl. http://www.wattgehtab.com/index.php/content/view/1892/25/ 21.04.08
[27] Vgl. http://www.sueddeutsche.de/automobil/artikel/318/157896/ 21.04.08
[28] Vgl. http://www.auto-motor-und-sport.de/fotos/foto-shows/test U technik/mpsfshw show 501083 13999.hbs 25.05.08
[29] Vgl. Auto, Motor und Sport, Heft 2, 3. Januar 2008, Seite 108
[30] Vgl. http://www.austinenerav.com/about%20us/Newsroom/Reports/aasQptionalvehicles.pdf25.04.08
[31] Vgl. Vortrag „Fährt das Auto in Zukunft elektrisch?“ Prof. Dr. Sauer, RWFH Aachen, Berlin28.04.08
[32] Vgl. http://www.heise.de/autos/artikel/s/print/5679 03.05.08
[33] Vgl. http://www.photon.de/photon/pd-2007-04.pdf 20.04.08
[34] Vgl. http://www.unendlich-viel-energie.de/uploads/media/Presseinfo Photovoltaik.pdf
[35] Vgl. http://www.solar-is-future.de/sonnenland-deutschland/sonnenland- deutschland/index.html 17.04.08
[36] Vgl. http://www.solar-is-future.de/erneuerbare-eneraien/perspektiven/index.html 17.04.08
- Arbeit zitieren
- Philipp Gauß (Autor:in), 2008, Chancen und Potenziale des Elektroautos auf ausgewählten Märkten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/138060
