Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es zu bestimmen, welche Auswirkungen die Ausführung der Elektromobilität auf die Umwelt und Infrastruktur in Deutschland hat. Dazu wird folgendes theoretische Szenario aufgestellt: „Die vollständige Einführung des Elektromobilitätskonzepts in Deutschland innerhalb eines Jahres“.
Um diese Idee zu entwickeln, wurde zunächst eine ordentliche Informationsbasis zum aktuellen Stand der Technik bezüglich Antrieb und Ladeinfrastruktur mithilfe von Fachliteratur erstellt. Anschließend konnte mit Hilfe von „Was-Wäre-Wenn“-Analysen und Statistiken des deutschen Umweltamtes errechnet werden, welche Konsequenzen eine vollständige Elektrifizierung auf den deutschen Straßen innerhalb eines Jahres hätte.
Vor mehr als einem Jahrhundert war das Automobil bereits weitverbreitet und hat sich zu einem unverzichtbaren Bestandteil des deutschen Alltags entwickelt. Seither stehen konventionelle Verbrennungsmotoren für einen hohen Grad an Mobilität und prägen die Lebensqualität. Wegen des hohen Wertschöpfungsanteils der Automobilindustrie, ihrer hohen Exportquote sowie ihrer hohen direkten und indirekten Anzahl an Beschäftigten, gehört die Automobilindustrie außerdem zu den Leitbranchen der deutschen Industrie. Diese Tatsache bestärkt sich aktuell, weil sich die Branche in einer Umbruchphase befindet: Schrumpfende fossile Ressourcen, steigende Energiepreise, erhöhte CO2- Emissionen, Luftverschmutzung und Klimawandel sind nur einige Herausforderungen, die uns in der Gegenwart und sicherlich auch in der zukünftigen Zeit betreffen. Wie sich zeigt, hat die nahezu grenzenlose Mobilität deutliche Schattenseiten, die der konventionellen Mobilität eine endliche Zukunft vorhersagen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Elektromobilität- Problemstellungen, Stand und Erwartungen
1.2 Ziel der wissenschaftlichen Arbeit
1.3 Definition und Abgrenzung des Elektromobilitätskonzepts
2 Stand der Technik
2.1 Die Funktionsweise von Verbrennungsmotoren
2.2 Die Batterie als Schlüsseltechnologie
2.2.1 Primär- und Sekundärzellen
2.2.2 Das Batteriesystem
3 Die Ladeinfrastruktur
3.1 Verschiedene Ladetechnologien
3.1.1 Der konduktive Ladevorgang
3.1.2 Der induktive Ladevorgang
3.1.3 Der Batteriewechsel
3.2 Anforderungen an die Stromnetze
4 Das theoretische Szenario: Vollständige Einführung des Elektromobilitätskonzepts in Deutschland in einem Jahr
4.1 Energieverbrauch und Rohstoffbezug
4.1.1 Energieverbrauch und Rohstoffbezug von konventionellen Fahrzeugen
4.1.2 Energieverbrauch und Rohstoffbezug von alternativen Fahrzeugen
4.1.3 Die Überführung der konventionellen Fahrzeuge in Elektrofahrzeuge
4.2 Erforderliche Anpassung der Ladeinfrastruktur
5 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, die Auswirkungen einer vollständigen Elektrifizierung des Fahrzeugbestands in Deutschland innerhalb eines Jahres auf Umwelt und Infrastruktur zu untersuchen. Die Forschungsfrage hinterfragt dabei, ob Elektrofahrzeuge ihrem positiven ökologischen Ruf gerecht werden, insbesondere unter Berücksichtigung der Rohstoffgewinnung und des massiven Anstiegs des Strombedarfs.
- Kritische Analyse des ökologischen Nutzens von Elektroantrieben.
- Ermittlung des zusätzlichen Strombedarfs bei einer vollständigen Elektrifizierung.
- Untersuchung der Umweltbelastung durch die Rohstoffgewinnung für Batterien (Lithium).
- Berechnung der notwendigen Anpassungen der Ladeinfrastruktur.
- Evaluierung der Auswirkungen auf die Stromerzeugungskapazitäten.
Auszug aus dem Buch
Der Lithium- Bedarf und dessen Rohstoffbezug
Wenn von einem Lithiumbedarf von 13,5 kg pro Fahrzeug ausgegangen wird46, so würde ein Bedarf von 77 242,7 t Lithium entstehen. Zum Vergleich: Weltweit belaufen sich die Ressourcen von Lithium auf ein Volumen von rund 62 Millionen Tonnen im Jahr 2018. Lithium wird aus verschiedenen Vorkommen gewonnen - besonders aus Festgestein und Sole. Die wichtigsten Förderländer von Lithium sind derzeit Australien, Südamerika und China, wobei besonders betroffen die als Lithiumdreieck bezeichnete Grenzregion zwischen Argentinien, Bolivien und Chile ist. Hier lagern mehr als 60 Prozent der weltweiten Lithiumvorkommen in Salzseen. Der Abbau ist extrem wasserintensiv, die Herstellung einer Tonne Lithium verbraucht fast zwei Millionen Liter mineralhaltiges Grundwasser47, welches in riesige künstliche Becken gepumpt wird. Die Salze setzen sich ab und werden in einem dreckigen chemischen Prozess in Lithiumkarbonat verwandelt. Zugleich lässt das Sinken des Grundwasserspiegels die Seen in einer der trockensten Regionen der Welt noch weiter austrocknen und bedroht
Zum CO2 Ausstoß gibt es mittlerweile verschiedene Studien, dessen Werte sehr weit voneinander abweichen. Nun hat eine schwedische Untersuchung versucht, Klarheit zu schaffen und fand Folgendes heraus:
Die Produktion der Batterien für jede Kilowattstunde Speicherkapazität des Akkus verbraucht 97 bis 180 kWh an Energie woraus folgt, dass pro Batterie zwischen 5 und 20 Tonnen an CO2-Emissionen verursacht hat, bevor das Auto überhaupt erst auf die Straße gekommen ist. Es wurde ausgerechnet, dass das E-Fahrzeug ganze 100'000 Kilometer komplett emissionsfrei gefahren werden müsste, bevor es beginnt, umweltfreundlicher als ein durchschnittliches Dieselauto zu sein. Für die Berechnung wurden die Emissionen (Mittelwert rund 10 Tonnen CO2) aus der Batterieproduktion mit den Emissionen verglichen, die aus der Nutzung eines durchschnittlichen Verbrennungsautos unter schwedischen Bedingungen
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Elektromobilität ein, beleuchtet Problemstellungen sowie Erwartungen und definiert das Ziel der wissenschaftlichen Arbeit.
2 Stand der Technik: Hier werden die Funktionsweisen von Verbrennungsmotoren sowie der Aufbau und die Rolle der Batterie als Schlüsseltechnologie systematisch erläutert.
3 Die Ladeinfrastruktur: Dieses Kapitel betrachtet verschiedene Ladetechnologien wie konduktives und induktives Laden sowie den Batteriewechsel und analysiert die Anforderungen an die Stromnetze.
4 Das theoretische Szenario: Vollständige Einführung des Elektromobilitätskonzepts in Deutschland in einem Jahr: Das Hauptkapitel berechnet anhand eines Szenarios den Energiebedarf, den Rohstoffbezug und die infrastrukturellen Herausforderungen bei einer kompletten Elektrifizierung.
5 Zusammenfassung: Die Arbeit schließt mit einer Bilanz der ökologischen und infrastrukturellen Auswirkungen des untersuchten Szenarios.
Schlüsselwörter
Elektromobilität, Verbrennungsmotor, Batterie, Lithium, Ladeinfrastruktur, Strombedarf, Umweltfreundlichkeit, Rohstoffbezug, Szenariotechnik, CO2-Emissionen, Energiewende, Nachhaltigkeit, Stromnetz, Elektrifizierung, Batterietechnologie.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht kritisch das Elektromobilitätskonzept, indem sie ein theoretisches Szenario entwirft, in dem der gesamte deutsche Fahrzeugbestand innerhalb eines Jahres auf Elektroantrieb umgestellt wird.
Welches sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Arbeit konzentriert sich auf die ökologischen Auswirkungen der Batterieherstellung, den drastischen Anstieg des Strombedarfs und die notwendigen Kapazitäten für eine flächendeckende Ladeinfrastruktur.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es zu klären, ob mit Strom angetriebene Fahrzeuge ihrem positiven ökologischen Ruf tatsächlich gerecht werden, wenn man sowohl die Schadstoffbilanz bei der Produktion als auch die infrastrukturellen Folgen betrachtet.
Welche wissenschaftliche Methode verwendet der Autor?
Der Autor nutzt eine Kombination aus der Auswertung offizieller Bundesstatistiken und der Anwendung der Szenariotechnik, ergänzt durch "Was-Wäre-Wenn"-Analysen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der technischen Basis von Antriebsformen, der detaillierten Berechnung des zusätzlichen Strombedarfs und dem Ressourcenverbrauch bei der Batteriegewinnung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Untersuchung?
Die Untersuchung wird durch Begriffe wie Elektromobilität, Lithium-Ionen-Batterien, ökologische Bilanz, Ladeinfrastruktur und Energiewende charakterisiert.
Warum wird die Lithiumgewinnung als kritisch angesehen?
Die Lithiumgewinnung in Regionen wie dem Lithiumdreieck (Chile, Bolivien, Argentinien) ist extrem wasserintensiv, bedroht die lokale Umwelt durch Austrocknung der Seen und den Einsatz chemischer Prozesse.
Wie hoch wäre der zusätzliche Strombedarf bei einer sofortigen Umstellung?
Laut den Berechnungen im Szenario würde der Strombedarf in Deutschland um etwa 43 % steigen, was die aktuelle Stromproduktion massiv übersteigen würde.
Wie viele neue Ladestationen müssten nach dem Szenario gebaut werden?
Um das Ziel von 0,1 Ladesäulen pro Fahrzeug bei einem Gesamtbestand von über 57 Millionen Elektroautos zu erreichen, müssten mehr als 5,7 Millionen Ladestationen errichtet werden.
- Quote paper
- Kani Mohammed (Author), 2020, Auswirkungen der Elektromobilität auf die Umwelt und Infrastruktur in Deutschland, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/931185
