Der Elektromotor ist eine höchst effektive Arbeitsmaschine. Sie wandelt elektrische Energie in Bewegungsenergie. Dabei wird ein Wirkungsgrad von ca. 98% erreicht. Das ist ein grandioser Wirkungsgrad. Als Wirkungsgrad wird allgemein definiert, wieviel Prozent der rein gesteckten Leistung für die eigentliche Hauptaufgabe genutzt wird. Ideal wären 100%.
Schaut man sich dieses Sankey Diagramm des Elektromotors, bei seiner Hauptaufgabe im Fahrzeug, der Erzeugung von Bewegungsenergie, an, so scheint der Verbrennungsmotor chancenlos.
Eine Frage der Definition.
Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors
Beim Verbrennungsmotor wird ganz allgemein von einem Wirkungsgrad von 1/3 gesprochen. Das Sankey Diagramm für diesen schaut folgendermaßen aus.
Wahnsinn, wenn man bedenkt, dass 2/3 der kostbaren Energie durch den Auspuff oder die Heizung raus geblasen werden und nur 1/3 für die eigentliche Aufgabe, die Bewegung, genutzt werden.
Bedenkt man diesen krassen Vorteil, so wird das Energiedichte Diagramm der Energiespeicher wieder relativiert, oder doch nicht?
Durch den Wirkungsgradvorteil, könnte man die Einheit Megajoule / Liter erweitern und den Bewegungswirkungsgrad hinzufügen. Die Einheit wäre immer noch Megajoule / Liter, allerdings bezogen auf die reine Bewegungsenergie.
Energiedichte der Energiespeicher Benzin, Diesel und Akku
Bedenken muss man noch, dass das Aufladen eines Akkus auch einen Wirkungsgradverlust aufweist. Das heißt, das nicht 100% der Energie, welche aus der Steckdose kommt (und bezahlt wird), auch im Akku gespeichert werden kann. Dadurch ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad für den Elektroantrieb von ca. 70%. Der Betankungswirkungsgrad beim Verbrennungsmotor ist vergleichbar mit 100%.
Energiedichte von Energiespeichern
Es sieht also trotz des überragenden Wirkungsgrades des Elektromotors desaströs für das Elektrofahrzeug aus. Beim Dieselmotor können 13.6 Megajoule pro Kilogramm getanktem Treibstoff für die Bewegung genutzt werden. Das Elektrofahrzeug mit Li-Ion-Akku samt Elektromotor gerade einmal 3% davon. Ein krasses Ungleichgewicht zwischen mitzuschleppender Masse (Akkus) und erreichbarer Bewegung. Ähnliche Ergebnisse kann man auch in der Literatur finden.
Abwärme ist durchaus nützlich
Ein weiterer Aspekt wird in der aktuellen Berichterstattung auch eher nebenläufig erwähnt. Wir sind es im Winter gewohnt einfach die Heizung auf 22°C zu stellen und nach ein paar Kilometern Fahrt einen schönen warmen Innenraum zu haben. So einfach ist das beim Elektrofahrzeug nicht. Was beim Verbrennungsmotor allgemein als nutzlos und als Abwärme bezeichnet wird, dient im Winter dazu die Menschen zu wärmen und die Scheiben frei zu halten. Es ist also durchaus, meiner Meinung nach, zum Wirkungsgrad des Verbrennerfahrzeugs hinzuzurechnen.
Wird bei einer Autobahnfahrt 50kW Radleistung zum Vortrieb benötigt, so sondert der Verbrennungsmotor in etwa die gleiche Heizleistung ab, welche zum Teil über Wärmetauscher dem Innenraum zur Erwärmung zur Verfügung gestellt wird. Soll die gleiche Heizleistung in einem Elektrofahrzeug zur Verfügung stehen, so reduziert sich die Reichweite auf wenige Kilometer. Frieren oder mit zugefrorenen Scheiben fahren stellt keine Alternative dar, eine Heizung muss also rein. Dies ist, meiner Meinung nach, dem Wirkungsgrad des Elektrofahrzeugs abzuziehen. Damit verschieben sich die Verhältnisse abermals – zu gunsten des Verbrennungsmotors.
Titelbild unter CC-BY-NC Lizenz: “gggrrrrr schon wieder Kratzen” von samaja von flickr.com
42 Comments
Hi Paul.
Interessanter Artikel, zu dem ich mir aber drei Anmerkungen erlaube:
* Bei Joule/kg rechnest du bei den Akkus das gesamte Gerät mit ein, bei dem Benzin aber nur die Flüssigkeit, ohne Tank, Einfüllleitungen und so weiter. Das macht sicherlich etwas aus, auch wenn es den deutlichen Unterschied natürlich nicht aufheben wird. Aber wer behauptet schon, dass Li-Ionen-Akkus der Stein der Weißen und das Ende der Entwicklung sind.
* Wenn du schon beim Tanken ansetzt, dann kannst du auch gleich bei der Erzeugung von Strom respektive dem Raffinieren/Transportieren des Erdöls ansetzen. Damit verschieben sich (vor allem bei dezentraler Erzeugung von grünem Strom) die Verhältnisse wieder deutlich zu Gunsten eines E-Motors.
* Das mit der Heizung stimmt natürlich im Sonderfall, dass man an einem kalten Wintertag fährt. Die Wärmeleistung beim Verrennungsmotor entsteht halt immer und lässt sich nicht steuern oder regeln und entsteht somit auch an einem warmen Sommertag. Diese Unfreiwiligkeit stützt die Bezeichnung “Abwärme” in meinen Augen. Beim E-Motor erzeugt man die Heizwärme hingegen nur, wenn man sie wirklich braucht. Natürlich zu Lasten der Reichweite.
Insgesamt mag der Verbrennungsmotor, an dem gut 100 Jahre lang intensiv geforscht wurde, dem Gesamtkonzept der E-Mobilität noch überlegen sein. Der Elektromotor an sich ist jedoch deutlich besser. Es hängt noch an den Akkus und der Erzeugung möglichst “grünen” Stroms. Diese Aufgaben sind aber in Zukunft lösbar, während man Benzin höchstwahrscheinlich nicht “sauber” erzeugen können wird.
Danke Sandro für die gut ergänzenden Gedanken.
Ja, Herr Balzer, erst den Wirkungsgrad des Gesamtsystems unbeachtet lassen, dann ungenügende Berechnugsgrundlagen verwenden, … was ist vielleicht sonst noch alles nicht bedacht in diesen Artikeln über Elektroantriebe? Sie haben ja auch recht mit Ihren Aussagen, aber leider können Sie mit ihren Abhandlungen nicht das ganze Spektrum erfassen. Ein iteratives Wissenswachstum. Na wenigstens etwas.
Lese ich das richtig? Sie wollen allen ernstes elektrisch heizen?!
Was spricht denn dagegen auch beim E-Auto mit einer zusätzlichen Heizung Benzin (oder was auch immer) zu verbrennen und die Wärme dem Innenraum zuzuführen? Das ist doch das einzig gute, was der Verbrenner kann: Heiße Luft erzeugen. :D
.. und das dann aber auch wirklich nur, wenn man es braucht: Im Winter.
Mit Verlaub: Sie denken zu schubladenförmig. Warum wollen sie immer nur die eine Technik gegen die andere ausspielen? Nutzen Sie doch beide und genießen sie die Vorteile beider, während Sie die Nachteile gegenseitig minimieren.
Hi Sandro,
nur eine kleine Anmerkung: Doch! kann man schon, Benzin sauber erzeugen! Und Diesel – und Kerosin! Nämlich synthetisch. Mittlerweile auf unterschiedliche Produktionsweisen, deshalb ist es für mich so absolut unverständlich, wie man “ein Verbot des Verbrennungsmotors” fordern kann. Nicht der Motor ist das Problem, sondern die fossilen Kraftstoffe. Synthetische Kraftstoffe verbrennen absolut ungiftig, CO2-neutral und sind sogar noch effizienter als deren fossilen Vorläufer. Mehr Oktan, mehr Cetan. Die gibt’s schon längst, sind aber noch teurer. Wenn die Regierung nun plant die Batterie-Produktion mit Milliarden zu fördern, weshalb dann nicht ebenfalls die Produktion synthetischer Kraftstoffe? Damit diese ganz schnell flächendeckend zur Verfügung stehen. Als Rohstoffe für diese Energieträger können mannigfaltige Abfälle aus Forst, Landwirtschaft und die vorhandene “Plastik-Müll-Pest” etc. verwendet werden. Würde man die synthetischen Kraftstoffe einsetzten, bräuchte man keine neue Infrastruktur wie beim E-Mobil. Die bestehenden Tankstellen würden genauso weiterhin fungieren wie bisher. Außerdem können diese Kraftstoffe in jedem Motor – egal ob Oldtimer oder Hightech-Neuwagen ohne Modifikation eingesetzt werden. Zusätzlich könnte man all den vielen überschüssigen Strom – der momentan teuer (für uns) ins Ausland verschleudert wird – in synthetischen Kraftstoffen speichern! Und zu guter Letzt – zwei eminent wichtige Faktoren sprechen ebenfalls für diese Energieträger. Ein sozialer Faktor – der Erhalt sämtlicher Arbeitsplätze in der bestehenden Automobil-Produktion und zweitens ein volkswirtschaftlicher: Der Bestand der für Deutschland essentiellen Automobil-Industrie…
Zum Einen ist der Artickel von 2011, also in vielen Bereichen veraltet.
Zum Anderen, Synthetische Kraftstoffe sind Mist. Entweder es sind Biokraftstoffe die dann zusätzliche Ackerfläche benötigen, während wir heute schon für Futtermittel unsere Tropenwälder abholzen, oder es sind Strom und CO² zu Fuel Systeme, die ein vielfaches des Stroms brauchen, als wenn man den Strom direkt ins Auto Packt. Abgesehen davon, dass man dann wieder abhängig von Wenigen Anbietern ist und die große Freiheit des E-Autos wieder an der Tankstelle abgibt.
Achja und nur weil die SynFuels CO² neutral sind, sind sie nicht ungiftig. Sie stoßen auch Feinstaub und giftige Gase aus, die genau wie jetzt gefiltert und gereinigt werden müssen.
Und nein, sie können nicht den gesamten Auto, Schiffs und Flugverkehr aus Abfällen versorgen. Ein SUV braucht schnell 10l auf 100km und mehr, wie viele Abfälle sollen wir produzieren um das zu füllen.
Und Plastik ist bisher aus fossilem Öl gemacht, du würdest also nur einen teuren Umweg einbauen.
Den Strom kann man besser im E-Auto Akku speichern, das kostet weniger, macht keinen Dreck und geht in beide Richtungen.
Synthetische Fuels sind einfach von Anfang bis Ende 0 durchdacht, voll mit völlig Irren annehmen. Und das ist auch nicht zufällig so. Es geht nicht mehr darum eine Alternative zum E-Auto zu liefern, die Ölmultis selber haben begriffen, dass das vorbei ist. Es geht darum, den Umstieg zu bremsen, Leute zu verunsichern und eventuelle Fördergelder zu Teilen.
Denn jeder Tag den wir Langsamer machen, macht die Ölindustrie und alle die daran hängen mehrere Billionen an zusätzlichen Gewinnen.
Danke erst mal für deinen schönen Artikel! Ich schreibe auch ab und zu Blogs und weiß dass es viel Arbeit und Zeit braucht um so einen Artikel fit für online zu stellen.
Sandro und Leser hat schon viel ergänzt. Was noch zu Gunsten des E-Antriebs kommt, ist, dass E-Auto kein Getriebe und weitere konventionelle Antriebsstrang-Komponenten braucht. Dadurch hat man hier auch höheren Wirkungsgrad. Im konventionellen Fahrzeug geht ein Teil der nutzbaren Energie vom Motor, die nur 33% Prozent beträgt, durch die Übertragung verloren.
Durch das Sparen des Getriebes und weitere Komponenten ist auch die Struktur einfacher, leichter und kostet weniger.
Hallo Catsh,
vielen Dank für das Lob. Was du geschrieben hast ist alles korrekt.
Allerdings muss man auch hier die Relation sehen: Bei einem modernen Getriebe samt Antriebsstrang geht man von einem Wirkungsgrad von ~90% (Handschaltgetriebe) bzw. ~80% (Wandlerautomatik) aus. Das ist nicht unbedingt in der Größenordnung, als das sich die Grafik groß verändern würde.
Zudem ist zu beachten, dass auch einige elektrisch angetriebene Fahrzeuge nachgelagerte Getriebe benötigen. Ein Differential ist auch ein Getriebe. Ausnahme bildet der Radnabenmotor oder direkter Antrieb über Servomotoren, welche allerdings derzeit nicht in der Diskussion sind, oder?
Trotzdem, das Argument ist korrekt und ein Elektrofahrzeug kann im Allgemeinen auf die 100kg Getriebe (http://goo.gl/LZdwv) verzichten. Aber auch das ist nicht in der Größenordnung, um auf einmal den Spieß umzudrehen.
Es ist und bleibt eine riesen Masse, welche für relativ wenig Bewegungsenergie mitzuschleppen ist (Energiedichte des Akkus).
Einiges nicht so wirklich auf dem neusten Stand: Liion Akkus haben inzwischen mehr als 320 Wh/kg, d.h. mehr als verdoppelt!
Die wichtigste Rechnung wurde aber nicht gemacht: Man entferne aus KFZ: Motor, Getriebe, Kühler, Anlasser, alle Flüssigkeiten, Auspuff samt Halterung, Tank, Ventilator, Lichtmaschine die hierbei reduzierten 500Kg fülle man mit LiIon Akkus und ab sofort hat man mehr als 150KWh an Bord und zwar bei 94% Wirkungsgrad (E-Motor)141kWh mechanisch an den Rädern (Direktantrieb)
Gegenrechnung: 141 kWh mech.(Getriebe 0,85%)(Therm. Wirkungsgr. 27-30%)= 592 KWh! 1Liter Sprit hat (Dichte) ca.7.4 KWh/Liter d.h. für diese Energiemenge braucht ein Benziner 80 Liter! Es gibt wohl keinen Pkw in den diese Menge in den Tank geht! Und nach tanken ist das E-Fahrzeug auch nicht schwerer, der Benz. schon!
Also die Ausführungen gehen ziemlich an der Realität vorbei! Gottsei Dank!
Hallo Leser2,
ich habe die Energiedichten aus der Wikipedia. Der Artikel ist auch von 2011. Falls sich daran etwas geändert hat, bitte in der Wikipedia ändern (mit Quellenangabe – bitte keine Pressemitteilung eines Batterieherstellers!) und mit der zur Verfügung gestellten Excel Tabelle neu berechnen. Danke!
80L Tankinhalt hat z.B. Mercedes E350CDI oder Audi A6 oder Peugeot 607.
Weshalb gehen die Ausführungen an der Realität vorbei? Was ist falsch?
Naja, so ganz passt deine Rechnung ja nicht. Deine Energiedichteangabe für Benzin/Diesel ist falsch, sie trifft auf Ethanol oder Biodiesel zu. Diesel und Benzin haben rund 10kw / liter und wiegen dabei rund 750 gramm pro Liter.
Ein durchschnittliches Auto hat einen 50 liter Tank (37,kg), was 500kwh entspricht. (meine haben fast alle 70 oder 80 Liter :-))
Aktuelle Motoren von Mercedes/VW/BMW erreichen rund 46% Bewegungsernergie im verhältnis zur Primärenergie, während die restlichen 54% zu 2/3 für die Abgasreinigung verwendet werden. Zum Heizen stehet also rund 1/6 der Nennleistung zur verfügung (unter vollast), mit ein Grund warum moderne Fahrzeuge “zuheizer” haben, weil die Motoren so effizent sind, das es nicht mehr reicht um das Fahrzeug im kalten Winter zu heizen.
Um also 250kwh (50% des 500kw Tanks da die Effizenz bei rund 50% liegt, geh ich gleich noch drauf ein) mit Batterien zu erreichen, brauch man laut deinen Daten (320wh/kg) eine Batterie von 781kg. Hey, fast soviel wiegt mein Bulli leer, Inkl. Motor!
Keine Frage das ist ne Hausnummer.
Der Antriebststang eines Benzinpkws liegt aber deutlich darunter
Gewichte eines Benzin/Dieselfahrzeugs:
Tank mit anbauteilen (kunstoff) ca 5kg
Inhalt ca 40kg
Motor (einen 110 ps diesel mit anbauteilen kann ich freiweg heben): 80kg
Motor anbauteile wie Kühler usw.: 30 kg
Alle Getriebe und Wellen: 50-100kg (Frontantrieb oder HA/Allrad)
Summe: deutlich unter 300 kg
Zur Effizenz: 46% Verbrennungsleistung an der Kurbelwelle abzüglich nochmal rund 4-8% für Getriebe. gibt rund 40%. Zuzüglich jedoch 163/365 der Heizleistung (anerkannte Keizkurvenverteilung für Gebäude) von 18% sind +8%.
Das kommt auf einen Pi x Daumen Wert von rund 50%.
Gewichte eines Elektroautos:
2 – 4 Elektromotoren bzw Getriebe 80kg
Batterie: 780kg
Leistungsteil und Kabelsystem: 40kg (sehr optimisitsch tiefgestapelt, für 120kw Leistung braucht man armdicke Kabel.)
Summe: größer 1000kg
Ahha, wieder eine Hausnummer.
So kommen wir zur Allgemeinbilanz:
Solarpanels geben in Ihrer Lebensdauer nicht wesentlich mehr Energie ab, als sie bei der Herstellung verbraucht haben. Daher sind Solarpanels nur eine Art der Energieumwandlung. Die Enrgie zur Herstellung von Solarpanels wird größtenteils aus CNG und Strom bestritten. Daher können wir den Anteil für Solarstrom aus der Betrachtung des Elektroautos entfernen. Solarpanels sind NUR wirtschaftlich, weil sie gefördert werden. Wenn ein Solarpanel seinen Kaufpreis mit dem aktuellen Preis der Strombörse (ca 3ct/kwh) erzeugen müsste, würde es sich erst nach über 30 Jahren rechnen. Zinsfrei. Mit Zinsen wäre die Amortisationszeit unendlich. Zur Info, der aktuelle Strompreis von 25ct/kwh setzt sich aus rund 3ct für Strom, und der Rest als Nezt-, EEG(Solarpanelförderung)- und Steuerentgelte zusammen. Für Windkraftanlagen und Wasserkraftwerke sieht es übrigens auch nicht wirklich besser aus. Waserkart ist noch die rentabelste Art der Engerieerzeugung aus erneuerbaren Recourcen.
Strom wird hergestellt aus Solar, Wind, Wasser, Kohle, Atom, Gas und Diesel.
Solar gestrichen, anteil Wind und Wasser unter 10%. Gas und Diesel sind Spitzenlast Generatoren. Bleibt im wesentlichen Kohle und Atom. Atom ist so unrentabel (zumindest wenn man auch die Entsorgung mitrechnet) das wirs gleich mal ignorieren, das würde das E-Auto noch schlechter abschneiden lassen. Daher beschränken wir uns auf Kohle. (nur die Wirtschaftlichkeit wird betrachtet, nich die Umwelteinflüsse)
Wobei Kohle, Gas, und Diesel in der Stromerzeugung von der Effizenz her gleich stehen, nur die kosten der Primärenergie, Anlagengröße und Reaktionsgeschwindigkeit ist unterscheidlich.
Kohle/Diesel/GAS angeliefert am Kraftwerk, (förderung und Transport nicht berücksichtig) Kohle wird verbrannt, erzeugt, überhitzen Wasserdampf, die Abgasverluste liegen wie beim Verbrenner bei rund 50%. Der Wasserdampf wird zum Drehen von turbinen verwendet, Restwärme muss in Flüssen gekühlt werden, die Abwärem beträgt ungefähr 25% (sinds noch 37% der primärenergie), dann kommt der Generator mit rund 95% (35,6%) Ein Transformator im Umstpannwerk hat um die 60-70% ich nehm also (pro E-Auto) 70% (25% der primärenergie) dann kommt das Leitungsnetz mit auch um die 10% verluste (22,5%) nächster Transformator im Umspannungswerk wider 70% (15,7%) nächster Transformator im Wohnfirtel 70% (11%) So und nun laden wir die Batterie, umspanne, gleichrichten, laden, das kostet nochmal um die 50%. Also bleiben von 100kwh Kohle Leistung nur rund 6KW in der Batterie übrig.
DAS ist eine Effizenz von 6%, egal wie gut der Elektromotor die 6% auch immer anwendet, ja selbst mit 120% würde es nix werden, denn mit den größer 40% von einem Verbrenner hat er einfach keine Chance.
Übrigens ich bin vom Fertigprodukt Kohle ausgegangen, daher können wir beim Verbrenner auch vom Treibstoff an der Tankstelle ausgehen. Transport und Förderaufwendungen sind bei Kohle und Öl ganz grob und ungefähr vergleichbar.
Ganz abgesehen davon, das ein Akku Sondermüll ist, wohingegen ein Verbrenner zum 99% recykelt werden kann. Auch über die Lebensdauer müsste man sich noch näher unterhalten. Ich selbst hab mehrere Fahrzeuge gehabt, welche über 500.000km gelaufen waren. Zeig mir das E-Fahrzeug, das das mit der 1. Batterie schafft. Bei Verbrennern kann ich gleich einige nennen, die das komplett mit 1. Ausrüstung geschafft haben.
E-Autos sind das gleiche wie der Wasserstoff hype. Leute, es gibt nicht genug Platin auf dieser Erde um auch nur 1/3 der benötigten Brennstoffzellen herzustellen. Von der Preisentwicklung des Platinmarktes mal ganz abgesehen!
Übertragen auf das e-Auto, es gibt nicht genügend 3. Welt Deponien um die Sondermüll-Batterien zu verbrennen. (wie das aktuell ja mit Platinen passiert)
Nicht das die Ideen der Grünen zum Umwelschutz schlecht wären, ich beführworte diese fast uneingeschränkt, nur leider geht fast alles was die Grünen anpacken, irgendwie in die Hose, das ligt daran, das es idealistische Traumtänzer sind, die meist keine Ahnung von Physik, Chemie und Mechanik haben, sich von Lobyisten oder ihrer verblendeten/scheuklappen Weltsicht leiten lassen.
Überall gehen wir weg von zentralisierten systemen. BHKW, kleinst Heizanlagen, usw. Aber beim AUTO da gehen wir zum zentralisiert erzeugten Strom fürs Elektrofahrzeug.
Was stimmt denn nun, ist denzentralisieren oder zentralisieren effizenter?
Fragt doch mal die Kommunisten, die wissen, das zentralisieren uneffizent ist.
Aber Elektroautos sind auf einmal Effizent.
Ich kanns echt nicht mehr hören, diesen Schwachsinn.
Leute, schaltet euer Hirn ein, nehmt euch nen physikbuch der Realschule und rechnet nach.
Diese Werbeversprechen und das unqualifizierte gequatsche unserer diversen Regierungen ist echt ätzend.
Gruß Manne
Quelle zur Energiedichte
https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte
Diesel 38,7 MJ/L
Umgerechnet:
http://www.aqua-calc.com/convert/power/megajoule-per-hour-to-kilowatt
10,8kw / liter
Hingegen hat ein Akku nur rund 1 MJ/kg also rein auf Gewicht vergleichen nur 1/43 von Diesel.
Das heist doch im Umkehrschluss, das um 50L Diesel (also rund 37kg) zu ersetzen eine Batterie von:
37(Diesel kg) x Diesel (Systemeffizenz Diesel) x 43 ( Faktor Leistungsdichte Diesel zu Battrier) x Systemeffizenz (Elektoantrieb) nötig ist
Das wären dann übern Daumen rund 800 kg für die Batterie.
Stellt duch mal vor, euerm Urlaubs-Flugzeug in die USA geht nach 1/5 der Strekce der Treibstoff aus, bzw anstelle von 400 Menschen (40 to) fliegt nur einer mit und dafür reichts für 2/5 und damit dann zumindest bis fast nach Grönland. Lach, vie spass mit Elektro!
Hallo Manne, wenn ich deinen letzten Satz (“nehmt euch nen physikbuch der Realschule und rechnet nach”) und deinen ersten Absatz (“Diesel und Benzin haben rund 10kw / liter”) anschaue, dann muss ich etwas schmunzeln.
kW ist eine Leistung. Ein Liter Benzin oder Diesel kann keine Leistung haben. Kann nur ein Energieinhalt haben. Energie ist nicht Leistung. Das lernt man in einem Physikbuch der Realschule, ja. Und dein Umrechner, den solltest du korrekt bedienen: Der rechnet “MJ pro Stunde” in kW um, das geht. Aber er rechnet nicht MJ in kW um (das geht ohne eine Zeitangabe nicht, weil Leistung ist nicht Arbeit).
Den Rest deiner Rechnung habe ich dann gar nicht erst nachvollzogen, weil ich gleich im 1. Absatz gestolpert bin.
Mein Leaf hat nur einen Elektromotor.
Im realen Betrieb liegt der Wirkungsgrad bei modernen Verbrennern bei höchstens 30%, bei Elektrofahrzeugen bei mindestens 75%, wenn man Ladeverluste und Leitungsverluste mit einberechnet.
Ich brauche mit dem Leaf im Schnitt 16 kWh auf 100km. Macht mit hoch geschätzten 25% Verlusten also grob 20kWh/100km. Ein vergleichbarer Moderner Diesel braucht 5l auf 100km. 5l Diesel entsprechen etwa 50 kWh auf 100km.
Sie verwenden beim Herunterrechnen der elektrischen Energie leider völlig falsche Zahlen. Ein Transformator hat einen Wirkungsgrad von 98%. Manche sogar 99%.
Die gesamten Übertragungsverluste von Strom liegen bei etwa 6%.
Weil ein gutes Ladegerät ebenfalls einen Wirkungsgrad von 95% hat, kommen tatsächlich 90% der im Kraftwerk erzeugten Strommenge in der Batterie eines Elektrofahrzeugs an.
Der Wirkungsgrad einer modernen Dampfturbine liegt übrigens bei 60% ohne Wärmekopplung.
Wenn ich also 5l Diesel in einem Ölkraftwerk verfeuere erhalte ich 30kWh Strom und kann zumindest einen Teil der Abwärme noch nutzen.
Folglich ist es effizienter mit dem Öl Strom herzustellen und den dann in einem Elektroauto zu benutzen, als damit einen Verbrennungsmotor zu betreiben.
Es ist sogar effizienter mit einem modernen stationären Diesel (Wirkungsgrad 45% ohne Wärmekopplung) den Strom für ein Elektrofahrzeug direkt zum Laden zu erzeugen, als das Auto mit dem Verbrennungsmotor zu bewegen, weil der Wirkungsgrad des E Fahrzeuges dadurch wegen der fehlenden Leitungsverluste um 6% steigt. Und mit der Abwärme macht man das Badewasser warm und heizt ein Zweifamilienhaus.
Dass Photovoltaik bei der Herstellung mehr Energie verbraucht, als sie später herstellt, ist ein Märchen:
https://www.volker-quaschning.de/datserv/kev/index.php
Schauen Sie bitte nochmal in ein Physikbuch!
1.) Ein solcher Akku liegt mir vor: nach wiegen ziemlich genau 285Wh/kg, aus Handy
Produktion (über Alibaba, Hongkong), ein Jahr alt, es gibt aber inzwischen noch bessere Werte und zwar in der Produktion. Zudem hat die PKW-Fahrt mit dem “Kolibri-Akku” nach Berlin bewiesen, daß dies keine theoretischen Werte sind.
2.) An der Realität Ihrer Ausführungen geht vorbei, daß Verbrennungsmotoren samt der notwendigen ZusatzAggregate sehr schwer sind und sich aus diesem Grund ohne Gewichtszunahme eine Menge Energie an Bord nehmen lässt (Reichweite). Wenn Sie mal durchrechnen: 1Liter Benzin hat 7,4 Kwh thermischen Energieinhalt mit Getriebe wirkungsgrad (0,83) und Thermischen WirkungsgradDirekteinspritzer (0,27) ist der Energie inhalt gerade einmal 1,6 Kwh!D.h. 5 liter/100km entsprechen 8Kwh, d.h. für 600 km kommen Sie mit einem 48 Kwh Akku hin und der wiegt selbst bei 250 w/kg
nur 192 kg! Zudem liefert der Verbrenner nur ca. 1/6 einer Leistung beim Anfahren!
Hallo Leser2,
also 285Wh/kg sind ja auch nicht 320Wh/kg und man darf ja vor allem auch eines nicht vergessen: Die Einsatzbedingungen in der Automobilindustrie sind andere als bei einem Handyakku. Dass diese höhere Energiedichten aufweisen ist klar, können aber im Allgemeinen nicht für den Einsatz im Fahrzeug (-20°C…60°C Umgebungstemp) verwendet werden.
Wie gesagt, bitte konkret in Automobil-Serieneinsatz befindliche Akkus nennen, wo dies möglich ist, dann werde ich den Artikel gern aktualisieren.
Wir haben auf Arbeit selbst LiPo Akkus im Einsatz, welche aber regelmäßig kaputt gehen, selbst mit ausschließlichem Indoor-Einsatz. Wikipedia dazu:
“Lithium-Polymer-Akkus sind mechanisch, elektrisch und thermisch empfindlich: Beschädigungen, Überladen, Tiefentladen, zu hohe Ströme, Betrieb bei zu hohen (über 60 °C) oder zu niedrigen Temperaturen (unter 0 °C) und langes Lagern in entladenem Zustand schädigen oder zerstören die Zelle in den meisten Fällen.”
Bei uns gehen die Zellen kaputt, weil wir sie “voll geladen” stehen lassen. Man muss also ständig an einer Laderegelung dran hängen, damit die Zellen nicht aufgeben.
Zu der Rekordfahrt mit dem Kolibri Akku gibt es eine ganze Menge Fragen. Zitat aus der Wikipedia:
“Am 25. Oktober 2010 unternahm ein umgebautes Serienmodell des Audi A2 eine 605 Kilometer lange Rekordfahrt von München nach Berlin. Der Geschäftsführer des im Sommer 2009 gegründeten Berliner Unternehmens DBM Energy hatte nach eigenen Angaben seit 2005 an der Batterie auf Lithium-Metall-Polymer-Basis gearbeitet und die Rekordfahrt zusammen mit Sponsoren und dem Bundeswirtschaftsministerium als Medienereignis organisiert.[6] Später wurde diese Fahrt vor allem vom ADAC und daraufhin von diversen anderen Medien angezweifelt. Kritikpunkte war die Absage des Notars und das zweifache Verschwinden des Lekker Mobils aus der Sichtweite des Pressebusses.[7] In späteren Artikeln über die Rekordfahrt wurden weitere ungeklärte Fragen aufgeworfen.[8] Am 17. Januar 2011 wurde bekannt, dass das Rekordauto am 12. Dezember 2010 bei einem Brand in einer Berliner Lagerhalle vollständig zerstört wurde.”
Zu 2) Die Ausführungen mögen ja alle korrekt sein, aber ich verstehe nicht, weshalb mein Artikel an der Realität vorbei geht!?
Tesla zeigt es ja gerade, wie es funktionieren kann und wir werden sehen wie der Markt das annimmt.
Ganz kurz und abschließend:1.)Meine Berechnung wurde, wie unschwer zu lesen, weder mit 320 noch 285 sondern mit 250Wh/kg, dem Wert alter Zellen, durchgeführt.Ihre Ansichten zum KFZ-Einsatz sind so nicht zutreffend, ein Diskurs über Technologie, Ladungsträger-Beweglichkeit, Innenwiderstand und auch Produktions-Politik ist hier nicht möglich! 2.) Defekte, falsche oder schlechte Ladegeräte machen immer Probleme, bei hohen Energiedichten sind die Folgen stets heftiger( s.a. Leck in Benzinleitung über Abgaskrümmer.3.) Wikipedia ist vielleicht für manche die Bibel.. Tatsache ist, daß die “Kolibri” Akkus nicht verbrannt sind, sondern ein Prüfinstitut durchlaufen haben, das die Akkus a) für sicher und b)den Energieinhalt bestätigt haben.4.) Ihr Artikel geht an der Realität vorbei, weil eine überproportional starke Kopplung zwischen Gewicht und Energiebedarf vorliegt. Von “Masse schleppen” kann eben nur beim Benziner die Rede sein, die E-Varante nutzt aktiv dieses Gewicht:
wie vorgerechnet! Es ist eben einiges nicht zutreffend, auch der Titel: Wirkungsgrad…ist NICHT Ansichtssache sondern verbindlich definiert und der ist eben “krass ungleich ” besser! Außerdem stimmen das Diagramm (oberer/unterer Heizwert) und die zugeh. Prozentzahlen nicht. Sie können die Werte (Mega-Joule,KWh) leicht umrechnen.
Hallo Herr Balzer, zum Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotor/Gasturbine ist die wichtigste Aussage die Drehzahl. Der Motor hat zweimal Verluste, die man nicht zurück bekommt. Einmal bei der Geschwindigkeit der Verdichtung und dann bei der Geschwindigkeit der Gasentspannung(Arbeitstakt).
Daher steigt der Wirkungsgrad mit fallender Drehzahl. Konsequenz- soll der Wirkungsgrad verbessert werden, ginge die Drehzahl gegen Null!
Also ist die Leistung lieber aus dem Drehmoment und nicht aus der Drehzahl zu holen.
Die zweite Seite der Verluste ist die Verbrennung selber, deren Geschwindigkeit beeinflussbar ist, .zB. durch Aufladung oder durch Wasser.
Danke für die Anmerkung!
Hallo Herr Balzer,
als Leser mit technischem Backround fand ich Ihren Blog sehr interessant. Auch ich finde Systemvergleiche sehr spannend. Beide System haben durchaus ihre Vor- und Nachteile. Gesamtwirkungsgradberechnungen oder auch C02-Effiziensanalysen sind aber sehr schwierig, wie die Kommentare zeigen. Auch hängt das Ergebnis sehr von den Randbedingungen und (siehe Winter/Sommer) und Verhaltensweisen ab. Wirklich alles zu erfassen ist in einem so komplexen Sachverhalt wie Antriebskonzepten fast unmöglich.
Als Verbraucher nähere ich mich der Diskussion mal von einer anderen Seite. Ich möchte möglichst kostengünstig Auto fahren.
Ein vernünftiger Kleinwagen (Diesel) z.B. Dacia Sandero Diesel liegt bei etwa 11.500€ – die 1,5 Liter Maschine (50 kW) liegt bei 4,5 Liter/100 km. Ich fahre die baugleiche Maschine in einem Clio III und es handelt sich hierbei um den errechneten Wert über alle Tankfüllungen (der scheinheilige Bordcomputer zeigt immer durchweg nen Liter weniger an). Dazu kommen 280€ Steuern im Jahr sowie 278€ Versicherung.
Anmerkung: Als jungen Gebrauchten hab ich den Clio mit 30.000km sogar nur für 8000€ gekauft, war also noch günstiger als der Dacia)
Ein vergeleichbarer Renault ZOE kostet ab 21.700€ (auch wenn ich Zweitürer nicht ganz als vollwertig ansehe). Dazu kommt die Batteriemiete, welche sich nach der km-Leistung richtet – für meine 25.000 km im Jahr beläuft sie sich auf 129€ – zumindest für den Fluence ZE – für den ZO ist sie wahrscheinlich etwas günstiger, also etwa bei 119€. Die Versicherung setze ich mal als gleich an (deswegen lasse ich sie aus der Gesamtbewertung raus), Steuern fallen meines wissens nicht an (zumindest für die ersten Jahre).
Jährliche Kosten bei 25.000 km
Dacia (Diesel und Steuern): 1855€/Jahr.
Renault ZOE (Batteriemiete): 1428€/Jahr –
Fazit: Ich fahr rund 24 Jahre günstiger Diesel-PKW und hab die Stromkosten noch nicht mal mal berücksichtigt.
Es fallen selbstverständlich noch andere Kosten an. Bei meine beiden Dieselfahrzeugen mache ich (fast) alle Reperaturen selbst (wieder Thema Verhaltensweisen). Daher kaufe ich zugegebenermaßen Fahrzeuge mit wenig Austattung. Der Elektronikkram ist unnötig, wiegt viel und ist schwer selber zu reparieren und die Ersatzteile sind teuer. Bei Elektrofahrzeugen weiß ich nicht wie es mit der Wartung aussieht. Eigentlich dürfte da ja nur wenig anfallen, wie die Erfahrungen mit Elektrokarren zeigen. Aber die Autobauer werden es wohl wieder so einrichten, dass ich trotzdem alle halbe Jahre zur Inspektion muss. Wenn ich das nicht mache, ersetzen sie mir im Zweifel den Accu nicht. Ob ich dann noch selber Hand anlegen kann, sei mal dahingestellt.
Solange solche Rechnungen nicht zugunsten der E-Mobile ausgehen, kommen sie für mich nicht in Frage. Ich setz mich lieber entspannt in meinen Diesel und weiß ich komm über 1000 km weit – noch jedenfalls.
Aber auch die Entwicklung der Verbrennungsmotoren ist ja noch nicht abgeschlossen. 1-Liter-Verbrauch ist durchaus denkbar. Ich jedenfalls würd auch ein Auto mit 25kW kaufen, für Tempo 120 reicht das. Leider sehen das 95% der Autofahrer anders. Da sind mit Sicherheit auch “Grüne” drunter.
Und falls jemand nach meinem Gewissen fragt. Die Menschheit hat immer wieder bewiesen, dass sie nicht nachhaltig “wirtschaftet”. Gerade die kapitalische Wirtschaftsform mit Ihrem “Wachstumswahn” ist meisterlich darin, Bedürfnisse zu wecken die eigentlich keine sind. Völker die anders lebten, waren technlogisch unterlegen und wurden vernichtet bzw. mussten das System übernehmen. Daher gehe ich davon aus, dass alle fosillen Brennstoffe auf diesem Planeten verbaucht werden. Wenn wir es in Deutschland nicht machen, tun es die anderen. Daher erübrigt sich für mich eine scheinheilige Diskussion um zwei “Effizienzpunkte”.
Das waren jetzt weniger technische Argumente, doch ich kann die vielen dogmatischen und ideologischen Verzerrungen nicht mehr lesen. Der deutsche Strommix hat immer noch 544g Co2-Äquivalent/kWh (2011 -Umweltbundesamt). Es gibt keinen “grünen Strom”.
Schönen Abend noch.
Leser3
Was mir hier noch fehlt ist der Punkt, dass ich beim Elektrofahrzeug die Bremsenergie zu einem guten Teil zurückgewinnen kann. Das kann vor allem in der Stadt (viel Stop and Go) ein grosser Vorteil sein. Dies wird übrigens beim Zug schon angewendet.
Was mir bei all den Elektroautos fehlt, ist eine Kombination aus Solarzellen und Stromanschluss. Oft wird ja das Auto zur Fahrt zur Arbeit verwendet, wo es oft mehr als 8 Stunden rumsteht. Mit Solarzellen könnten dabei auch ein Teil dees Akkus geladen werden.
Zu den Punkten habe ich in anderen Beiträgen schon etwas geschrieben. Das Rekuperieren (zurückgewinnen) geht nicht so, wie man es sich vorstellt, weil die Leistungsaufnahme der Akkus gering ist. Sollten zusätzlich SuperCaps in’s Auto kommen, sieht es bezüglich der Rekuperation schon besser aus!
> https://www.cbcity.de/direkter-vergleich-elektrofahrzeug-vs-verbrenner
> https://www.cbcity.de/superkondensatoren-keine-besseren-stromspeicher-fuers-elektroauto
Die Solarzellen sind ein kleiner Stromlieferant, mit dem man nicht sehr viel anstellen kann.
> https://www.cbcity.de/kann-man-das-elektroauto-mit-solarmodulen-laden
Paul, hast du dir mal überlegt wieviele Supercaps du brauchst um eine Bremsung unter zu bringen?
https://www.cbcity.de/superkondensatoren-keine-besseren-stromspeicher-fuers-elektroauto
stehtn die Formlen, es sind bei 2 to 100->0 rund 770kJ
ein Supercap speicher 8,125kJ
Das wären dann rund 95 supercaps
Kofferaum ade.
Ja un das das Auto schwerer geworden ist, brauchen wir natürlich auch noch ein paar supercaps mehr.
Gruß Manne
Ich hatte die Möglichkeit, im Sommer 2015 zwei Wochen lang das Model S von Tesla zu fahren. Ein wunderbares Auto, mein Verbrenner-Sportwagen kommt mir dagegen alt vor.
Tesla rekuperiert die Bremsenergie problemlos, es werden bei stärkeren Bremsungen nahezu 40 KW in den Akku zurückgegeben.
Das Auto hat zwei Kofferräume, wenige mögliche Verschleißteile (keine Zahnriemen, Steuerketten, Motoröle, Filter und ist nach Angabe meines Freundes (Besitzer des Tesla) sehr wartungsarm. Selbst die Bremsbeläge verschleißen kaum!
Es macht großen Spaß ihn zu fahren, denn im Gegensatz zu den Verbrennern ist das volle Drehmoment immer da. Und zwar sofort. Keine Latenz zwischen dem Zeitpunkt, an dem ich ins Pedal trete und dem Zeitpunkt, an dem ich die Kraft merke.
Das Auto hat aufrund des tiefen Akkus und der leichten Karosserie einen Schwerpunkt, der bei 43 cm Höhe liegt. Das ist Ferrari-Niveau! Und der Wagen hat bei über 500 PS zwei Kofferräume, zwei Motore,…..
Laden? Kein Problem! In der Nacht wird er in der Garage angesteckt, am nächsten Tag ist er entweder wieder zu 80 Prozent voll oder zu 100 Prozent. Wenn ich ihn von 23 bis 5 Uhr lade, stört das dem Netz nicht, da es zu dieser Zeit ohnehin Überkapazitäten gibt.
Reichweite: Reale 420 Kilometer trotz Klimaanlage im Sommer. Es gibt hier in Österreich in Graz, Linz, Salzburg,… Ladestationen und ein Wochenendausflug an die Adria war kein Problem, da es auch dort Gratis-Schnellladestationen gibt.
Wenn man viele “Sprints”, also unter 5 Sekunden von 0 auf 100 KM/h hinlegt, dann nimmt der Akku merklich ab und bei Geschwindigkeiten von über 140 KM/h auch. Aber das ist beim Verbrenner auch so, nur merkt man das nicht so, da er ja wieder in 5 Minuten nachgedankt ist. Die Ladezeit am Supercharger nach rund 300 Kilometer war übrigens rund 20 Minuten, um auf 80 % zu kommen. Der Schnelllader lädt nur bis 80 % schnell, danach wird er langsamer.
Ich gebe zu, dass das Auto groß ist. Für uns etwas zu groß. Aber wenn es gelingt, den Preis zu senken (insbesondere die Akku-Preise, z.B. durch die Gigafactory), dann wird bald das E-Auto besser (ist es jetzt schon – siehe zwei Kofferräume, niederer Schwerpunkt, Ansprechverhalten des E-Motors, Laden zu Hause in der Garage wesentlich günstiger pro KM als an der Tankstelle,…..) und aber auch billiger werden als ein vergleichbarer Verbrenner. Ich denke, dieser Umbruchpunkt kommt bald und hoffe es auch, allerdings wird sich die traditionelle Autoindustrie damit schwer tun wie Nokia mit den Smartphones.
Übrigens gibt Tesla 8 Jahre Garantie auf den Akku. Warum? Ganz einfach: Die Zellen halten mindestens 2100 (die neueren sogar 2700) vollständige Ladezyklen, bis sie 80 % Restkapazität aufweisen. 2100 Mal lädt man üblicherweise nicht vollständig innerhalb von 8 Jahren. Björn Nyberg ist Tesla-Vielfahrer und hat gemessen, dass der Akku, der übrignes aus über 7.000 18650er Zellen wie sie früher in Laptops waren, besteht, etwa 2 Prozent pro Jahr abnimmt. Das ist das Reslutat eines enthusiastischen Vielfharers nach 2 Jahren. Wenn ihr könnt — bitte macht eine längere Probefahrt mit einem E-Auto. Es ist ein Erlebnis, welches JEDEN Verbrenner alt aussehen läßt. :-)
Allgemein bekannt ist, Verbrennungskraftmotoren u, Turbinen haben einen energetischen Wirkungsgrad, der ist absolut von der Drehzahl abhängig. Doch warum?
Alle mir bekannten mathematischen Modelle berücksichtigen diese Tatsache nicht. Dabei verursacht die Geschwindigkeit gleich zweimal die entscheidenten Verluste. Bei der Verdichtung ist es doch Wurst wie schnell die erfolgt. Ergebnis ist immer ein gleicher Enddruck. Also ist der Mehraufwand an zu leistender Arbeit (für die höhere Verdichtungsgeschwindigkeit) ein Verlust.
Auf der Gegenseite (Arbeitstakt) bestrafen uns die Gesetze der Physik erneut (Kraft gleich Gegenkraft). Einfach erklärbar mit segeln vor dem Wind. Die wirksame Kraft im Segel ergibt sich aus Windgeschwindigkeit abzüglich Eigengeschwindigkeit. Auch die Kolbengeschwindigkeit verursacht also immer diese Verluste. Will man also den Wirkungsgrad erhöhen, läuft die Drehzahl gegen Null.
Mahler
Hallo Paul Balzer,
danke für den interessanten Artikel.
Interessiert Dich eventuell unsere neue Webapp zum Zeichnen von Sankey-Diagrammen direkt im Browser? – Dann sieh Dich einmal bei http://www.sankeyflowshow.com um. Es gibt viele interessante Details zu entdecken.
Gruß, Thorsten
Danke für den interessanten Artikel an den Autor und die interessante Diskussion an alle Beteiligten. Eigentlich wollte ich nur wissen, wieviel Abwärme ein Verbrennungsmotor erzeugt, bin dann aber hängen geblieben und habe einiges gelernt.
Um auch etwas beizutragen: Was die Stromerzeugung angeht kann es nicht um die Verbrennung fossiler Träger gehen. Thorium in Flüssigsalzreaktoren wird ab ca. 2040 der wichtigste Energieträger sein, auf Dauer die Kernfusion. http://flibe-energy.com/media/myths-vs-facts/
Natürlich können Sonne, Wasser und Wind zum Energiemix beitragen allerdings nur in Ländern, wo es viel Sonne, Wasser und Wind gibt. Marokko zum Beispiel könnte seinen gesamten Energiebedarf (nicht nur Strom, auch Verkehr, Kälte, Wärme, Produktion, Landwirtschaft) aus Wind decken und gleich noch einmal aus Sonne. Dabei geht es nicht um Photovoltaik sondern um 24/7 Solaranlagen mit Spiegeln, die Flüssigsalz am Kochen halten.
Die Flüssigsalzreaktoren brauchen wir sowieso, um den sogenannten Atommüll unschädlich zu machen, denn Endlagerung für 1 Million Jahre ist eine Illusion. Und ja, die heutigen Leichtwasserreaktoren werden völlig zu Recht abgeschaltet, weil sie militärisch nutzbar sind. Das sollten KKWs nie sein.
Mit Sonnenkraft lässt sich Wasserstoff in der Wüste auch direkt herstellen und aus Wasserstoff lassen sich Synthesekraftstoffe machen, die auch in herkömmlichen Motoren schadstoffarm verbrennen, z.B. Oxymethylester. Das könnte eine alternative Einnahmequelle für Ölexporteure in Wüstenstaaten werden.
PS Links & Schreibfehler: https://www.heise.de/tr/artikel/Grosse-Ausbeute-bei-kuenstlicher-Fotosynthese-3253340.html diese Stoffe verbrennen wesentlich sauberer. Zum Beispiel OME (Oxymethylenether): http://www.vkm.tu-darmstadt.de/forschung_12/forschungsschwerpunkte/motoroptimierungundkraftstoffe/ome_oxymethylenether/inhalt_mit_marginalienspalte_113.de.jsp
Bei der Berechnung des Wirkungsgrades wird, egal mit welchem Antrieb das Auto fährt, beharrlich „vergessen“, dass der eigentliche Sinn der Autofahrt ja nicht der ist, ca. 1500kg Auto von A nach B zu transportieren, sondern im Allgemeinen die höchstens 100kg Nutzlast, bestehend aus dem Fahrer mit Aktenköfferchen oder zwei Einkaufstaschen. Die 1500kg Auto müssen mitbewegt werden, weil die Technologie das eben so will. Das reduziert den tatsächlichen Wirkungsgrad nochmals auf insgesamt rund 2%.
Zur Erinnerung: Die herkömmlichen Glühlampen wurden in der EU verboten, weil ihr Wirkungsgrad kaum über 5% erreicht.
Leuten, die ihren Lebenssinn darin sehen, dem Fortschritt im Weg zu stehen, ist kein Argument zu schlecht, um nicht angeführt zu werden. Wenn ich diesen Beitrag lese, bin ich meinen Professoren für eine ordentliche wissenschaftliche Ausbildung doppelt Dankbar.
ich bin bin schon geschockt was für einen Unsinn hier diskutiert wird und sich viele auch noch in die Irre führen lassen. Man vergleicht MJ/kg für Akku und Benzin. Keinem fällt hier auf, dass der Energieträge einmal Benzin und einmal Strom ist und Strom hat kein Gewicht, Der Akku wird schließlich nicht verbraucht und ist nach dem Verbrauch noch vorhanden, das Benzin ist weg! Wenn ich also Kilo rechnen will müsste ich das Akkugewicht durch die Ladezyklen der Lebensdauer teilen und dann gewinnt der Elektroantrieb Haushoch. Aber selbst das ist unsinn und der falsche Vergleich. Das Gewicht ist hier definitiv gar nicht vergleichbar. die Ffizienz eines E-Motors bleibt bei 98%, der des Benziners bei 33% Einzig allein der Verlust an Energie durch zusätzliches Gewicht und Heizung im Winter können eine leichte Verschiebung geben. Diese nimmt aber in keiner Weise eine entscheidende Rolle ein. Kommen wir zu den PV Modulen. Inzwischen ist die Energieprodution im Vergleich zum Herstellungsaufwand auf das 7 fache angestiegen. Sprich 7 mal Energie erzeugt und nur einmal zur Prodution verbraucht. Kommen wir zum Preis. Renault zockt mit Batteriemiete ganz schön. Nehmen wir lieber den Nissan Leaf und schon bekomme ich für ein fast normales Geld ein E-Auto. Es wird nicht mehr lange dauern, bis die Akkus doppelte Ladekapazität bei mindestens halber ladedauer haben. Sprich halbes Gewicht oder doppelt Reichweite. Da gibt es nur noch ein Argument. Aufladen/Tanken geht net gaaaaaanzz so schnelle. Dafür 3fache Effizenz (=1/3 Umweltbelastung) und zusätzlich regenerative Energien. Wer will noch einen Verbrennungsmotor???? Jeder der ein Hirn im Kopf hat sicher nicht
Die Idee, den Innenraum eines Autos mit 50kW zu heizen, sollten Sie sich aus dem Kopf schlagen oder wollen Sie als Brathähnchen ankommen?
Ich fahre seit 18 Monaten einen Nissan Leaf mit einer 24kWh Batterie. Zum Aufheizen zieht die Wärmepumpe für die ersten 10 Minuten bei Minusgraden schon zwischen drei und vier Kilowatt . Wenn die Kiste dann mal aufgeheizt ist reichen selbst unter Null Grad 300 bis 500W um die Temperatur zu halten. Bei Minus zehn Grad waren es 800W. Das alles ist eigentlich kein Problem, weil nach einer guten Stunde Fahrt und 110 Kilometern die Batterie sowieso leer ist. Wenn man daran denkt hat man die Möglichkeit den Innenraum vor der Abfahrt auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Im Sommer wie im Winter. Das ist ein zusätzlicher Komfort, den ich nicht mehr missen möchte.
Im realen Betrieb liegt der Wirkungsgrad bei modernen Verbrennern bei höchstens 30%, bei Elektrofahrzeugen bei mindestens 75%, wenn man Ladeverluste und Leitungsverluste mit einberechnet.
Ich brauche mit dem Leaf im Schnitt 16 kWh auf 100km. Macht mit 25% Verlusten also grob 20kWh/100km. Ein vergleichbarer Moderner Diesel braucht 5l auf 100km. 5l Diesel entsprechen etwa 50 kWh auf 100km. Passt also.
Jetzt wird leider immer wieder vergessen, dass die Herstellung von Kraftstoffen auch Strom verbraucht. Elon Musk sagt 1,6 kWh pro Liter, der ADAC veröffentlichte mal die Zahl 0,8 kWh pro Liter. Es gibt Zeitgenossen die bis zu 4 kWh pro Liter angeben, weil sie den Transport zu den Tankstellen und deren Betrieb auch noch dazu rechnen.
Ein ein Ölkraftwerk mit Wasserdampf Turbine hat einen Wirkungsgrad von 60% ohne Wärmekopplung. Wenn ich also 5l Diesel in einem Ölkraftwerk verfeuere erhalte ich 30kWh Strom und kann zumindest einen Teil der Abwärme noch nutzen.
Folglich ist es effizienter mit dem Öl Strom herzustellen und den dann in einem Elektroauto zu benutzen, als damit einen Verbrennungsmotor zu betreiben.
Es ist sogar effizienter mit einem modernen stationären Diesel (Wirkungsgrad 45% ohne Wärmekopplung) den Strom für ein Elektrofahrzeug direkt zum Laden zu erzeugen, als das Auto mit dem Verbrennungsmotor zu bewegen, weil der Wirkungsgrad des E Fahrzeuges dadurch wegen der fehlenden Leitungsverluste um 6% steigt. Und mit der Abwärme macht man das Badewasser warm und heizt ein Zweifamilienhaus.
Warum brauchen wir permanent die maximale Reichweite? Hätten wir ein Distributionssystem, bei dem elektrische Energie in Kartuschenform gespeichert und unter Nutzung des bestehenden Tankstellennetzes (vgl. Haushaltsgasdistribution in Frankreich, die zu einem guten Teil genau so erfolgt), dann würde das sicherlich zu erheblich mehr Effizienz beitragen, das viel weniger aktuell nicht benötigte Energie in der Gegend herum transportiert wird. Erkauft würde das durch häufigere Tankstellenbesuche, die zumindest aber von vorneherein mit weniger Schmutz und Geruchsbelästigung verbunden sind. Dazu kommt, dass eine frühzeitige Standardisierung eines solchen Systems die Verweilzeiten an den Tankstellen mittelfristig stark reduzieren könnte. Eine solche Standardisierung würde nämlich die Entwicklung von Technologien, die den Kartuschenaustausch beschleunigt, auch lukrativ machen.
Schließlich und endlich würden solche Kartuschen nur elektrische Energie liefern – wie sie innerhalb einer Kartusche freigesetzt wird, bleibt eine Black Box: es könnte ein Akku sein, ein Mini-Generator auf Basis von fossilen Brennstoffen oder Wasserstoff, oder was immer auch die Zukunft für uns bereit hält.
Warum den ganzen Werkzeugkasten, wenn ich nur einen Schraubendreher brauche?
=> Energiedistribution per Kartusche:
Zusammengefasst also:
1) Energietransport mittels Kartuschen, die Energie in Form elektrischen Stroms abgeben
2) Distribution unter Nutzung bestehender Infrastruktur (Tankstellen, Supermärkte etc.)
3) Fahrten mit 1 – N Katuschen (variabel): je weniger Kartuschen, desto kürzer die Reichweite, umso mehr Stauraum
4) Bei geschickter Umsetzung minimale Einbuße an Komfort (evtl. häufigerer Kartuschenwechsel)
5) Minimierter Energiekonsum durch Vermeidung von Bewegung aktuell nicht benötigter Energieträger
Oder in anderen Worten, Wechselakku.
Aber sie beschreiben das Problem ja schon selber. -> Standardisierung.
Wie soll dieser Standard gehen?
Wie soll ein Speicherstandart für E-Up und Mercedes S Klasse gleichzeitig funktionieren?
Sind die “Kartuschen” so klein, dass sie in beide Optimal eingepasst werden? Soll ich also bei einer S-Klasse anfangen an einer Raststätte 50 Kartuschen aus zu wechseln? Oder wenn ich eine große Reichweite brauch, weil ich in ein Land fahre, dass andere Kartuschen oder sogar gar keine hat, vielleicht sogar mehrere 100?
Wie oft darf dieser Standard angepasst werden?
Werden alle 5 Jahre neue Standards eingesetzt und nach etwa 20 Jahren laufen diese dann wieder aus und ich bekomme schon nach 15 Jahren meinen alten nicht mehr los? Und nein, nur weil die Form gleich bleibt, bleiben nicht die Daten gleich. Akkus haben in den letzten 7 Jahren eine extreme Weiterentwicklung mitgemacht, mit der Kapazität aber auch mit der Leistungsfähigkeit. Und weder Kunden noch Autohersteller werden begeistert sein, wenn sie in 10 Jahren sich auf die Leistungsdichte von heute beschränken müssen.
Wie soll das wechseln wirklich von statten gehen?
Sollen Laien sicherstellen, dass die Kontakte ordentlich und sauber hergestellt sind? Die selben Laien die immer wieder Diesel und Benzin verwechseln oder mit der Zapfpistole noch im Tank losfahren?
Ich finde es bemerkenswert wie an allen Enden und Ecken ständig Leute mit neuen “Alternativen” auftauchen. Es wirkt meistens nicht mal so als ob diese wirklich durchdacht sind und wirklich kommen sollen. Mehr als “Hauptsache ich hab auch eine Alternative”.
42,2 Millionen zu 15,8 Millionen . Was sind das für Zahlen? Da ist ,Stand2018, das Verhältnis der Wohnungen zu den Einfamilienhäusern. Also könnte man auch sagen, dass, wenn man den EMobilitäts Fanatikern auf den Leim geht, ca. 26,4 Millionen Bewohner von Wohnungen (Manche Wohnungen beherbergen auch mehrere Autobesitzer) ihre Schukosteckdosenleitungen aus dem 4 Stock , über den Gehweg, mehrere nn Meter zu ihrem Nachwuchs Tesla verlegen müssen, da sie ja , wie hier in den herrlichsten Zukunftsträumen gesponnen wird, die totale EMobilität proklamiert wird. Das wird wohl nicht klappen. Also bleiben sie außen vor. Blöd nur, dass sie für die Infrastrukturveränderungen, leistungstärkere Stromtrassen zu und in Wohngebieten mitzahlen dürfen. Ich vermute mal da gibt es Aufstand. Dann kommt der nächste Hammer: Es werden ca 49 Milliarden Steuern wegfallen,( Energie und Kraftfahrzeugsteuern) . Wer dann glaubt, dass der Staat irgendwo anders den Wegfall einsparen wird, träumt auch von weißen Weihnachten. Dann werden halt andere Steuern erfunden. Fazit: der Betrug am Bürger.
……Wird bei einer Autobahnfahrt 50kW Radleistung zum Vortrieb benötigt, so sondert der Verbrennungsmotor in etwa die gleiche (?!!?!?) Heizleistung ab, welche zum Teil über Wärmetauscher dem Innenraum zur Erwärmung zur Verfügung gestellt wird. ….
Für die Erwärmung der Fahrgastzelle eines PKW sind maximal ein zehntel dieser Leistung – also 5kW notwendig. (Das sieht man ja daran, dass die Heizungswärmetauscher viel viel kleiner sind als die Motorkühler.)
5kW kann mit der Abwärme des Elektromotors (der ja nicht 100% Wirkungsgrad und somit auch Abwärme absondert und sogar bei hoher Leistung heiss werden kann und gekühlt werden muss) locker erreicht werden kann (und mit Wärmepumpe sogar noch eher.)
Was bei dem Vergleich der Energiedichte von Energieträgern immer wieder verwurstelt wird ist die Tatsache, dass bei chemischer Energiewandlung immer zwei !! Reaktionsstoffe notwendig sind.
Wo ist denn der ‚zweite‘ Reaktionsstoff beim Benzin oder Diesel?
Von 100kg Verbrennungstreibstoffen werden also mindestens 240kg Sauerstoffgas parasitär aus der Atmosphäre entnommen ! Also benötigt man eigentlich insgesamt 340kg. (O2 in Sauerstoffflaschen wären das sogar mehrere Tonnen !)
Es wird immer der Vorwurf gemacht dass Batterien bei Elektrofahrzeugen so schwer sein sollen.
Klar, weil eine Akkumulatoren immer beide Reaktionsstoffe als Volumen und Gewicht mit sich mitführen.
Das meiste Gewicht sind aber bei der LiIon Akku eher Kupfer für die Kabel, und Kühlflüssigkeit, Stahl für Gehäuse der Zellen und des ganzen Akku-Gehäuses.
Wenn man nur den reinen ‚Brennstoff‘ als Energiedichte heranziehen würde wie bei den Verbrennern, dann erst kann man Energiedichten seriös vergleichen.
Ein E-Fahrzeug mit z.B. 200kg Akku hat ja höchstens 15kg Lithium.
Und mit diesen 15Kg Lithium kommt man über 400km Weit.
Dann sieht alles plötzlich ganz anders aus und man erkennt
wie manipulativ Graphiken missbraucht werden
um falsche Eindrücke zu erwecken oder gar Fake-News zu verbreiten.
Ja, Wirkungsgrad ist wirklich Ansichtssache: Die richtige oder falsche Ansicht.
Und AFD-Politiker sind sogar stolz darauf keine Ahnung von Elektroautos zu haben.
Sie sprechen den Gemischheizwert (Kraftstoff + Luft) an. Die zusätzlich benötigte Verbrennungsluft zu dem Fahrzeuggewicht mit dazu zu berechnen ist allerdings totaler Unsinn, weil die Luft aus der Atmosphäre entnommen wird. Das Auto ist doch keine Mondrakete. Und was soll der Unfug beim Elektroantrieb nur das Lithium zu berechnen, der Rest der Batterie gehört doch zum Energieträger Batterie dazu. Beim Verbrenner sollte man bei Vergleichsrechnungen den Tank zum eigentlichen Kraftstoff dazu rechnen.
Hier kommen gleich mehrere Faktoren zusammen, die falsch sind (und oben ja schon zu einem großen Teil erwähnt wurden.
Dazu kommt noch, dass die größere Masse beim E-Auto gar kein so eklatanter Nachteil ist, wie gerne behauptet wird, weil das E-Auto etwas kann, dass der Verbrenner nicht kann: Rekuperieren.
Die höhere Masse ist ja nur beim Beschleunigen von Nachteil. Beim Halten der Geschwindigkeit ergibt sich eine höhere Massenträgheit, die wiederum beim negativen Beschleunigen (vulgo: Bremsen) sich positiv auf die Rekuperation auswirkt.
Deswegen ist die Masse eines E-Autos für seinen Verbrauch gar kein so entscheidender Faktor wie dies z. B. beim Verbrenner der Falle ist. Die Energie, die fürs Beschleunigen aufgewendet wurde, wird zu einem großen Teil zurückgewonnen. Der cwA-Wert ist bei E-Autos der wichtigere Faktor.
Bei einem Verbrenner hingegen bedeutet mehr Masse nur mehr Kraftstoffverbrauch beim Beschleunigen. Beim Bremsen hingegen geht die Energie komplett als Wärme verloren.
Hier wird zu kurzfristig und zu wenig global gedacht.
Fakt ist, dass wir eines Tages alle fossilen Brennstoffe verbraucht haben. Unsere einzige Energiequelle wird dann grüner Strom sein, dieser Strom muss gespeichert werden und das geht nur, indem man den Strom in Form von Wasserstoff bzw. Wasserstoffprodukten speichert. Es wird also eine wasserstoffbasierte Energiewirtschaft (Wasserstoff oder Wasserstoffprodukte) geben müssen, wenn wir unseren Lebensstandard, der auf einem hohen Energieverbrauch beruht, erhalten wollen und auch jetzt ärmeren Regionen der Erde ermöglichen wollen, ihren Lebensstandard zu erhöhen. Auch das Verkehrswesen wird wasserstoffbasiert sein, denn es ist unbestritten, dass LKW, Schiffe, Flugzeuge usw. wegen der Energiedichte nur mit wasserstoffbasierten Energieträgern betrieben werden können. Es wird entsprechende Tankstellen geben und wer wird dann noch ein E-Auto, das nur auf dem Papier umweltfreundlich ist, fahren wollen. Das E-Auto ist nur für kurze Strecken geeignet und damit global gesehen für viele Bereiche der Erde unbrauchbar. Wenn es nur noch E-Autos gäbe, wäre dies für gerade für nicht so hoch entwickelte Gebiete der Erde eine Katastrophe, weil dort die Mobilität massiv eingeschränkt wäre, mit den entsprechenden Folgen für den Wohlstand dieser Bereiche. Deshalb fahren die Menschen dort auch noch lange mit unseren Verbrennern.
Das E-Auto ist also eine sehr elitäre Erfindung.
Das E-Auto hat die Funktion, die Entwicklung von Motoren für den LKW-Bereich und andere Bereiche zu behindern. Da diese Fahrzeuge aber nur mit Kraftstoffen hoher Energiedichte betrieben werden können, werden wir noch lange auf fossile Brennstoffe angewiesen sein. Die Energiekonzerne fördern deshalb offensichtlich das E-Auto. Ein gutes Beispiel dafür ist Norwegen. Norwegen hat riesige Eröl-und Erdgasvorkommen und setzt intensiv auf das E-Auto. Wollen die Norweger diese riesigen Eröl-und Erdgasvorkommen nicht zu Geld machen? Den norwegischen Verwertern der fossilen Energieträger ist das Klima wichtiger als der eigene Geldbeutel?
Manchmal ist Denken wichtiger als Rechnen.
Fazit: Nur ein intensiver Ausbau von grünen Stromquellen und der dazugehörigen Wasserstofftechnologie rettet unser Klima und unseren Wohlstand.
Es ist schade, dass dieser Artikel im Jahr 2024 immer noch unkorrigiert im Netz steht, sind doch einige der Grundfakten inzwischen total veraltet oder waren schon immer falsch bzw. unpräzise.
1. Die Wirkungsgrade von Otto- und Dieselmotor mögen so in etwa stimmen. Allerdings sind nur 70 % beim E-Motor zu wenig. Oft wird bei der Angabe Energieverlust während der Akkuladung eingerechnet. Hier geht es aber um die Energie, die bereits im Akku drin ist (sonst müsste ich konsequenterweise den gesamtem Herstellungsprozess und Transport betrachten). Dazu schreibt “Auto Motor und Sport”, dass ein E-Auto einen etwas dreimal so hohen effektiven Wirkungsgrad hat wie ein Dieselauto. 1)
D. h. der Wirkungsgrad für das E-Auto müsste auf 90 % erhöht oder für den Diesel entsprechend gesenkt werden.
2. Für einen aktuellen Akku kann man gut 300 Wh/kg ansetzen 2).
Das entspricht 1,1 MJ/kg und stellt damit mehr als eine Verdoppelung ggü. der hier angesetzten Energiedichte dar. Mit diesen beiden Korrekturen braucht man nicht mehr das 38-fache an Diesel in Akkugewicht, sondern nur das 12-fache. Und da sind das Zusatzgewicht für den Tank, Leitungen ggü. Stromkabeln und das unterschiedliche Motorgewicht sowie der Wegfall weiterer Komponenten (Abgasanlage, ggf. Getriebe usw.) noch gar nicht berücksichtigt.
3. Der Abschnitt mit der Abwärme ist eine ziemlich Milchmädchenrechnung. Zum einen bringt die Heizleistung des Motors, wie von Vorrednern schon erwähnt, nur etwas, wenn es kalt ist. Zum anderen geht die Wärme des Motors natürlich nicht 1:1 in das Fahrzeuginnere, sondern läuft über Wärmetauscher, die nur einen Bruchteil der Abwärme in Heizwärme umwandeln können.
Auf der anderen Seite arbeitet ein E-Auto natürlich nicht mit einer Ohmschen Wärmeproduktion, sondern mit einer Wärmepumpe. Das Volumen des Autoinneren ist mit 6 m³ denke ich ganz gut abgeschätzt. Um so viel Luft um 20 °C zu erwärmen braucht es in erster Näherung 145 kJ 3) 4). Mit Wärmepumpe kann man etwa 50 kJ rechnen (Luftfeuchtigkeit vernachlässige ich hier mal, das sind nur ein paar dutzend Gramm).
Man braucht also 45 g Akku für die einmalige Erwärmung der Luft. Natürlich müssen die Wärmeaufnahme der Einrichtung und kontinuierliche Wärmeverluste dazugerechnet werden. Bei einem Tesla landet man laut 5) effektiv bei 20-30 % Reichweitenverlust (bzw. 20-30 % niedrigerem Wirkungsgrad – da wären wir dann wieder bei 70 %).
Das ist schon relevant, aber was der Autor dazu schreibt (“so reduziert sich die Reichweite auf wenige Kilometer.”) ist wohlwollend ausgedrückt grob irreführend. Böse Zungen würden sagen “Fake News”.
Über das Jahr gesehen muss man dann noch abschätzen, wie oft die Heizung überhaupt benötigt wird. Schließlich gibt es auch elektrische Scheibenheizungen für die Frontscheibe und Sitzheizungen. Es muss also nicht immer der ganze Fahrgastraum erwärmt werden. An der Gesamtrechnung würde das letztlich mit vielleicht 5 % eingehen, macht also neben den zahlreichen anderen Näherungen kaum etwas aus.
4. Rekuperation, Rekuperation, Rekuperation. Diesen Punkt hat der Autor leider gar nicht berücksichtigt.
Die bringt laut carwow.de bis zu 20 % Reichweitengewinn bzw. erhöht den effektiven Wirkungsgrad entsprechend. 6)
Und, ja, ein E-Auto mit hocheffizientem Motor und hocheffizienter Rekuperation kann auf >100 % effektiven Wirkungsgrad kommen.
Vielleicht wäre es bei so viel Theorie am Ende doch sinnvoller, den tatsächlichen effektiven Verbrauch aktueller E-Autos und Verbrenner gegenüberzustellen:
Mein Auto verbraucht ca. 6 l/100 km und braucht bei 600 km Reichweite 26,5 kg Benzin. Das sind umgerechnet 320 kWh. Ein aktuelles E-Auto liegt bei etwa 15 kWh/100 km, braucht also 90 kWh für die gleiche Strecke. Der Wirkungsgrad ist also 3,5 mal so hoch wie bei meinem (älteren) Modell.
1) https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/elektroauto-energie-technik-wirkungsgrad-sparen/
2) https://teslabs.de/blogs/tesla-must-knows/tesla-akkus-lfp-nca-nmc
3) https://de.wikipedia.org/wiki/Luftdichte
4) https://de.wikipedia.org/wiki/Spezifische_W%C3%A4rmekapazit%C3%A4t
5) https://insideevs.de/news/701494/10-tipps-tesla-winter/
6) https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/elektromotoren-auto-technik-vorteile-nachteile-synchron-asynchron-v1/
Leider fehlen hier entscheidende Kriterien:
Der Wirkungsgrad eines diesel z.b. liegt nur in einem kleinen Drehzahlfenster,niedrige drehzahl,hohe Last um 40%
Darüber sinkt der Wirkungsgrad ab,ebenso hat man bei kaltem Motor Kondensationsverluste an den Zylinderwänden.Dann gibt es noch Getriebeverluste.So kommt ein Gesamtwirkungsgrad um 20% zustande.
Ein weiterer wichtiger faktor ist die aerodynamik.Suv haben einen durch die hohe Stirnflache und bescheidenen cw wert einen Autobahn verlust von 10-20% im vergleich zum Pkw.
Mehr Zylinder und mehr Hubraum sorgen ebenfalls fur schlechteren Wirkungsgrad
Wer wissen will,wie ein effizientes Auto egal ob verbrenner oder elektro aussieht schaut bitte auf den VW XL1.
Vielen Auto Freaks sind halt aerodynamische pkw ein dorn im Auge,es wirkt beim drängeln auf der autobahn halt nicht so aggressiv.Aber große kuhlergrillorgien werden immer mit mehrverbrauch bestraft.
Wer Ahnung von Physik hat,kann sich die verluste ausrechnen,und den Energiebedarf für eine bestimmte Geschwindigkeit….
Zur kurzstrecke: ich habe seinerzeit den fehler gemacht und Diesel auf 20km Arbeitsstrecke eingesetzt, Ergebnis Ölverdünnung durch Kraftstoffeintrag…Dann AGR und DPF dicht.Mittlerweile ist die Abgasrückführungsrate bei einigen modellen bei 75%,d.h. der schmodder bleibt im Motor und verkokt die Ansaugwege,
Alles dank euro Abgasnorm.bin ja jetzt kein Öko, meinetwegen kann das ruhig hinten raus.
In den 90ern waren Verbrennermotoren noch robust,heute dank Abgasrückführung und hohem Ladedruck nicht mehr.
Manchmal frage ich mich, ob wir uns zu sehr auf Wirkungsgradzahlen fixieren, ohne das Gesamtbild zu betrachten. Klar, der Elektromotor punktet mit seiner Effizienz, aber die Reichweite im Winter und der Energieaufwand für die Akku-Produktion zeigen, dass noch Luft nach oben ist. Wäre es nicht spannend, wenn die Forschung auch in Richtung innovativer Heizsysteme für E-Fahrzeuge gehen würde?
Gerade solche Lösungen könnten Elektromobilität wirklich praxistauglich für alle Jahreszeiten machen.