Wirkungsgrade in der Mobilität

Immer wieder wird behauptet. Elektromobilität hätte die höchste Effizienz. Allerdings scheint dies nur dann so zu sein, wenn man reine Wirkungsgradketten ohne Systemumgebung betrachtet. Tatsächlich ist es ungefähr so:

  • Verbrennungsmotor auf Erdölbasis: 78% Verluste
  • Reine E-Mobilität: 65% Verluste
  • Reine Wasserstoffmobilität: 55% Verluste
  • Fahrzeuge mit Akkumulator und Brennstoffzelle: 43% Verluste

Schauen wir uns das einmal genau an:

Der Wirkungsgrad der erdölbasierten Mobilität ergibt traurige 22%, was insbesondere am schlechten Wirkungsgrad der Verbrennungsmotoren liegt:

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Reine Elektromobilität ist tatsächlich besser, hat aber nicht, wie oft behaupt eine Effizienz von 70%, sondern 35%. Bei reiner Elektromobilität ist es nämlich unmöglich, die erneuerbare Erzeugung und das Laden immer zeitgleich zur Deckung zu bringen. Etwa 30% der Wind- bzw. Solarenergie muss abgeregelt werden*, weil kein zeitgleicher Ladebedarf mehr existiert. Weitere erhebliche Verluste entstehen, weil Energie für Engpasszeiten zwischengespeichert werden muss, was z.B. über Elektrolyse, Methanisierung und Gaskraftwerke machbar wäre – allerdings mit 80% Verlusten, die anteilig mit 15% Verlusten in die Bilanz eingehen. So sieht es dann aus:

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Betrachtet man demgegenüber reine Wasserstoffmobilität, sieht das Bild bereits etwas besser aus. Die Wasserstofferzeugung macht Abregelungen unnötig. Von den heutigen 30% Verlusten der Elektrolyse (wobei auch 20% erreichbar wären) sind im Winterhalbjahr die Hälfte zum Heizen von Gebäuden nutzbar, so dass nur 15% verloren gehen. Ein ebensolcher Wert geht bei Kompression und Transport verloren. Dazu kommen die Verluste der Brennstoffzelle, von denen ein kleiner Teil für die Fahrzeugheizung nutzbar wäre. Es verbleiben nur 55% Verluste. 45% sind Nutzenergie:

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Erfreulicherweise ergibt die Kombination von Brennstoffzelle mit Akkumulator eine noch bessere Lösung. Auch hier muss nicht abgeregelt werden, aber ein großer Teil des Stromes wird auch dirket in den Akkumulator geladen, was die Gesamteffizienz erhöht. Gleichzeitig steht genug Wasserstoff für Engpasszeiten zur Verfügung. Auch lange Strecken können mit H2 gefahren werden, der bekanntlich auch in 3 Minuten wieder nachtankbar ist. Insgesamt ist das damit die beste Lösung:

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Diese Ergebnis bettet sich auch sehr gut in das Gesamtsystem Wasserstoff-Energiewirtschaft ein, welche den höchsten Wirkungsgrad aller bekannten Energiesysteme hat.

Hier noch ein PDF mit alle vier obigen Graphiken zum Herunterladen.

 

*Anmerkung:

Die 30% Abregelmenge ergeben sich aus einer überschläglichen Betrachtung des Gesamtsystems: Um die für Deutschland erforderlichen 1200 TWh Energie zu erzeugen, könnte man 300 GW Windkraft mit 900 TWh Erzeugung und 300 GW PV mit 300 TWh Erzeugung einsetzen. Es gibt dann allerdings etwa 1000 Stunden jährlich Vollast bei Windenergie. Da die mittlere Last 136 GW beträgt (1200 TWh/8760 Std.), gingen 164 GW im Mittel über 1000 Stunden verloren. Das ergibt 164 TWh oder 14% der erzeugten Energie. Weitere 2000 Stunden liegt die Windstromerzeugung zwischen 136 und 300 GW – hier gehen weitere etwa 11% der Energie verloren, zusammen also 25%.

Diese Energiemengen von insgesamt 300 TWh können in den Akkumulatoren der Fahrzeuge, welche bei 50 Mio. Fahrzeugen á 60 kWh zusammen nur 3 TWh Kapazität haben, nicht gespeichert werden. In einer rein elektrischen Welt ohne Wasserstoffspeicher gäbe es auch keine anderen nennenswerten Speicher. 

Die abgeregelten Energiemengen müssen an anderen Tagen also durch zusätzliche Windkraft- und Solaranlagen gewonnen werden. Das aber erhöht die Abregelungsmengen zusätzlich, so dass leicht über 30% Abregelung zusammenkommen. Es ist auch nicht vorstellbar, Leistungen von über 100 GW innereuropäisch auszugleichen – das wäre ein Vielfaches der heutigen Übertragungskapazitäten.