E-Mobilität - Die Ruhe vor dem Strom | 13 Okt 17, felix.buche

Der Autonutzer von morgen will sicher von A nach B, mal elegant, mal preiswert, der eine „geshared“, der andere bei klassischem Eigentum. Aber alle erwarten morgen 90% weniger CO2-Emissionen, eine viel niedrigere Unfallquote bei möglichst geringen Kosten. Die serienreife Technik hierfür ist zum Greifen nahe. Ein Konvergenzschub wird diesen disruptiven Übergang noch beschleunigen.


Wer hätte gedacht dass 2018 Solarstrom vom eigenen Dach billiger sein wird als Strom vom Versorger. Doch noch stellen wir keinen Run auf Solardächer fest. Ist das „die Ruhe vor dem Strom“? Vielleicht fehlt bisher noch ein Puzzleteil – die wirtschaftliche Speichertechnik, das richtige Geschäftsmodell. Die Stromversorger bieten noch nicht viel dazu an, auch weil sie wenig Interesse daran haben. Wie aber beim Smartphone in der Telekommunikation oder mit Tesla im Automobilbau, werden andere kommen und den etablierten Markt aufmischen. Sobald Batterien preiswerter werden, kann man einen Teil der Energiewende auch gleich ohne Stromversorger umsetzen.

 

China hat derweil erhebliche Überkapazitäten bei der Herstellung von Solarmodulen. Die Preise sind in 15 Jahren um über 70% gefallen. Gleichzeitig hat man in Europa in den letzten Jahren zahlreiche Gas - und Kohlekraftwerke vorzeitig abgeschaltet, aufgrund von Überkapazitäten und Preisdruck auf dem Strommarkt, ausgelöst durch die Energiewende. Da sollten auch die Stromversorger bald motiviert sein, nach neuen Geschäftsmodellen zu suchen: Die Hochleistungsbatterie im Elektroauto ist dabei eine wichtige komplementäre Technologie für eine gelungene Energiewende.

 

Bevor man beim Gedanken an das E-Auto in die übliche Reichweitendiskussion verfällt, steige man erst einmal ein und fahre selbst 5 Km damit. Ihr Bauch wird bereits nach 15 Sekunden Fahrt jenen Quantensprung spüren dem sich der Verstand noch sträubt: Wie kann es sein, dass ein französischer Kleinwagen namens Renault Zoe beschleunigt wie ein Golf GTI und leise ist wie ein 5er BMW mit 6-Zylinder Benzinmotor. Wenn ein solcher E-Wagen in 5 Jahren 500 Km Reichweite hat und vor dem Shoppingcenter in 20 Minuten zu 80% auflädt, dann ist der Verbrenner im PKW nach über 120 Jahren tot. Und hier reden wir nicht vom Budget eines Tesla S. Wenn in einigen Jahren auch in Deutschland die Müllabfuhr morgens um 6 Uhr elektrisch daher gefahren kommt, wie heute schon probeweise in einem anderen modernen Land, werden Sie sich fragen, warum wir den Explosionsmotor überhaupt in dieses Jahrtausend mitgeschleppt haben.

 

Der Verband der deutschen Automobilindustrie sagt, Diesel und Benziner haben noch Potential – zweifelsohne, so wie auch die Dampfmaschine mit einer elektronisch geregelten Kohlenstaubfeuerung noch viel effizienter laufen würde. Auch elektrische Schreibmaschinen von Olympia wären heute viel leiser, leichter und hätten einen 8h-Akku für die Reise. Wen bitte interessiert das noch.

 

 

Konvergenter Technologieschub wie vor 100 Jahren

 

Bei der Diskussion um E-Mobilität wird oft übersehen, dass wir derzeit in einer Phase wie vor ca. 100 Jahren sind, als sich in der entwickelten Welt die Elektrizität, das Telefon, das Automobil und das Flugzeug in weniger als 20 Jahren fast gleichzeitig, aus der Konvergenz neuer Technologien, Materialien und Organisationsformen vom Tüftlerstadium zu alltagstauglichen Produkten entwickelt haben.

 

Heute ist es unter anderem die Konvergenz aus IT, Internet, Satellitentechnik, Nano- und Materialtechnik, die auch preiswertere Solarenergie, leistungsfähigere Batterien und vernetzte Sensoren hervorbringen.

Diese Techniken werden in Kürze einige Produkte auf das Abstellgleis der Geschichte stellen, wie einst das Pferdefuhrwerk, kürzlich das Telefax und Nokia-Handys und bald fossile Kraftwerke und kleine Verbrennungsmotoren.

 

Konvergenz bedeuten in diesem Zusammenhang, dass sich die Serienreife mehrerer bahnbrechender Technologien wie Multiplikatoren gegenseitig bestärken. So hat z.B. die Entwicklung von Halbleitern für Computer zu großen Fortschritten in der Material- und Fertigungstechnik geführt, womit auch Solarzellen viel billiger, dünner, mit höherem Wirkungsgrad und einer längeren Lebensdauer hergestellt werden können. Das Gleiche vollzieht sich gerade mit modernen Batterien: In nur 36 Monaten hat ein E-Golf ganze 50% mehr Batteriekapazität hinzu bekommen, bei etwa gleichem Gewicht, Volumen und Preis. Und die Massenfertigung von Hochleistungsbatterien für PKW hat gerade erst begonnen.

 

Mit der Konvergenz aus Technologien kann zudem vermeiden werden, dass das Stromnetz zusammen bricht, wenn Hochleistungs-Ladestationen aufgestellt werden, mit denen ein Elektroauto in einer Kaffeepause zu 80% nachgeladen werden kann. Wer zu Hause einen elektrischen Durchlauferhitzer betreibt, der hat schon heute den notwenigen Hausanschluss um in vier Stunden 80 kWh Strom zu laden mit denen man 500 Km fahren kann. Fällt heute etwa der Strom aus, weil Ihr Nachbar zur gleichen Zeit duscht wie Sie und Millionen andere im Land? Intelligente Last- und Ladesteuerung, flexible Strompreise, gekoppelte Speicherkonzepte, geplante Lastabschaltungen können so zusammen spielen, dass der Strom zu bestimmten Uhrzeiten zwar teuer sein wird wie eine Flugticket am Montagmorgen, aber ausfallen wird er deswegen nicht.

Wenn in einem rauen Winter in Marseille Frost herrscht und ganz Südfrankreich die Elektroheizungen höher dreht, ist das stets eine heftigere Belastung für das französische Stromnetz als wenn jeder Haushalt ein Elektroauto hätte, das intelligent gesteuert möglichst in lastschwachen Zeiten lädt. In Ländern mit vielen Elektroheizungen wird es an besonders kalten Wintertagen stets kritisch, aber sehr selten dunkel. Die Vorhersagen für Verbrauch und Wetter werden auch hier durch die Konvergenz von Technologie immer präziser und es steht zudem eine Kaskade an möglichen Reaktionen zur Verfügung. So hat der Netzbetreiber heute mehr Zeit sich auf den Ansturm auf das Stromnetz vorzubereiten und er kann die regenerative Erzeugung genau vorhersagen. Flughäfen haben so schon mal in Absprache ihre vorhandenen Notstromaggregate eingeschaltet, Industrien haben freiwillig Produktionsschichten verschoben, um dafür eine Gutschrift vom Netzbetreiber zu bekommen. Schweizer Speicherkraftwerge stehen zudem bereit, um in der Verbrauchsspitze maximale Leistung zu exportieren – wenn der Preis stimmt. In der „Dunkelflaute“[1] wird es zukünftig einen erheblichen Preiszuschlag geben, und dann werden wir sehen wie Verbraucher plötzlich Stromverbrauch in lastschwache Zeiten verlagern. Wo ein gemeinsamer Wille, ein drängendes Problem, ein lukratives Geschäft, da ist immer ein Weg zur Lösung.

 

Ein elektrischer Golf verbraucht im realen Betrieb ca. 15 kWh Strom auf 100 Km. Um diesen in einem modernen Gaskraftwerk[2] zu erzeugen, braucht man ca. 25 kWh Primärenergie, was 2,3 Litern Diesel auf 100 Km entspricht. Der CO2-Ausstoß pro Km ist selbst bei dieser Art der Stromerzeugung im fossil befeuerten Gaskraftwerk nur bei ca. 60 gCO2/Km. Mit Wind- oder Solarstrom sind es natürlich viel weniger. In der Realität ist es ein Mix, je nach Tages- und Jahreszeit oder Wetter. Moderne Verbrennungsmotoren in einem Kompaktwagen stoßen im Realbetrieb hingegen mindestens 120 gCO2/Km aus.

Die Tatsache, dass ein moderner Diesel gerade noch eine etwas bessere CO2-Bilanz aufweist als elektrisch mit 100% Kohlestrom zu fahren, ist eine Karikatur gegen das E-Auto aber kein wirklich überzeugendes Argument mehr. Europa wird bei dem prognostizierten leichten Anstieg des Stromverbrauchs durch E-Mobilität keine neuen Kohlenkraftwerke mehr bauen, nach dem die letzten neuen Blöcke dieser Art für die Betreiber eine halbe Investruine waren[3]. Kohlestrom ist nur noch dann rentabel, wenn er aus alten abgeschriebenen Kraftwerken kommt. Und kaum ein Land in dieser Welt erzeugt seinen Strom nur aus Kohle.

 

Für 30 000 Km in einem E-Auto braucht man ca. 5.000 kWh Strom, was heutige Solaranlagen auf dem Dach eines einzigen Einfamilienhauses im Jahr erzeugen können[4], zu Kosten von ca. 10 Cent pro kWh, oder 10€ Stromkosten auf 500 Km! Auch wenn man Zwischenspeicher, Ladetechnik oder Ausbau des Stromnetzes noch hinzurechnet, sollten man kaum auf 50€ wie an der Tankstelle kommen.

 

 

Der Vergangenheit verhaftet

 

Heute werden tatsächlich noch Milliardeninvestitionen in die Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren für PKW getätigt, dabei wird der Verbrenner im PKW unweigerlich von mehreren Seiten her in die Zange genommen werden:

 

·         Euro 6 ohne das „d“ ist meist nur auf dem Prüfstand sauber. Eine wirklich wirksame Abgasnachbehandlung ist komplexer und teurer und wird mit der Abgasnorm Euro 6d jetzt umgesetzt. Diesel-PKW tanken dann zusätzlich synthetischen Harnstoff, Benzinmotoren mit Direkteinspritzung brauchen zukünftig noch einen Partikelfilter. Autowerkstätten werden sich freuen. Auch Hybridfahrzeuge sind davon betroffen und werden mit sinkenden Batteriekosten bald teurer sein als reine E-Autos.

 

·         Die CO2-Bilanz eines E-Autos verbessert sich nach dessen Auslieferung noch weiter, durch die fortschreitende Energiewende bei der Stromerzeugung. Hingegen verschlechtert sich mit dem Alter und der Laufleistung das Abgasverhalten eines Diesels.

 

·         An immer mehr Tagen und Stunden im Jahr wird es zukünftig eine Überproduktion von Wind- oder Solarstrom geben, der zu niedrigsten Grenzkosten (variable Kosten) und damit zu Dumpingpreisen in den Strommarkt gedrückt werden wird. Die Anbieter oder Zwischenhändler werden für diese „Stromerzeugung zur unpässlichen Zeit“ früher oder später gezielt neue Anwendungen und Geschäftsmodelle suchen, z.B. ferngesteuertes Lademanagement bei E-Autos, für das der Kunde einen Preisnachlass bekommt.

 

·         Die variablen Betriebskosten eines Autos mit Verbrennungsmotor liegen systembedingt viel höher als bei einem Elektroauto. Mit Euro 6d erst recht. Dieser Effekt führt heute schon dazu, dass regionale Paketzusteller trotz der noch teuren Batterien anfangen, aus betriebswirtschaftlichen Gründen auf Elektrofahrzeuge umzusteigen.

 

·         Noch hemmen Zweifel an der Langlebigkeit der Batterien das Vertrauen in E-Autos. Erste Feldrückmeldungen lassen aber darauf schließen, dass z.B. einem Tesla S auch nach 200 000 Km noch über 90% der ursprünglichen Batteriekapazität bleiben. Sollten sich derartige Werte bestätigt, hätte ein hochwertiges E-Auto eine längere wirtschaftliche Lebensdauer als ein entsprechendes Auto mit Verbrenner.

 

Vereint das E-Auto am Ende Komfort, Langlebigkeit, niedrige Betriebskosten und gutes Image, dann wird es entgegen bisherigen Studien auch mit einem etwas höheren Kaufpreis noch erfolgreich sein.

 

 

Die systemische Betrachtung

 

Bei der Lösung technischer Probleme hat die Menschheit immer wieder Berge versetzt, wenn die Lösung eines drängenden Problems oder die Verwirklichung eines Traumes zum Greifen nah waren. Vorausgesetzt, neue technische Möglichkeiten stehen zur Verfügung, es gibt die Geldgeber und die politischen Rahmenbedingungen stimmen.

 

Denn die menschliche Kraft, die kollektive Träume und Wünsche im Moment der Konvergenz entfalten, ist unermesslich.

 

Nur mit dieser Kraft ist z.B. zu erklären, wie ein von Stromknappheit und teuren Ölimporten geplagtes Frankreich nach der ersten Ölkrise in nur 15 Jahren pünktlich 60 Atomkraftwerke abliefern konnte, während man zu anderen Zeiten in anderen entwickelten Ländern schon mal die gleiche Zeit braucht, um nur einen einzigen funktionstüchtigen Flughafen zu bauen[5]. Länder sind mit ähnlicher Kraft in 20 Jahren aus Ruinen zur Blüte auferstanden. Ein Entwicklungsland, das vor einem halben Jahrhundert noch Millionen von Hungertoten zu beklagen hatte, konnte nur so zu einer wirtschaftlichen Supermacht aufsteigen.

 

Der motorisierte Individualverkehr ist heute einer der großen Klimasünder und verursacht weltweit über eine Million Verkehrstote pro Jahr[6]. Das bezahlbare klimaneutrale Auto, das in 5 Sekunden Tempo 100 erreicht, dabei 80% weniger tödliche Unfälle verursacht[7] oder gleich autonom fährt, das 500 Km Reichweite hat und in 20 Minuten mit weitgehend regenerativ erzeugtem Strom wieder aufgeladen werden kann, ist zum Greifen nah.

 

Die Kräfte die gerade mobilisiert werden, sind umso größer, je weniger Puzzleteile für diesen Quantensprung noch fehlen. Die leistungsstarke und günstige Batterie braucht vielleicht noch einige Milliarden Euro Investitionen und 5 Jahre Zeit. Und weitere 10 Jahre später werden diese Batterien noch viel leistungsfähiger sein, so wie es bei unseren Computern in den letzten 15 Jahren der Fall war. Entscheidet ist, dass das Wettrennen eröffnet ist. So werden in Kürze „ökologische Feigenblätter“ an E-Autos mit 100 Km Reichweite und 10 h Ladezeit von modernen E-Fahrzeugen hinweggeblasen. VW, Daimler und Co sitzt neuerdings die Angst im Nacken, einen bedeutenden Teil der Wortschöpfung im Fahrzeugbau asiatischen Konkurrenten überlassen zu müssen, die bisher Smartphones oder Laptopbatterien herstellten.

 

Die Nebelkerzen von Auto-Lobbyisten, die den Zusammenbruch des Stromnetzes vorhersagen oder die die Ökobilanz der Batterieherstellung anprangern ohne auf die Folgen der Ölförderung in Nigeria oder im Golf von Mexiko einzugehen, werden wir in 10 Jahren belächeln.

 

 

 

Seiner Zeit 100 Jahre voraus

 

Der elektrische Strom war uns eigentlich ein Jahrhundert voraus, verglichen mit der bis vor kurzem zu seiner Erzeugung eingesetzten Technik und der Methoden wie wir ihn verschwendet haben. Denn multifunktional einsetzbar lässt er sich verlustarm, lautlos, sicher und abgasfrei in riesigen Mengen über weite Strecken in vergleichsweise dünnen Leitungen übertragen.

 

Präzise kann elektrischer Strom mit nur 5 Watt ein empfindliches Smartphone laden. Glühend in einem 20 KW Durchlauferhitzer erwärmt er in Sekunden Wasser auf 60°C. Über einen fingerdicken Oberleitungsdraht liefert er 8.000 KW um einen ICE mit 150 Tonnen Gewicht in wenigen Minuten auf 300 km/h zu beschleunigen. Die Elektrizität könnte eine Erfindung aus dem Jahr 2000 sein.


Ganz anders ist es bei fossilem Treibstoff für den Verbrennungsmotor: Von der Ölförderung und Verarbeitung, über den Transport und das Einfüllen des Kraftstoffs bis zum Abgas aus dem Auspuff bringt er diverse Umweltrisiken mit sich und es bleiben nur gut ein Viertel der Energie an Vortrieb übrig. Selbst ein um nochmals 20% effizienterer Dieselmotor wird im Jahr 2025 statt heute 25% dann ganze 32% realen Wirkungsgrad aufweisen[8]. So kommt man aber nie an Elektromotoren und Akkus heran, die heute Wirkungsgrade von jeweils 90% aufweisen. Von daher ist auch synthetischer Kraftstoff aus Ökostrom als Retter des Verbrenners im PKW nur neuer Wein in alten Benzinschläuchen. Aufgrund der vielen Umwandlungsschritte ist synthetischer Kraftstoff aus Bioabfall oder Ökostrom nur für ganz bestimmten Anwendungen eine sinnvolle Alternative[9], nicht aber im PKW.

 

Beim PKW hat Tesla bewiesen was zu beweisen war, egal wie sich die Firma weiter entwickelt: Die Wahl dieser Technik liegt viel näher als ein Umweg über Synthesekraftstoffe. Wenn Herr Wissmann vom Verband der Deutschen Automobilindustrie einst sagte, man solle den Diesel jetzt nicht verteufeln „wir brauchen ihn noch“, dann hat er ganz sicher recht, sofern er mit „wir“ vor allem seine Vereinsmitglieder meinte. Vielleicht dachte er auch an den (parallelen) Hybrid, bei dem der gute alte Explosionskraftwagen noch eine mittelmäßige Batterie und einen elektrischen Hilfsantrieb dazu bekommt. Aus der Zukunft betrachtet ist das eine Skurrilität wie jene Autos die auch schwimmen konnten aber weder ein gutes Boot noch je ein gutes Auto waren. Wenn überhaupt wird übergangsweise vielleicht andersherum ein Schuh daraus, ein E-Auto mit thermischem Range-Extender (Stromgenerator). Aber auch dann wird das (teil-)autonome Zero Emission Vehicle diese gesamte alte Technik bald hinwegfegen.

 

Der Autonutzer von morgen will 90% weniger CO2-Emissionen, keine gesundheitsschädlichen Abgase, eine viel niedrigere Unfallquote vergleichbar mit dem Flugzeug oder der Bahn, schlanke Technik, bei möglichst geringen Kosten pro Km. Erst dann ist das Auto nicht mehr vom letzten Jahrhundert und wird in anderer Form noch einmal 100 Jahre vor sich haben.

 

Wer diesen bevorstehenden Quantensprung in der individuellen Mobilität nicht wahr haben will, der droht Milliarden in den Sand zu setzen und anderen das Geschäft zu überlassen. Die Aufgabe systemischer Unternehmensberatung ist es u.a., dem Management die Zukunftsfragen zu stellen die später Kunden, Gesellschaft oder Mitbewerber aufwerfen werden.

 

Felix Buche

Consultant



[1] Wenn es gleichzeitig windstill und stark bewölkt ist, geht die regenerative Stromerzeugung stark zurück.


[2] Gaskraftwerke mit GuD / Combined Cycle haben heute ca. 65% realen elektrischen Wirkungsgrad.


[3] z.B. Kraftwerk Hamburg Moorburg


[4] Bei geeigneter Dachausrichtung und ohne Beschattung


[5] Neuer Flughafen Berlin - Brandenburg.


[6] Gem. WHO


[7] Mit neuen Assistenzsystemen die das autonome Fahren ermöglichen, den Fahrer wahlweise auch selbst fahren lassen, in kritischen Situationen aber wie heute schon ABS und ESP zusätzlich mit autonomen Lenk- und Bremseingriffen übernehmen.


[8] Gemeint ist der Wirkungsgrad im realen Betrieb, nicht auf dem Motorprüfstand im klimatisierten Labor


[9]  evtl. im Flugzeug




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