Im Winter kann nach 30 Kilometern Schluss sein: E-Autos vs. Verbrenner – Analyse der Kosten und Konsequenzen

Am 13.12.2018 verkündete die energiepolitische Sprecherin der Grünen/Bündnis90, Annalena Baerbock im ZDF, dass jeder Bürger in Deutschland neun Gigatonnen CO2 ausstoße. Richtig wären neun Tonnen gewesen. Messungenauigkeiten um den Faktor eine Milliarde (Giga = 10^9) entsprechen dem Unterschied zwischen Milligramm und Tonne. Hinsichtlich der „verzapften“ Zahlen, bezogen auf erneuerbare Energien, E-Autos und -Mobilität, liegt man nicht ganz so weit neben der Wirklichkeit, aber immer noch weit genug.

Die folgende Studie von Sigrid Petersen und Gerd Stettin stellt – unabhängig von „dreckigen“ oder „sauberen“ Antrieben – die Kosten der beiden automobilen Konzepte gegenüber.

Neben den individuellen, vom Fahrzeughalter zu erbringenden Kosten bei den gegenwärtigen Energiepreisen, werden auch die volkswirtschaftlichen Kosten gegenübergestellt. Ungeachtet der tatsächlichen Schädlichkeit von CO2 werden anlässlich der öffentlichen Diskussion die CO2-Emission vor und nach der „Mobilitätswende“ verglichen.

Um die Nachvollziehbarkeit zu erhöhen, haben die Studienautoren Sigrid Petersen und Gerd Stettin Rechenwege bewusst einfach gehalten. Nach „in dubio pro reo“ wurden Rechnungen stets zugunsten der in der öffentlichen Diskussion hochgelobten E-Mobilität ausgelegt. Auf höhere mathematische Verfahren zur Abschätzung der benötigten elektrischen Speicherkapazitäten (Selbstentladung, Temperatureinflüsse, economy of scale) wurde verzichtet. Die grundlegenden Ergebnisse sind davon jedoch nicht betroffen.

Anschaffungskosten, Verbrauch und Reichweite

Als Basis aller weiteren Betrachtung werden drei Fahrzeuge herangezogen. Sie können hinsichtlich Platzangebot und Preis als typische Vertreter von Kleinwagen, Kompakt- und (gehobener) Mittelklasse angesehen werden. Alle untersuchten Fahrzeuge werden auch im Bekanntenkreis der Redaktion gefahren.

Untersuchte Fahrzeuge. Foto: Epoch Times

Um Unterschiede innerhalb der einzelnen Fahrzeugklassen zu minimieren, bevorzugten die Autoren Modelle, die in derselben Karosserie sowohl mit konventionellem als auch elektrischem Antrieb angeboten werden. Im Segment der gehobenen Mittelklasse fehlt ein derartiges Angebot momentan, weshalb Petersen/Stettin zwei nahezu identische Modelle wählten.

Um Unterschiede zu minimieren, wurden Modelle ausgesucht, die als Verbrenner und E-Auto angeboten werden (o.l. VW (e-)UP, o.r. VW (e-)Golf). Da kein Modell der gehobenen Mittelklasse dies erfüllt, wichen die Autoren auf zwei ähnliche Jaguar-Modelle aus (u.l. Jaguar I-Pace, u.r. Jaguar F-Pace). Foto: Screenshot/wolkswagen.de/jaguar.de / ET

E-Autos nur auf städtischen Kurzstrecken effizient

Vergleich von Listenpreis, Verbrauch und Reichweite laut Hersteller, Eco-Test und Spritmonitor. Klick aufs Bild für Zoom, öffnet in neuem Tab. Foto: Epoch Times

Für E-Autos sind die Daten aufgrund der geringen Verbreitung dieses Antriebs weniger verlässlich als für herkömmliche Autos. Zudem fehlt für viele die Erfahrung, wie persönliches Fahrverhalten und Verbrauch korrelieren. Die Spritmonitor-Statistik liefert Werte, die sich mit den Erfahrungen der Autoren decken. Auch die angegebenen Maximalwerte (10,3 l für den VW Golf tdi) sind realistisch. Für solche Verbrauchswerte benötigt man mehrere Stunden freie Fahrt bei hohem Tempo deutlich oberhalb der Richtgeschwindigkeit.

Die niedrigen Verbräuche für E-Autos laut Spritmonitor dürften dem wahrscheinlich derzeit bevorzugten Einsatzgebiet von E-Autos geschuldet sein. Als Kurzstreckenfahrzeug im Stadtverkehr, als Zweit- oder Drittwagen verwendet, spielt der Antrieb hier seine Verbrauchsvorteile aus.

E-Autos: Minus 81 Prozent Reichweite auf der Autobahn im Winter

Um den Forderungen nach einem Verkaufsverbot von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren gerecht zu werden, muss das Nutzungsgebiet der E-Autos auf die Langstrecke ausgedehnt werden, woraus sich folgende Korrekturen ergeben:

• Der Energiebedarf steigt auch für E-Autos quadratisch zur Geschwindigkeit an. Bei durchschnittlicher Fahrweise ist also mit einem ähnlichen Zuschlag zu rechnen, wie er sich aus dem sehr sparsamen Eco-Test (Golf tdi: 3,8 l) und dem Spritmonitor-Durchschnitt ergibt (Golf tdi: 5,1 l). Das entspricht einem Mehrverbrauch von 34 Prozent und reduziert die Reichweite um 25 Prozent.
• Für eine längere Lebensdauer soll der Akku nicht vollständig geladen werden. Den Ladevorgang bei 80 Prozent der Nennkapazität abzuschalten gilt als ideal.
• Sowohl sommerliche als auch winterliche Temperaturen schränken die Leistungsfähigkeit eines Akkus ein. Im Winter sinkt die Reichweite um mindestens sieben Prozent, bei eingeschalteter Heizung, Radio und Assistenzsystemen je nach Fahrzeugtyp um bis zu 51 Prozent.

Daraus ergeben sich Gesamteinbußen der Reichweite von mindestens 52 Prozent. Ein Tesla fährt nur noch 200 statt 400 Kilometer.

Der untersuchte e-UP bleibt nach 80 Kilometern stehen. Im Winter, mit eingeschalteten Sekundärverbrauchern, ist bereits nach etwa 30 Kilometern Schluss.

81 Prozent der originalen Reichweite laut Herstellerangabe bleiben sprichwörtlich auf der Strecke.

Kosten für den Fahrzeughalter

Die durchschnittliche jährliche Fahrleistung eins PKW lag 2017 laut ADAC bei 13.922 Kilometer. Der Einfachheit halber gibt der ADAC die jährlichen Fahrleistungen klassenübergreifend mit 15.000 km/a an. Daraus ergeben sich beispielhaft folgende direkte und indirekte Kosten für die Besitzer der untersuchten Fahrzeuge.

Monatliche Kosten für Fahrzeugbesitzer. Foto: Epoch Times

Diese Werte sind nach einem standardisierten Verfahren des ADAC ermittelt und erscheinen für den Alltagsbetrieb nicht ganz passend. Daher führen die Autoren Berichtigungen durch, die sie wie folgt begründen.

Verbrauchswerte

Der Spritverbrauch wird auf die von Spritmonitor berichteten Werte angepasst. Der Mehrverbrauch geht mit den Durchschnittspreisen für 2018 für Benzin und Diesel in die Berechnung der Betriebskosten ein.

Um dem Alltagseinsatz, gegenüber der angenommen bevorzugten Verwendung im Nah- und Stadtverkehr, Rechnung zu tragen, wird der Verbrauch für die E-Fahrzeuge gegenüber den Eco-Test-Werten um den Faktor 1,35 erhöht. Dies entspricht schätzungsweise dem Ausgleich für Autobahnnutzung im Sommer und Heizung im Winter. Der Mehrverbrauch geht mit dem Stromdurchschnittspreis für 2018 in die Betriebskosten ein.

Jahresfahrleistung

Die Fahrleistungen werden der Fahrzeugklasse angepasst:

• Kleinwagen (UP): 10.000 km (Faktor 0,66)
• Kompaktklasse (Golf): 15.000 km (wie ADAC, Faktor 1)
• Gehobene Mittelklasse (Jaguar): 20.000 km (Faktor 1,33)

Entsprechend erfolgt eine verhältnismäßige Korrektur der Betriebskosten, der Werkstattkosten und des Wertverlustes.

Wertverlust

Die Verluste, die der ADAC für die E-Autos angibt, erscheinen deutlich zu niedrig und nur im höheren Anschaffungspreis begründet. Das ist aus Sicht der Berechnung auch insofern einleuchtend, da sich die Berechnungen nur auf die typischen Haltedauern (4-5 Jahre) beziehen. Anders als bei Verbrennungsmotoren, deren durchschnittliche Laufleistung oft die Lebensdauer des Fahrzeugs überschreiten, ist das für die sehr teuren Batterien der E-Autos nicht der Fall.

Die Hersteller geben, wenn überhaupt, eine Garantie für 160.000 km. Andere Quellen sprechen von einer Haltbarkeit eines Akkus von acht bis zehn Jahren. Der Preis für einen Akku wird mit 200 Euro pro kWh angesetzt. Dies entspricht etwa den Kosten der Akku-Miete eines Renault-Zoe. Sie beträgt monatlich 79 Euro bei einer Jahresfahrleistung von 12.500 km. Die Garantiegrenze von 160.000 km wird also nach 154 Monaten oder 12 Jahren und 10 Monaten erreicht. In dieser Zeit fallen etwas über 12.000 Euro Miete an. Bezogen auf die Akku-Kapazität des Zoe ergeben sich – bei 6 Prozent Zinsen pro Jahr – 210 Euro pro Kilowattstunde.

Bei einer durchschnittlichen Fahrzeug-Nutzungsdauer von 12 (Kleinwagen) bis 16 Jahren (Mittelklasse) ergeben sich Laufleistungen von 120.000 bis 320.000. Damit benötigt sowohl der e-Golf, als auch der I-Pace während der Nutzungsdauer einen neuen Akku. Die Kosten belaufen sich auf 7.200 (Golf) bis 18.000 Euro (Jaguar). Die benötigten Rücklagen sollen monatlich angespart werden.

Steuern

E-Autos werden derzeit nur minimal besteuert. Ein Äquivalent für die im Sprit enthaltene Mineralölsteuer (heute: Energiesteuer) wird bei der Betankung eines E-Autos nicht erhoben. Es ist zur erwarten, dass der Staat zukünftig nicht auf diese Einnahmen verzichten möchte, beliefen sich diese 2018 doch auf 41 Milliarden Euro.

Woher diese Einnahmen in einer elektromobilen Zukunft stammen ist bislang ungeklärt, eine mögliche Finanzierung über eine allumfassende KFZ-Maut ist denkbar.

Aus den Einnahmen der Energiesteuer und der Gesamtfahrleistung aller in Deutschland registrierten PKW ergeben sich Mautgebühren in Höhe von 6 Cent pro Kilometer.

Monatliche Kosten für Fahrzeugbesitzer, korrigierte Werte. Klick aufs Bild für Zoom, öffnet in neuem Tab. Foto: Epoch Times

Unterm Strich sparen Fahrer elektrischer Kleinwagen – in den für E-Autos vorgesehenen städtischen Einsatzgebieten – am meisten. Nutzer von Kompakt- oder Mittelklasse zahlen teilweise deutlich mehr.

Für andere Einsatzgebiete, insbesondere den ländlichen Raum oder gar den land- und forstwirtschaftlichen Einsatz liegen keine Zahlen vor. Die erhöhten Anforderungen an Material und Technik dürften jedoch ihren Preis haben.

Umweltaspekte

In diesem Abschnitt wird untersucht, welche Auswirkungen die Umstellung auf E-Mobilität auf die Umwelt hat. Als Maß wird dazu der CO2-Ausstoß herangezogen, dabei steht nicht zur Debatte, wie schädlich oder nützlich dieses „Klimagas“ wirklich ist.

Der aktuelle deutsche Strommix setzt sich aus Kernenergie, Kohle- und Gasstrom sowie Erneuerbaren Energie zusammen. Die Kosten schwanken zwischen 7,9 und 19,5 Cent/kWh. Die CO2-Emissionen schwanken bei den „sauberen“ Verfahren zwischen 0 g/kWh (Biomasse) bis 100 g/kWh (Photovoltaik). Kernenergie liegt mit 32 g/kWh im Mittelfeld der Erneuerbaren Energien. Die Kohleverstromung ist mit 1153 g/kWh (Braunkohle) und 949 g/kWh deutlich „dreckiger“ als Gas mit 428 g/kWh.

Zusätzlich müssen jedoch die CO2-Emission bei der Herstellung der (Ersatz-)Batterie berücksichtigt werden. Dieser Ausstoß berechnet sich nach der Kapazität der verbauten Batterie. Er beträgt 170 kg/kWh und wird auf 160.000 km beziehungsweise die monatliche Fahrleistung umgelegt.

CO2-Emissionen aller Fahrzeuge (mit aktuellem Strommix). Foto: Epoch Times

Anhand dieser Werte zeigt sich, dass E-Autos, „betankt“ mit dem aktuellen Strommix, keineswegs zur CO2-Einsparung beitragen. Je größer das E-Auto, desto größer die Mehr-Emissionen. Da mit E-Autos das angestrebte Ziel der CO2-Reduktion, nicht erreicht werden kann, müsste vor der „Verkehrswende“ erst die „Energiewende“ priorisiert werden.

„Energiewende“ vor „Verkehrswende“

Aufgrund der begrenzten Anbaufläche kann Biomasse nicht weiter gesteigert werden. Wasserkraft ist topografisch bedingt ebenfalls kaum ausbaufähig. Da andere Erneuerbare Energien nicht grundlastfähig und sowohl der Atom- als auch der Kohleausstieg beschlossen sind, muss das Backup aus Erdgas-Kraftwerken bestehen. Hinsichtlich des benötigten Volumens muss dafür die Hälfte der Nord-Stream-2-Pipeline vorgesehen werden.

Dadurch steigen die durchschnittlichen Stromkosten von bisher 11,0 auf 13,3 Cent/kWh. CO2-Emissionen aus Braun- und Steinkohlekraftwerken entfallen. Dies führt wiederum zu geringeren CO2-Werten des Ladestroms für E-Autos.

CO2-Emissionen aller Fahrzeuge (Erneuerbare Energien + Erdgas-Backup). Foto: Epoch Times

Stromversorgung mit 100 Prozent erneuerbarer Energie ist nicht grün

Im nächsten Schritt gilt es, das Erdgas-Backup durch Speicherung des erneuerbar erzeugten Stroms zu ersetzten, wodurch die CO2-Emissionen der Stromerzeugung auf ein Minimum sinken. Als Speicher wird eine Batterie angenommen und pauschal mit einem Verlust in Höhe von 30 Prozent für Laden und Entladen des Speichers gerechnet.

Andere Speicher wie Power-to-Gas sind hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades für die E-Mobilität ungeeignet. Um unnötige Verluste zu vermeiden, könne das Gas direkt in einem Verbrennungsmotor CO2-neutral verwendet werden.

Die bisher in konventionellen Kraftwerken bereitgestellte Energie wird ausschließlich mit (Offshore-)Windkraft erzeugt. Dafür muss die installierte Gesamtleistung mehr als verdoppelt werden, Übertragungsverluste werden hierbei nicht berücksichtigt. Durch den Wegfall anderer Kraftwerke belasten lediglich die Emissionen aus der Herstellung der Backup-Batterien die Klimabilanz.

Die durchschnittlichen Stromkosten steigen dann auf 55 Cent/kWh. Dies entspricht dem fünffachen des aktuellen Preises.

CO2-Emissionen aller Fahrzeuge (in unterschiedlichen Szenarien). Foto: Epoch Times

Dieser Vergleich zeigt, dass „grüner Strom“ in Verbindung mit Batterie-elektrischem Energiespeicher nicht zu einer „grünen Energieversorgung“ beiträgt. Für eine umwelt- und klimaschonende Energieversorgung müssen demzufolge andere Speicherverfahren Anwendung finden.

Volkswirtschaftliche Aspekte

Die Investitionskosten derartiger Speicher richten sich nach der Größe der Anlage, wobei gilt „so klein wie möglich, so groß wie nötig“. Die Dimensionierung ist außerordentlich schwierig und endet letztendlich bei der Frage, welche Nichtverfügbarkeit der Stromversorgung von der Bevölkerung gerade noch akzeptiert wird.

Um die größten Engpässe der Erneuerbaren Energien der letzten Jahre zu überstehen, wird ein Speicher der Größenordnung  15 Terawattstunden (15.000.000.000 kWh) benötigt. Bei 200 Euro/kWh betragen die Kosten eines entsprechenden – aufgrund der CO2-Bilanz ungeeigneten – Speichers 3 Billionen Euro.

Nach Angaben des Umweltbundesamts wurden 2016 25,3 Milliarden Liter Benzin und 20,9 Milliarden Liter Dieselkraftstoff verkauft. Darin enthalten sind 462 TWh chemisch gebundener Energie, diese muss zukünftig, zusätzlich zu dem heute erzeugten Strom, für die Elektromobilität bereitgestellt werden.

Da ein weiterer Ausbau von Photovoltaik unnötig teuer und der Ausbau von Biomasse, Wasserkraft und Land-basierten Windkraftanlagen stark begrenzt ist, müssen Offshore-Windkraftanlagen diesen Bedarf decken. Deren Ausbau würde weitere 450 Milliarden Euro kosten. Hinzukommen Kosten für den Ausbau des Stromnetzes, Ladestationen, etc.

Verdopplung der monatlichen KFZ-Kosten mit E-Autos

Die Investitionen für eine Erdgas-gestützte Energieversorgung belaufen sich nur auf etwa 350 Milliarden Euro. Darin enthalten sind 260 Milliarden Euro für den Ausbau der Windkraft sowie 90 Milliarden Euro für den Aufbau von Backup-Kraftwerken. Da Erdgaskraftwerke zudem grundlastfähig sind, entfallen die Kosten – und die CO2-Emissionen – für die Speicher.

Berücksichtigt man die Laufzeiten der Windkraftanlagen von 12 bis 15 Jahren und den Gaskraftwerken von 35 bis 40 Jahren ergeben sich zusätzliche jährliche Kosten in Höhe von 40 Milliarden Euro für eine Erdgas-gestützte Elektromobilität.

Die Batterie-elektrische E-Mobilität erfordert Investitionen von 350 Milliarden Euro. Pro Jahr. Das entspricht etwa der Höhe des Bundeshaushaltes.

Legt man all diese Investitionen auf die PKW-Nutzer um, steigen die monatlichen KFZ-Ausgaben enorm.  Auf den Fahrer eines e-UPs kommen in der batterieelektrischen Zukunft monatliche Kosten in Höhe von bis zu 595 Euro zu. Der „umweltbewusste“ Jaguar-Fahrer zahlt über 2.000 Euro pro Monat. Damit würden sich die Kosten für reichweitenbeschränkte „freie Mobilität“ mindestens verdoppeln.

Schlussfolgerungen

1. E-Autos verfügen über Reichweiten, die den Nutzungskontext gegenüber herkömmlichen Pkw erheblich einschränken. Die Herstellerangaben stimmen diesbezüglichen mit der Praxis so wenig überein, wie die alten NEFZ-Verbrauchsangaben. Das Problem lässt sich mit aktueller Technologie nur durch größere Batterien lösen. Das damit verbundene Gewichtsproblem ist technisch ohne große Schwierigkeiten lösbar. Die Batteriekosten steigen jedoch immens, ohne dass die CO2-Bilanz stark verbessert werden kann.
2. Obwohl die CO2-Bilanz bei gegenwärtigem Energiemix verschlechtert wird, werden Halter von E-Autos stark zur Kasse gebeten. Selbst der ADAC weist Mehrkosten gegenüber Verbrennern von rund 20 Prozent aus. Rechnet man aktuelle Subventionen für E-Autos heraus, erhält man eine Kostensteigerung gegenüber Verbrennern von etwa 40 Prozent.
3. Bei aktuellem Energiemix ist der Umstieg auf E-Autos kontraproduktiv gegenüber der allgemein vertretenen Zielvorgabe, den CO2-Ausstoß zu verringern. Der Umstieg dürfte, wenn überhaupt, erst nach Umstieg in der Stromerzeugung forciert werden.
4. Die vollständige Versorgung der Pkw-Flotte mit Strom aus erneuerbarer Energie führt mit dem heutigen Stand der Technik zu keinerlei Einsparungen beim CO2-Ausstoß. Zudem sind die Kosten immens. Die Lösung ist nicht tragfähig, solange die Preise für die Batterieherstellung nicht unter 10 Prozent des heutigen Preises fallen und die Produktionsprozesse deutlich CO2-neutraler werden.
5. Mehrkosten für die vollständige erneuerbare Energieversorgung übersteigen jeden vernünftigen Rahmen und liegen in der Höhe eines Bundeshaushalts, sind doppelt so hoch wie der Sozialhaushalt und betragen etwa das 1,4-fache der Rentenzahlungen. Die „Lösung“ bietet keinen ökologischen Nutzen und ist darüber hinaus sozial unverträglich (was sofort die Frage aufwirft, warum sie dennoch propagiert wird).
6. Nur die Variante, die die Stromerzeugung auf eine Kombination aus Windkraft und Erdgas-Backup stützt, stellt einen möglichen Weg in die Elektrifizierung des Individualverkehrs dar. Allerdings sind die Einsparungen an CO2 eher gering, die vielfach versprochene Reduzierung auf Null findet nicht statt. Die Reduzierung gegenüber konventionellen Antrieben liegt etwa bei 35 Prozent. Bezogen auf den gesamten CO2-Ausstoß der BRD liegt die Einsparung bei etwa 8 Prozent. Die damit verbundene Steigerung der Kfz-Kosten von etwa 50 Prozent bzw. monatlich 200 € für einen VW Golf belastet vornehmlich die bereits stark gebeutelten mittleren Gesellschaftsschichten.
7. Einsparungen am CO2-Ausstoß könnten wesentlich günstiger und mit kurzen Übergangsfristen bewerkstelligt werden: Effiziente Autos mit Verbrenner (Golf tdi) stehen in der CO2-Bilanz besser da als schwere E-Autos (Jaguar I-Pace). Die schweren Fahrzeuge könnten so verteuert werden, dass die Kosten denen der E-Variante entsprechen. Der nicht durch den Preis abgeschreckte Fahrer darf sich immer noch über eine große Reichweite freuen. Der abgeschreckte Fahrer steigt auf ein effizienteres Automobil um.
8. Um eine Erdgas-gestützte Elektromobilität realisieren zu können, sind 462 TWh Strom erneuerbar bereitzustellen. Derzeit sind etwa 30.000 Windkraftanlagen in Betrieb, die 104 TWh liefern. Der Windkraftanlagenbestand wäre also – nur für den Antrieb von E-Autos – zu vervierfachen. Als Erdgas-Backup ist die Hälfte des Transportvolumens der Nord-Stream-2-Pipeline vorzusehen.
9. Das E-Auto hat seine Berechtigung in bestimmten Einsatzkontexten, der durch Kurzstrecke bestimmt ist und daher mit einer kleinen, preiswerten und in der Herstellung nicht CO2-intensiven Batterie betrieben werden kann. Die überschaubaren Mehrkosten lassen sich durch Verbesserung der Lebensqualität zum Beispiel die Ruhe beim innerstädtischen Lieferverkehr wie Pizza, Post etc. rechtfertigen. Derartige Autos in Privatbesitz sind eher Zweit- und Drittwagen!
10. Für alle anderen Einsatzgebiete sind E-Autos nach dem Stand der Technik eine Sackgasse. Zu teuer in der Anschaffung und im Betrieb, zweifelhaft in der Umweltbilanz. Der aktuelle Stand der Forschung (Power-to-Liquid-Technologie), die das Preis- und Reichweitenproblem fast CO2-neutral mit Verbrennungsmotoren lösen könnte, wird aus der Sachdiskussion um mögliche Zukunftsszenarien herausgehalten. Ob mangelndes technisch-physikalisches, ökonomisches Verständnis oder andere Interessen den Hype um die E-Mobilität begründen, bleibt hier offen.