Elektromobilität - Elektro/Verbrenner Vergleich
Energie-Erzeugung
Energie-Erzeugung  
Ich möchte erstmal kurz auf die Energie-Erzeugung eingehen.
Da gibt es die fossile Energie wie Erdöl, Erdgas und so weiter.
Diese wird zum Beispiel durch Erdölförderung und Fracking gewonnen.
Aufgearbeitet wird dann in einer Raffinerie oder der chemischen Industrie.
Weiter haben wir die Stromerzeugung durch Kraftwerke.
Diese arbeiten oft mit kohle Erdöl, Erdgas oder sogar noch teilweise mit Kernenergie.
Zum Schluss haben wir da noch die Stromerzeugung durch die sogenannte Grüne Energie.
MeMeist benutzt ist meines Wissens nach, die Wasserkraft, die Windkraft oder die Solarkraft,
wie zum Beispiel Fotovoltaik.
Energie
Energie  
Welche Energien haben wir dadurch zur Verfügung.
Zum einen sind es die fossilen Energien wie Diesel, Benzin, Erdgas, Autogas und so weiter.
Des Weiteren haben wir Wasserstoff als einen sehr guten Energiespeicher.
Auf die verschiedenen Herstellungsarten des Wasserstoffes
werde ich gleich noch mal genauer eingehen.
Und dann natürlich die direkte Strom Herstellung.
Der Strommix, den wir heutzutage haben,
wird von Kraftwerken und der so genannten Grünen Energie bereitgestellt.
Der Anteil der Grünen Energie wächst im Strommix von Jahr zu Jahr.
Wasserstoffherstellung
Jetzt mal ein kurzer Einblick in die Wasserstoffherstellung.
Sie ist in vier Kategorien eingestuft:
Grauer Wasserstoff, Blauer Wasserstoff, Türkiser Wasserstoff und Grüner Wasserstoff.
Wasserstoff  
Grauer Wasserstoff:
Herstellung durch Spaltung von Erdgas
unter Hitze in Wasserstoff und CO2.
CH4 + H2O → CO + 3 H2   /   CO + H2O → CO2 + H2
CO2 → Atmosphäre (1 Tonne Wasserstoff = 10 Tonnen CO2)
Blauer Wasserstoff:
Herstellung wie grauer Wasserstoff.
CH4 + H2O → CO + 3 H2   /   CO + H2O → CO2 + H2
Entstehendes CO2 wird gebunden.
Türkiser Wasserstoff:
Herstellung durch thermische Spaltung von Methan.
CH4 + 1600°C → C + 2 H2
kein CO2 / fester Kohlenstoff
CO2-neutral, wenn thermische Energie aus erneuerbaren Energiequellen
und Kohlenstoff nicht verbrannt wird.
Grüner Wasserstoff:
Herstellung durch Wasserspaltung.
2 H2O + Energie → 2 H2 + O2
CO2-frei, wenn klimaneutraler Strom (Energieverluste durch Wandlung).
Welche Energie- und Kosteneffizienz ist damit erreichbar?
Wie groß ist der Gesamtnutzen dieser Technologie?
Ist die Batterietechnik vorzuziehen?
Wasserstoffherstellung  
Fahrzeuge
Welche Fahrzeuge im Automobilbereich sind zurzeit üblich.
Fahrzeuge  
Am meisten verbreitet sind immer noch die Verbrenner-Fahrzeuge mit Verbrenner-Motor.
Sie werden hauptsächlich mit Diesel oder Benzin betrieben.
Beliebt bei den Autoherstellern ist das sogenannte Hybrid-Fahrzeug.
Es hat ein Verbrenner-Motor, der mit Diesel oder Benzin läuft,
und ein Elektromotor, der über eine Batterie gespeist wird.
Es vereint von beiden Antriebsarten die schlechten Eigenschaften:
Kleinere Energiespeicher, höheres Gewicht und dadurch höheren Verbrauch
und doppelte Komplexität der Technik.
Als drittes haben wir dann die Elektrofahrzeuge mit einem Elektromotor.
Als Energiespeicher dient hier oftmals eine Batterie, welche in Wirklichkeit ein Akku ist.
Die Herstellung der Batterien wird bei vielen als nicht ökologisch angesehen.
H2-Auto  
Als weiterer Energiespeicher
wird manchmal auch Wasserstoff verwendet.
Dieser wird mit Verlusten
über Brennstoffzellen in Strom umgewandelt.
Der Strom wird dann über eine kleinere Batterie
als Zwischenspeichert dem Elektromotor zugeführt.
Vergleich: Verbrenner-/Elektro-Motor
Verbrenner-Elektro-Motor  
Vergleich im Stadtverkehr
zuFussFahrad  
Zuerst einmal muss gesagt werden,
dass zu Fuß gehen und Fahrradfahren in der Stadt
die beste aller Optionen ist.
Jedoch wollen wir diese hier nicht betrachten.
Stadtverkehr  
sehr hohe Wärmeentwicklung
hohe mechanische Verluste
schlechte Getriebeübersetzung
hohe Bremsverluste
keine Wind-/Wettereinflüsse
geringe Wärmeentwicklung
geringe mechanische Verluste
keine Getriebeübersetzung
Bremskraftrückgewinnung
keine Wind-/Wettereinflüsse
geringe Geschwindigkeit hat keinen Einfluss auf den Verbrauch
Der Verbrenner-Motor hatte einen sehr großen Nachteil.
Er hat eine sehr hohe Wärmeentwicklung, die sogar extra gekühlt werden muss,
und keine Bewegungsenergie auf die Straße bringt.
Die große Anzahl mechanisch beweglicher Teile bringen auch weitere Verluste.
Besonders gravierend im Stadtverkehr ist auch die kleine Getriebe-‹bersetzung.
Man fährt meistens maximal im dritten Gang,
wobei der Motor trotzdem in seinem Drehzahlbereich bleibt.
Selbst wenn das Fahrzeug steht, verbraucht der Motor weiterhin Treibstoff.
Moderne Fahrzeuge haben zwar eine Abschaltautomatik,
aber welcher Maschine tut es gut, wenn sie ständig ein- und ausgeschaltet wird.
Beim "stop- und go-verkehr" geht auch noch eine Menge Energie über die Bremsen
als Wärme verloren.
Wind und Wetter haben beim langsamen Stadtverkehr keinen Einfluss.
Im Stadtverkehr ist der Elektromotor klar im Vorteil.
Der Elektromotor hat eine geringe Wärmeentwicklung, die auch nicht gekühlt werden muss.
Zudem hat er kaum mechanisch bewegliche Teile.
Da es kein Schaltgetriebe gibt, hat dieses hier keinen Einfluss beim "stop- und go-verkehr".
Mit "one-pedal-driving" wird durch die Rekuperation sogar wieder Energie gewonnen.
Wind und Wetter haben auch hier keinen Einfluss.
Vergleich auf der Autobahn
Autobahn  
sehr hohe Wärmeentwicklung
hohe mechanische Verluste
gute Getriebeübersetzung
mittlere Bremsverluste
mittlere Wind-/Wettereinflüsse
geringe Wärmeentwicklung
geringe mechanische Verluste
keine Getriebeübersetzung
Bremskraftrückgewinnung
sehr hohe Wind-/Wettereinflüsse
hohe Geschwindigkeit hat großen Einfluss auf den Verbrauch
Auf der Autobahn sieht dies ein klein wenig anders aus.
Der Verbrenner-Motor hat immer noch seine sehr hohe Wärmeentwicklung
und seine hohen mechanischen Verluste.
Im höchsten Gang wird der Verbrenner-Motor optimal ausgelastet.
Wenn er nicht zu oft gebremst wird, sind diese Verluste auch nicht mehr so groß.
Wind und Wetter haben hier nur einen mittleren Einfluss,
das erkläre ich später aber nochmal genauer.
Auf der Autobahn hat der Elektromotor immer noch eine geringe Wärmeentwicklung
und geringe mechanische Verluste.
Dass er kein Schaltgetriebe hat, bringt ihm hier keine Vorteile.
Wer schneller fährt, verbraucht mehr Energie.
Bei der Rekuperation wird aber weiterhin Energie zurückgewonnen.
Wind und Wetter wirkten sich stärker auf den Energieverbrauch beim Elektromotor aus.
Höhere Geschwindigkeiten haben immer einen höheren Energieverbrauch zur Folge.
Aber warum ist der höhere Energieverbrauch
bei einer höheren Geschwindigkeit eines Elektromotors gravierender
als bei einer höheren Geschwindigkeit eines Verbrenner-Motors.
Höhere Energieverbrauch bei höherer Geschwindigkeit
Bei einem Elektromotor geht wenig Energie an Wärme und Mechanik verloren.
Die meiste Energie wird für das Fahren auf der Straße verwendet.
Dadurch wirken sich Umwelteinflüsse und Fahrwind stärker auf den gesamten Energieverbrauch aus.
Beim Verbrenner-Motor ist die Energiebilanz umgekehrt.
Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit
erhöht sich auch die Auswirkung der Umwelteinflüsse und des Fahrwindes.
Bei der gleichen Geschwindigkeitserhöhung eines Verbrenner-Motor
sind die Auswirkungen dann dafür nicht so groß
wie bei einem Elektromotor.
Ich hoffe die Grafik kann dies deutlich machen.
GeschwindigkeitEinfluss  
In der gesamten Energiebilanz verbraucht der Elektromotor trotzdem viel weniger Energie
als der Verbrenner-Motor.
Nur die Stromkosten könnten bei sehr hoher Geschwindigkeit höher sein
als die von Benzin und Diesel.
Ein Stau auf der Autobahn ist wie ein "stop- und go-verkehr"
in der Innenstadtverkehr zu bewerten.
Stromkosten  
Mehr Energie bei Benzin und Diesel (1 Liter ≈ 10 kWh). Mehr Kosten für Strom.
YouTube-Video

Elektromobilität - Elektro/Verbrenner Vergleich | 7:53 Minuten | hochgeladen am 22. März 2021

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