Skip to main content
main-content

31.08.2021 | Verbrennungsmotor | Im Fokus | Online-Artikel

Ressourcenverbrauch von E-Motor und Verbrenner im Vergleich

verfasst von: Frank Urbansky

4 Min. Lesedauer
share
TEILEN
print
DRUCKEN
insite
SUCHEN

Heftig umstritten ist in der Verkehrswende die Frage, wer mehr Ressourcen für Herstellung und Antrieb verbraucht: der Verbrenner oder der Elektromotor? Die traurige Wahrheit: Ideal sind beide nicht.

Derzeit wird die Elektromobilität zumindest für den Individualverkehr von der Politik als Allheilmittel angesehen, um die Verkehrswende voranzubringen. "Die Verkettung klimaneutrale Elektroenergie – Batterie an Bord – Antriebselektromotor […], wäre eine unschlagbare Konfiguration für die Automobile der Zukunft", benennt Springer-Autor Cornel Stan in seinem Buchkapitel Klimaneutrale Energie für Elektromotoren und für Verbrennungsmotoren auf Seite 368 die tatsächlichen Vorteile.

Empfehlung der Redaktion

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Klimaneutrale Energie für Elektromotoren und für Verbrennungsmotoren

Die Verkettung klimaneutrale Elektroenergie – Batterie an Bord - Antriebselektromotor, wie im Kap. 12.2 dargestellt, wäre eine unschlagbare Konfiguration für die Automobile der Zukunft. Die Elektromotoren haben als Automobilantriebe vielerlei Vorteile im Vergleich zu den Verbrennungsmotoren, wie im Kap. 13.1 gezeigt. Batterien erbringen zwar erheblich weniger Energie pro Kilogramm im Vergleich zu Brennstoffzellen und insbesondere zu Range Extender mit flüssigen Kraftstoffen, wie in Kap. 14 und 15 erwähnt: Für moderate Antriebsleistung und Reichweite stellen sie jedoch immerhin eine gute Alternative dar.

Doch ist derzeit weder der Strom zum Antrieb klimaneutral noch die Herstellung der Fahrzeuge oder der Batterien. Deswegen wird schon lange und vor allem von Verfechtern des Verbrennungsmotors die Frage diskutiert, wie denn nun ein Vergleich von Otto- oder Dieselmotoren mit den Elektroantrieben hinsichtlich ihres tatsächlichen Ressourcenverbrauchs ausfällt. Und der sollte eben nicht nur die Treibstoffverbräuche einbeziehen, sondern auch die Herstellung und die Verfügbarkeit der dafür nötigen Materialien.

Verwendete Rohstoffe zu verschieden

Weder Wissenschaft noch Ingenieure sind sich dabei einig, zu unterschiedlich sind die benötigten Rohstoffe. Das Fraunhofer-Institut für Innovations- und Systemforschung kam 2019 in einer Studie zu den Treibhausgasemissionen von Elektrofahrzeugen zu dem Schluss, dass ein damals in Deutschland gekauftes Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) über seine durchschnittliche Nutzungsdauer von 13 Jahren eine deutliche Treibhausgas (THG)-Einsparung aufweise. Sie reiche von 28 % gegenüber einem Oberklassewagen-Diesel bis zu 42 % gegenüber einem Kleinwagen-Benziner, wenn man den Strommix in Deutschland zugrunde lege.

Transport and Environment (T&E), die Dachorganisation von nichtstaatlichen europäischen Organisationen aus dem nachhaltigen Verkehrsbereich, errechnete ähnliches. Die Verkehrsverbände ADAC, ÖAMTC und FIA sehen hingegen bei elektrischen Mittelklassefahrzeugen gegenüber einem Dieselaggregat erst am Ende des Lebenszyklus einen Vorteil bei der CO2-Bilanz.

Doch beide Ergebnisse basierten vorrangig auf dem Treibstoffverbrauch. Dabei benötigen Elektrofahrzeuge andere Rohstoffe bei der Herstellung als Verbrenner. Einige davon sind seltene Erden sowie die direkt für die Batterieherstellung benötigten Metalle Lithium, Kobalt, Nickel und Kupfer. Insbesondere Nickel wird von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) als mit Risiken behaftet dargestellt. Das gilt für die Herstellungsmethoden als auch für die Verfügbarkeit. Allerdings würde bei einer steigenden Anzahl von Elektrofahrzeugen der Bedarf an Platin, Palladium oder Rhodium für Katalysatoren zurückgehen.

Ist jedoch das Elektrofahrzeug und damit auch die Batterie einmal produziert, kann es diese während der gesamten Lebensdauer der Batterie nutzen. Wie lange diese dauert, hängt von den Ladezyklen ab. Anschließend müssen sie noch nicht ausgesondert werden, sondern können etwa zur Netzstabilisierung oder in andern Speicheranwendungen dienen. Danach können sie recycelt werden, auch wenn dies derzeit ein noch ungelöstes Problem ist. BASF will aber ab 2022 in Schwarzheide eine Recyclinganlage in Betrieb nehmen, die Traktionsbatterien so weit wiederverwertet, dass alle Metalle zu 100 % für eine erneute Batterieproduktion zur Verfügung stehen.

Treibstoffe nur einmalig nutzbar

Benzin oder Diesel, die für die Verbrennungsmotoren benötigt werden, sind nur einmalig nutzbar und werden letztlich verbrannt. Laut Öko-Institut könnte der jährliche Rohölbedarf für Pkw bis 2035 um 56 % (Bezugsjahr: 2020) sinken, wenn der Anteil elektrischer Pkw bei den Neuzulassungen auf 100 % steige. Die Forscher legen dann für den Strommix einen Anteil von 69 % erneuerbarer Energien zugrunde. Ob der erreicht wird, ist derzeit jedoch vollkommen offen.

Dennoch: Bei Anwendungen, die hohe Energiedichten brauchen, welche mit Batterien nicht zur erreichen sind, könnten weiterhin Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen – etwa im Schiffsverkehr, der Luftfahrt, bei Landwirtschaftsmaschinen oder der schweren Logistik. Hier wären wasserstoffbasierte Brennstoffe, mit mittels Elektrolyse aus grünem Strom hergestellt würden, eine Alternative. Und dann könnte eine Lösung in den Mittelpunkt rücken, die bisher nur am Rande diskutiert wird. "Nach Bewertung aller betrachteten Antriebskonzepte (ICE, HICE, PEM-BZ und BEV)* erscheint aktuell der wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotor als die sinnvollste Lösung für einen CO2-freien Nutzfahrzeugantrieb. Der batterieelektrische Antrieb weist hingegen den höchsten Systemwirkungsgrad und die geringsten CO2-Emissionen ganzheitlich betrachtet im Vergleich zu den wasserstoffbasierten Antriebskonzepten (HICE und PEM-BZ) auf. Allerdings besteht ein erheblicher Nachteil in den hohen CO2-Emissionen, die aktuell bei der Herstellung eines batterieelektrischen Systems anfallen. Diesen kann ein BEV über seine Lebensdauer gegenüber konventionellen ICE nicht mehr kompensieren", fassen es die Springer-Vieweg-Autoren Kevin Klepatz, Swantje Konradt, Robin Tempelhagen und Hermann Rottengruber in ihrem Buchkapitel Systemvergleich CO2-freier Nutzfahrzeugantriebe auf Seite 189 zusammen.

*ICE: konventioneller Verbrennungsmotor; HICE: Wasserstoffmotor; PEM-BZ: Brennstoffzellenfahrzeug; BEV: batterieelektrisches Fahrzeug

share
TEILEN
print
DRUCKEN

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

Das könnte Sie auch interessieren

15.06.2021 | Antriebsstrang | Im Fokus | Online-Artikel

Das Konkurrieren der Antriebsarten

24.03.2021 | Antriebsstrang | Kommentar | Online-Artikel

Verbrenner-Ausstieg: Eine kritische Einordnung

Teil 3: Wer plant wann den Verbrennungsmotor-Ausstieg?

Premium Partner