Potenzial der Elektromobilität anhand des Model S

Das „Model S“ von Tesla Motors ist eines der am meist verkauften und weltweit bekanntesten Elektrofahrzeuge. Es ist die erste in Serie hergestellte Limousine der Oberklasse, die von Grund auf als Elektroauto konstruiert wurde. Da das Model S unter anderem deshalb in vielen Bereichen die besten Leistungen von in grossen Stückzahlen hergestellten Elektrofahrzeugen erbringt und von vielen Leuten als „das Flaggschiff der Elektromobilität“ betrachtet wird, eignet es sich sehr gut um das momentane Potenzial von Elektroautos aufzuzeigen.

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Ein schwarzes „Model S“ von „Tesla Motors“ in der Schweiz
(Urheber: www.energie-info.info Lizenz: CC-0)

Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Elektromobilität im Allgemeinen, sowie mit dem Telsa Model S und Tesla Motors als Beispiele.

 

Die Elektromobilität:

Die Elektromobilität ist der Begriff für das Fortbewegen von Fahrzeugen mithilfe von Elektromotoren. Dabei kann es sein, dass ein Elektromotor alleine oder mehrere zusammen für die Fortbewegung zuständig sind.

Der Strom bei einem Elektrofahrzeug kann entweder in einem Energiespeicher (Akku bzw. umgangssprachlich Batterie) zwischengespeichert sein oder andauernd aus einem Stromnetz bezogen werden (Fahrleitung).

Dieser Artikel fokussiert beim Thema Elektromobilität auf Elektroautos, die einen Akku als Energiespeicher verwenden. Eine Fortbewegung mithilfe von Elektromotoren kann aber auch bei vielen anderen Verkehrsmitteln stattfinden. (z.B. Gabelstapler, Elektrofahrrad, Eisenbahn, Trolley-Busse und U-Boote).

 

Hybrid-Autos:

Das Hauptthema dieses Artikels sind Autos, die vollständig durch Elektromotoren angetrieben werden. Trotzdem werden an dieser Stelle der Vollständigkeit halber auch kurz Hybrid-Fahrzeuge erwähnt.

Hybridfahrzeuge können durch die Kombination von (mindestens) zwei Antriebstechnologien und Energiespeichern gewisse Nachteile der einzelnen Technologien minimieren. Jedoch bedingen die zusätzlichen Teile (wie z.B. zweiter Energiespeicher, zweiter Antrieb, zusätzliches Getriebe, etc.) ein erhöhtes Gewicht und durch die erhöhte Komplexität nehmen die Möglichkeiten technischer Defekte und die Unterhaltskosten tendenziell zu. Trotz alldem sind Hybridfahrzeuge bei gewissen Nutzungsprofilen sinnvoll.

 

Das bisherige Image von Elektrofahrzeugen:

Bisher galten Elektrofahrzeuge vor allem als langsam, teuer, unästhetisch und unkomfortabel. Ausserdem machte man sich Sorgen wegen angeblich geringen Reichweiten, langen Ladezeiten und geringerem Fahrspass. Kurz gesagt waren Elektroautos bisher vor allem etwas für technikaffine oder sehr umweltbewusste Leute.

Doch dann kam Tesla Motors und hat das Image der Elektroautos bei vielen Menschen, inklusive dem Autor dieses Textes, grundlegend geändert.

 

Die Geschichte von Telsa Motors in Kurzfassung:

Die Firma „Tesla Motors“ wurde 2003 gegründet und lieferte 2008 ihr erstes in Serienproduktion hergestellte Modell, ein Sportwagen namens „Tesla Roadster“, an seine Kunden aus. Ende 2008 geriet das Unternehmen in finanzielle Schwierigkeiten, konnte aber durch Hilfe eines Investors gerettet werden. Seit 2012 produziert Tesla seine Elektrolimousine mit dem Namen „Tesla Model S“ in Serie. 2012 geriet das Unternehmen erneut in eine finanzielle Schieflage, konnte sich aber durch einen einsetzenden Verkaufsboom ohne fremde Hilfe retten. Ab September 2015 soll ein Sport Utility Vehicle (SUV) mit dem Namen „Tesla Model X“ an die Kunden ausgeliefert werden. Das Fernziel des Unternehmens ist ein für die grosse Masse erschwingliches Elektroauto mit dem Namen „Telsa Model 3“ mit einer Reichweite von 320 km herzustellen und für 35’000 USD (ca. 32’500 Fr.) zu verkaufen.

Tesla Motors beschäftig mehr als 10’000 Mitarbeiter und der Hauptsitz liegt im berühmten, kalifornischen „Silicon Valley“. Vorstandsvorsitzender und Chef des Unternehmens ist Elon Musk, der neben der Arbeit für Tesla Motors durch seine Mitarbeit an Paypal und die Gründung von SpaceX und SolarCity als visionärer Unternehmer wahrgenommen wird.

 

Ein Faktencheck:

Nachfolgend werden die vorher genannten Vorurteile gegenüber Elektrofahrzeugen mit der Realität verglichen. Dabei wird als Massstab das sehr bekannte „Tesla Model S“ verwendet. Dieser Artikel stellt aber keine Werbung für Tesla dar, sondern das Model S wird als Referenz herbeigezogen, weil es in vielen Bereichen die besten Leistungen von in Serie hergestellten Elektroautos erbringt und man deshalb anhand des Model S sehr gut das momentane Potenzial von Elektrofahrzeugen aufzeigen kann.

 

Reichweite:

Das Elektrofahrzeuge eine geringe Reichweite haben, hört man immer wieder, aber stimmt das wirklich? Das Tesla Model S hat eine Reichweite von bis zu 525 km (90-kWh-Akku). Als Vergleich dazu hat der BMW 760Li, der auch eine oberklasse Limousine ist, eine Reichweite von ca. 630 km. (Verbrauch ca. 13l/100 km  und Tankvolumen 82 l) Die Reichweite von beiden Fahrzeugen wird von mehreren Parametern, wie z.B. Gebrauch der Klimaanlage, Zuladung, Geschwindigkeit und Aussentemperatur beeinflusst, trotzdem lässt sich anhand dieses Vergleiches leicht feststellen, dass Elektroautos auch in Sachen Reichweite mit konventionellen Fahrzeugen mithalten können.

Ausserdem ist zu erwähnen, dass die durchschnittliche Distanz einer Autofahrt in der Schweiz lediglich 32 km beträgt und dass 65% der Autofahrten kürzer als 10 km sind. Deshalb können auch günstigere Elektroautos mit einer geringeren Reichweite als Zweitauto oder in Kombination mit Carsharing, öffentlichem Verkehr oder Automiete sinnvoll sein.

 

Preis:

Das Tesla Model S ist in der Schweiz in der günstigsten Modell-Variante für 68’800 Fr.- erhältlich. Das ist zwar auf den ersten Blick teuer, lässt sich aber sehr gut mit den Preisen von anderen Limousinen der Oberklasse vergleichen. Andere Elektroautos, wie z.B. der BMW i3 sind ab 36’800 Fr.- und der Renault Zoe ab 18’900 Fr.- erhältlich.

 

Energieversorgung:

Bei Elektroautos mit Akku gibt es zwei Möglichkeiten neue Energie zuzuführen. Erstens kann man den eingebauten Akku wieder aufladen oder man kann den entladenen Akku durch einen geladenen Akku austauschen. Dieses Austauschen wird „Battery Swap“ (Englisch für „Batterie Tausch“) genannt und lässt sich z.B. beim Tesla Model S in weniger als 2 Minuten automatisch durchführen. Somit dauert das Austauschen kürzer oder zumindest gleich lang wie das Auftanken eines Autos mit Verbrennungsmotor.

Die Ladedauer des Akkus hängt von verschiedenen Faktoren, wie z.B. Verwendung von Gleich- oder Wechselstrom, Stromstärke & Spannung der Stromquelle und dem Fahrzeug ab. Eine der schnellsten zur Zeit verfügbaren Ladetechnologien verwenden die „Supercharger“-Ladestationen von Tesla. Mit diesen lässt sich ein Tesla Model S innerhalb von 40 Minuten zu 80% und innerhalb von 75 Minuten zu 100% aufladen.

 

Fahrspass:

Das Model S, das zurzeit als das Flagschiff der Elektromobilität gilt hat eine Leistung von bis zu 762 PS (560 kW) und eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 250km/h. Ausserdem ist das Fahrzeug je nach Modell in der Lage in 3.0 Sekunden von 0 auf 100 km/h zu beschleunigen. Da beim Tesla Model S die Batterien in der Bodenwanne untergebracht sind, verfügt das Auto über einen tiefen Schwerpunkt.

Ausserdem sind alle Elektromotoren konstruktionsbedingt in der Lage das maximale Drehmoment von Beginn an zu liefern. Somit kann bei einem Elektroauto, ausser bei Modellen mit Getriebe, jederzeit das maximale Drehmoment genutzt werden. Somit lässt sich zusammenfassen sagen, dass die Fahrt mit Elektroautos sehr viel Spass machen kann und diese einen direkten Vergleich mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor keineswegs scheuen müssen.

 

Sicherheit:

Der Tesla Model S hat die beste je vergebene Bewertung, fünf von fünf Sternen, der US-Bundesbehörde für Straßen- und Fahrzeugsicherheit erhalten. Ausserdem wurde das Fahrzeug vom europäischen NCAP mit fünf von fünf Sternen ausgezeichnet.

Im Jahr 2013 geriet Tesla Motors in die Schlagzeilen, weil bei drei Fahrzeugen nach Unfällen Brände auftraten. Es liegt in der Natur von Energiespeichern (wie z.B. Akkus) und Energieträgern (wie z.B. Benzin) bedingt, dass in ihnen grosse Mengen an Energie gespeichert sind. Diese gespeicherte Energie kann sich nicht nur langsam, sondern auch schlagartig freisetzten. Brände passieren sehr selten und sind bei Autos mit Verbrennungsmotor, nach Angaben von Tesla, sogar häufiger, als bei Elektroautos. Somit lässt sich festhalten, dass Elektroautos nicht nur sicher, sondern sogar sehr sicher sein können.

 

Design und Komfort:

Gemäss der bei Wikipedia zum Artikel des Tesla Model S genannten Quellen ist das Fahrzeug hinsichtlich Komfort vergleichbar mit anderen Limousinen der Oberklasse. Der Komfort eines Autos hängt nicht von der Antriebstechnologie ab, sondern ist viel mehr eine Preisfrage.

Der Innenraum eines Tesla Model S

Ein Teil des Innenraumes eines Tesla Model S
(Quelle: Wikipedia Urhbeber: “jurvetson (Steve Jurvetson)” Lizenz: CC BY 2.0)

Beim Design des Fahrzeugs scheiden sich zum Teil die Geister. Das ist und bleibt aber auch eine Frage des eigenen Geschmacks und lässt sich kaum nach objektiven Kriterien vergleichen.

 

Umweltverträglichkeit:

Wenn man die Umweltverträglichkeit eines Fahrzeuges beurteilen möchte, muss man alle direkten und indirekten negativen Auswirkungen auf Lebewesen und die Umwelt berücksichtigen. Deshalb sind alle Stadien eines „Autolebens“ wichtig. Dazu gehören, die Gewinnung der Rohstoffe, die Herstellung, der Betrieb, der Unterhalt und das Recycling.

Die, nach Meinung des Autor, wichtigsten Punkte bei Autos sind:

– Die benötigten Rohstoffe und die benötigte Energie
– Die Verursachung von Schadstoffen
– Die Möglichkeiten zur Wiederverwendung der Rohstoffe (Recycling) und zur Weiterverwendung der Bestandteile („further use“)
– Weitere Faktoren, wie Licht, Lärm und Unfälle

Es ist häufig schwierig die indirekten Auswirkungen zu beurteilen, da die Zusammenhänge auf der Welt und im Ökosystem Erde sehr komplex sind. Die direkten Auswirkungen, wie z.B. der Energieverbrauch und die unmittelbare Schadstoffverursachung beim Betrieb lassen sich viel einfacher beurteilen, da sie direkt messbar sind.

Neben dem Antriebskonzept hängt die Umweltverträglichkeit von vielen anderen Punkten, wie z.B. Gewicht, Luftwiderstand, Effizienz, Stromherkunft, Umweltschutz bei der Produktion, Fachgerechtes Recycling, Qualität der Konstruktion, verwendete Rohstoffe, Abgasnachbehandlung (Katalysator), Pratikelfilter, Wartungsfreundlichkeit, Lebensdauer, etc. ab.

Es lässt sich grundsätzlich sagen, dass bei Elektroautos die direkten Umweltbelastungen (Lärm, Schadstoffe und Energieverbrauch) geringer sind, als bei Autos mit Verbrennungsmotor. Ausserdem benötigen sie in der Regel einen geringeren Wartungsaufwand. Dafür sind die Umweltbelastungen bei der Gewinnung der Rohstoffe für die Akkus grösser. Beim Betrieb der Fahrzeuge hängt die Umweltverträglichkeit massgeblich von der Herkunft des Kraftstoffes bzw. des Stromes ab. Wenn z.B. Wasserstoff, wie heute sehr verbreitet, aus Erdöl (Kohlenwasserstoffen) erzeugt wird ist er sogar umweltschädlicher als Benzin!

Es lässt sich nicht abschliessend sagen, welches Antriebskonzept umweltfreundlicher ist, das hängt von den jeweiligen Umständen ab. So kann z.B. ein Kompaktwagen mit Kraftstoff aus Pflanzenabfällen deutlich umweltfreundlicher sein, als eine oberklassen Limousine mit Elektromotor.

Übrigens müssen die Akkus von Elektroautos, wenn ihre Kapazität nachgelassen hat, nicht zwangsläufig unmittelbar recycelt werden, sondern können sinnvollerweise weiterhin für stationäre Anwendungen weitergenutzt werden (z.B. für Solarstromspeicher oder Micro Grids), da dabei das Verhältnis zwischen Kapazität und Gewicht viel weniger wichtig ist.

Verfahren zum Recycling der Rohstoffe aus Akkus werden zurzeit in verschiedenen Anlagen erprobt und erforscht. Das Wiederverwenden und Weiterverwenden von Rohstoffen und Komponenten hat bei allen Fahrzeugen und Produkten noch ein sehr grosses Potenzial.

Nach der Meinung des Autors sollte das Grundziel bei allen Produkten sein sie auf möglichst umweltverträgliche-, menschenverträgliche- (soziale) und nachhaltige Art und Weise zu produzieren.

 

Grundsätzliche Vorteile der Elektromobilität:

– Strom lässt sich mit geringerem technischem Aufwand aus erneuerbaren Quellen umwandeln, als chemische Kraftstoffe. (z.B. heimische Photovoltaik-Anlage).

– Effizientere Energieumwandlung möglich, da der Strom direkt in Bewegung umgewandelt werden kann und nicht zuerst in einem weiteren Schritt zu Kraftstoff (Power-to-X) veredelt werden muss.

– Deutlich geringerer direkter Schadstoffausstoss (Abgase, Lärm, etc.).

– Einfachere Bauweise (weniger Komponenten), als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor oder sogar Hybrid-Antrieb möglich, dadurch sind Elektroautos in der Regel wartungsfreundlicher.

– Aufgrund der Wartungsfreundlichkeit und der geringeren Energiepreise in der Regel geringere Betriebskosten.

 

Grundsätzliche Nachteile der Elektromobilität:

– Noch wenig Erfahrung im Recycling der Akkus, vermutlich recht aufwendig.

– In der Regel höheres Fahrzeuggewicht, da Energiedichte von Akkus (Verhältnis zwischen Gewicht und gespeicherter Energie) geringer ist, als bei Kraftstoffen.

– Wenn mit einer Akkuladung eine vergleichbare Reichweite wie mit einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor gewünscht ist, sind in der Regel höhere Anschaffungskosten, vorallem für die Akkus, zu erwarten.

– Bei vielen Akku-Technologien werden seltene Rohstoffe verwendet, die zum Teil auch giftig sind. Jedoch wird Benzin nach der EU-Gefahrenstoffkennzeichnung auch als „Giftig“ bezeichnet.

 

Abschliessender Kommentar:

Der Autor dieses Artikels geht davon aus, dass es in Zukunft auf den Strassen einen Mix von Fahrzeugen mit verschiedenen Antriebstechnologien geben wird. Alle Energieträger und Energiespeicher haben ihre individuellen Vor- und Nachteile. Das Hauptziel bei der Mobilität sollte sein auf umweltverträgliche, menschenverträgliche und nachhaltige Art und Weise alle Güter und Personen zu transportieren. Um dieses Ziel zu erreichen, stehen uns Biokraftstoffe, Synthesekraftstoffe (inkl. Wasserstoff) und Strom zur Verfügung. Kominationen dieser Energieformen in Hybrid-Fahrzeugen können in gewissen Situationen sinnvoll sein. Elektroautos sind sicher in vielen Fällen eine gute Option.

Die Zukunft wird zeigen, in welchen Bereichen welche Antriebstechnologie am besten geeignet ist. Man darf weiterhin mit stetigen Verbesserungen aller bestehenden Technologien und neuen Innovationen rechnen.

 

Weitere Informationen:

Zu den verschiedenen Energiequellen und den möglichen Umwandlungen:
https://energie-info.info/energiewandlung/

Zum Thema Energiespeicherung:
www.energie-info.info/energiespeicherung/

Zum Thema Mobilität:
www.energie-info.info/e-nutzung/mobilitat/

Auf der offiziellen Webseite von Tesla Motors:
www.teslamotors.com/

Auf der entsprechenden Seite von Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Motors

Auf der Seite von Wikipedia zum Thema Elektromobilität:
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromobilit%C3%A4t

Informationen zu der Wahrscheinlichkeit von Bränden bei Elektrofahrzeugen:
www.handelsblatt.com/unternehmen/industrie/nach-elektroauto-brand-braende-bei-herkoemmlichen-fahrzeugen-wahrscheinlicher/8886520-2.html

 

(Datenquellen:)

www.de.wikipedia.org (Tesla Motors & Tesla Model S), www.teslamotors.com, BFS „Mobilität in der Schweiz – Ergebnisse des Mikrozensus Mobilität und Verkehr 2010“, www.renault.ch, www.bmw.ch, www.handelsblatt.com, www.automobilio.info

 

(Lizenz:)

Dieser ganze Artikel (inklusive Bilder und Grafiken) ist, sofern nicht anders bezeichnet unter der CC-Lizenz „CC-BY-SA 4.0“ verwendbar. Bei einer allfälligen Weiterverwendung ist die Webseite www.energie-info.info als Quelle und Autor zu nennen.

 

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