Terror und Straßenverkehr

Das Hitchhiker-Motto „Keine Panik“ ist mit Sicherheit ein guter Rat, ebenso wie die christliche Variante „Fürchtet Euch nicht“. Was aber nervt, sind die Versuche, mit seltsamen Vergleichen die Gefahr des islamistischen Terrors klein zu reden.

Eine gute Abhandlung dazu stand kürzlich in der FAZ*. Die Sache mit der Fischgräte ist immerhin originell. Häufiger noch liest man aber den Vergleich der Opferzahlen von Terroranschlägen mit der Zahl der Verkehrstoten. Und ja – viele tausend Menschen in Europa sterben jedes Jahr an den Folgen von Straßenverkehrsunfällen, viel viel mehr als Terroranschlägen zum Opfer fallen.

Bleiben wir der Einfachheit halber in Deutschland. Im Jahr 2015 sind dort 3.475 Menschen infolge von Verkehrsunfällen gestorben. Das sind natürlich 3.475 Menschen zu viel. Ist es nicht ein Skandal, dass Terrorabwehr in aller Munde ist, aber niemand unternimmt etwas gegen den Verkehrstod?

Niemand unternimmt etwas? Der Punkt ist: Das stimmt nicht. Schauen wir mal zurück. 1970 gab es in Deutschland (BRD+DDR) 21.332 Verkehrstote. Die 3.475 des vergangenen Jahres stehen mithin für einen Rückgang um 84 %. Und das, obwohl sich gleichzeitig das Verkehrsaufkommen vervielfacht hat.

Als die Unfallopferzahlen höher und höher wurden, haben sich nämlich Ingenieure und Planerinnen intensiv mit der Sicherheit im Straßenverkehr befasst. Die Sicherheit der Fahrzeuge wurde mit Knautschzone, Fahrgastzelle und Gurt entscheidend verbessert. Tempo 100 auf Landstraßen wurde eingeführt**, die Gurtpflicht kam dazu, die Promillegrenze wurde gesenkt usw. Und nicht zuletzt wurde das Rettungswesen entscheidend verbessert. Und Jahr für Jahr starben weniger Menschen bei Verkehrsunfällen. Große Anstrengungen und eine beispiellose Erfolgsgeschichte.

Seit 2011 nimmt die Zahl der Verkehrstoten nicht mehr so kontinuierlich ab, wie man es 40 Jahre lang gewohnt war. Das liegt aber nicht daran, dass dem Verkehrstod keine Aufmerksamkeit mehr geschenkt wird, sondern daran, dass viele Möglichkeiten – z.B. die passive Sicherheit von Pkw – weitgehend ausgereizt sind. Die EU hatte für den Zeitraum 2000 bis 2010 das Ziel, die Zahl der Verkehrstoten zu halbieren. Das ist fast gelungen. Für den Folgezeitraum bis 2020 ist eine erneute Halbierung das Ziel. Auch wenn das voraussichtlich nicht geschafft wird: Mit weiteren Fortschritten in der Verkehrsregelung (Tempo 30, Fahrradstreifen …) und Fahrzeugtechnik (Assistenzsysteme, automatischer Notruf …) werden die Zahlen wieder sinken.

Natürlich hätte man noch viel wirksamere Maßnahmen ergreifen können, z.B. den motorisierten Individualverkehr gänzlich verbieten. Aber das wäre vielleicht keine gute Idee und jedenfalls gesellschaftlich nicht durchzusetzen gewesen. Letztlich war (und ist) es wohl Konsens, dass eine moderne technikbasierte Gesellschaft mit einem Restrisiko leben muss. Wie groß das akzeptable Risiko im Verhältnis zum Nutzen sein darf, darüber kann man diskutieren, und das wird ja auch getan.

Die Verkehrssicherheit ist ein Beispiel dafür, wie wohldurchdachte technische und administrative Maßnahmen ein Problem in den Griff kriegen können. Und vielleicht, ja vielleicht hat sich auch in manchen Köpfen etwas verändert – weg von der Rechthaberei, hin zu Akzeptanz und Rücksichtnahme. Der Verkehrstod ist nicht abgeschafft, ein Risiko bleibt, aber es wurden ganz entscheidende Verbesserungen erreicht.

Und darum geht es auch bei der Terrorabwehr. Noch ist in Europa das Risiko, Opfer eines Anschlags zu werden, zum Glück verschwindend gering. Und es wird wohl (hoffentlich) auch nie so hoch werden wie das Risiko, einen tödlichen Verkehrsunfall zu erleiden. Aber es ist unübersehbar, dass die Gefahr steigt. Also sollte man Maßnahmen ergreifen. Und ebenso wie man den Verkehrstod bekämpfen kann, ohne den individuellen Straßenverkehr über Gebühr einzuschränken, kann man den Terror bekämpfen, ohne die Demokratie abzuschaffen.***

Die Zusammenarbeit der europäischen Sicherheitsbehörden lässt sich wohl erheblich verbessern, die salafistischen und sonstigen islamistischen Umtriebe können im Vorfeld besser überwacht werden und nicht zuletzt kann der Islamische Staat in Syrien – und wohl auch in Libyen – militärisch vernichtet werden. Und natürlich: das Grundproblem muss gesellschaftlich angegangen werden. Die Tatsache nämlich, dass junge Menschen für einen Wahn empfänglich sind, der sie zu Massenmördern werden lässt.

Über die richtigen Maßnahmen kann man diskutieren, und andere mögen es besser wissen als ich. Und ebenso wie das Unfallrisiko im Straßenverkehr wird man das Risiko tödlicher Attentate nicht auf Null senken können. Aber Opferzahlen zu vergleichen, um Untätigkeit gegenüber dem islamistischen Terror zu fordern oder zu rechtfertigen, ist Unsinn. Und wenn man ausgerechnet die Zahl der Verkehrstoten dafür heranzieht, geht der Schuss nach hinten los.

*Ja, Don Alphonso. Ich bin auch kein Fan von ihm, aber was soll’s?
**Tatsächlich erst 1972. Vorher gab es kein generelles Tempolimit auf deutschen Überlandstraßen.
*** Der Gedanke ist nicht neu, dennoch: Es lohnt sich gewiss, einen Blick darauf zu werfen, wie Israel das anstellt.

(Dank an @atlupus für das Korrekturlesen und die Anregungen)

Langsam fahren bringt nichts?

Ein Tweet hat mich auf einen Artikel bei Heise aufmerksam gemacht, der wiederum auf eine Studie aus Dänemark Bezug nimmt, deren Kurzfassung man hier herunterladen kann. Die Hauptaussage, dass nämlich Elektroautos im Alltag viel mehr Energie verbrauchen als im Prospekt steht, ist natürlich richtig. Nur gilt das genauso für Autos mit Verbrennungsmotor und darauf weist der Tweet ja auch schon zu Recht hin.

Das liegt schlicht daran, dass die (vorgeschriebenen) Testzyklen den realen Fahrbetrieb nicht adäquat widerspiegeln (und in Einzelfällen vielleicht auch an ein bisschen Software-Mogelei, aber das ist ein Thema für sich). Soweit ist das schon lange bekannt und eigentlich alles andere als eine Meldung. Aber gut, es ist jedenfalls nicht falsch. Auch der in der Studie ermittelte Durchschnittsverbrauch von 0,183 kWh/km für einen Citroën C-Zero (bzw. die baugleichen Peugeot iOn und Mitsubishi EV) erscheint mir realistisch – nicht zuletzt aufgrund eigener Erfahrungen, die ich damit beim Carsharing im Berliner Stadtverkehr gemacht habe.

Aber richtig gestutzt habe ich bei folgender Aussage:
„Tempo 30 ist richtig schlecht für die Reichweite der Fahrzeuge.“
Bei geringen Geschwindigkeiten sei nämlich der Energieverbrauch sehr hoch, optimal sei er bei 52 km/h, erst bei noch höheren Geschwindigkeiten steige er wieder an. Erst mit 100 km/ werde wieder soviel Energie verbraucht wie mit 25 km/h.

Das kann nicht stimmen. Es widerspricht nämlich der Physik. Eines der ersten Themen in jeder Grundlagenvorlesung zur Fahrzeugtechnik sind die Fahrwiderstände. Ein mit konstanter Geschwindigkeit auf ebener Strecke fahrendes Fahrzeug hat deren zwei zu überwinden: Rollwiderstand und Luftwiderstand. Die Rollwiderstandskraft ist von der Fahrgeschwindigkeit weitgehend unabhängig, die Luftwiderstandskraft hingegen nimmt quadratisch mit der Geschwindigkeit zu.
Die Leistung, die das Fahrzeug abgeben muss, um den Luftwiderstand zu überwinden, steigt sogar mit der dritten Potenz der Fahrgeschwindigkeit. Deshalb ist bei sehr geringen Geschwindigkeiten noch der Rollwiderstand dominierend. Sowie man etwas schneller fährt, erreicht der Luftwiderstand aber ein Vielfaches des Rollwiderstands. Das sieht etwa so aus wie in diesem Diagramm:

Fahrwiderstand

Dabei ist auf der waagerechten x-Achse die Fahrgeschwindigkeit in km/h abgetragen und auf der senkrechten y-Achse die zur Überwindung der jeweiligen Fahrwiderstände notwendige Leistung in Kilowatt (kW). In der Leistungsdarstellung sieht man auch eine Abhängigkeit des Rollwiderstands von der Geschwindigkeit, diese ist aber (fast) linear. Entscheidend ist: Die zum Fahren erforderliche Leistung steigt exponentiell mit der Geschwindigkeit. Ein Citroën C-Zero z.B. braucht zum Beispiel zum Fahren mit 25 km/h nur eine Leistung von knapp 1 kW. Wenn er mit 100 km/h fährt muss er hingegen schon 12 kW abrufen.

Und was heißt das nur für den Verbrauch? Ganz einfach: Eine Stunde lang mit konstant 25 km/h über die Ebene zu fahren verbraucht knapp 1 Kilowattstunde (kWh). Eine Stunde lang mit 100 km/h zu fahren, verbraucht hingegen 12 kWh, also mehr als das Zwölffache. Natürlich kommt man dabei mit 100 km/h viermal so weit. Pro Kilometer ist der Energieverbrauch mit 100 km/h also gut dreimal so hoch wie mit 25 km/h.

Jetzt könnte das Ganze noch etwas dadurch überlagert werden, dass der Motor bei niedrigen Drehzahlen einen geringeren Wirkungsgrad hat als bei hohen. Auf Verbrennungsmotoren trifft das in gewissen Grenzen zu (wenn auch niemals um den Faktor 3), beim Elektromotor ist es aber eher umgekehrt. D.h., Elektromotoren sind mit niedrigen Drehzahlen eher noch etwas effektiver. Daran kann es also nicht liegen.

Wie kommen nun die offensichtlich unsinnigen Zahlen der Studie zustande? Ich kann das nicht sicher feststellen, habe aber eine ziemlich plausible Vermutung. Die Autoren der Studie haben keine Messfahrten durchgeführt, sondern eine große Zahl von Fahrten nachträglich statistisch ausgewertet. Und darin haben sie festgestellt, dass bei den durchschnittlich langsameren Fahrten durchschnittlich mehr Energie verbraucht wurde als bei den durchschnittlich schnelleren. Meine Vermutung ist nun folgende: Die durchschnittlich langsameren Fahrten dürften zugleich die innerstädtischen und kürzeren gewesen sein. Zum einen fielen bei diesen Fahrten mehr Beschleunigungsmanöver ins Gewicht, die zusätzlich Energie verbrauchten. Zum anderen ist bei kurzen Fahrten der relative Einfluss der Klimaanlage bzw. Heizung erheblich größer. Denn das Fahrzeug am Anfang der Fahrt erstmal aufzuheizen bzw. zu kühlen verbraucht natürlich viel mehr Energie, als die Temperatur während einer längeren Fahrt konstant zu halten.

So etwas passiert, wenn man Statistiken erstellt und interpretiert, ohne sich Gedanken über die Wirkungszusammenhänge zu machen. Den Machern der Studie kann man kaum einen Vorwurf machen (allerdings hätten sie vielleicht doch eine Ingenieurin zu Rate ziehen können, die die Ergebnisse mit ihnen durchgeht). Bedauerlich ist aber, dass bei vielen technisch unbedarften Leserinnen und Lesern des Heise-Artikels womöglich hängenbleibt: „Ach guck, langsam fahren ist gar nicht energiesparend.“ Und das – man kann es nicht anders sagen – ist haarsträubender Unsinn.

Mit dem Tesla S durch Deutschland

Kein Autotest

Bei Caro in Berlin (und ich glaube, auch in München) kann man einen Tesla S mieten. Das kostet etwa so viel wie ein Fünfer-BMW, also rund 100 € am Tag (Stand März 2015). Ich habe mir das gegönnt und bin damit zu teils beruflichen, teils privaten Zielen eine Woche lang auf einem Dreieckskurs quer durch Deutschland gefahren.

Meine Tour durch Deutschland mit dem Tesla S

Meine Tour durch Deutschland mit dem Tesla S

Das hat Spaß gemacht. Zum Teil einfach deshalb, weil der Tesla eine luxuriöse sportliche Limousine ist, wie z.B. auch besagter BMW, ein schöner Mercedes oder ein Jaguar. Normalerweise fahre ich ein weitaus bescheideneres Auto und ja – den Unterschied merkt man.

Der andere Teil ist Tesla-spezifisch. Zum einen der lautlose Antrieb. Das ist vor allem bei niedrigen Geschwindigkeiten auffallend; denn wenn man schnell fährt, produziert natürlich auch der Tesla Abroll- und Windgeräusche wie die anderen. Allerdings habe ich (mit dem iPhone) auch bei 120 km/h im Tesla nur einen Schalldruck von 55 dB(A) gemessen und bei 150 km/h lediglich 60 dB(A). Das dürfte auch in der Luxusklasse rekordverdächtig sein. Der niedrige cw-Wert des Tesla trägt sicher dazu bei, Windgeräusche gering zu halten.

Und dann diese brachiale Beschleunigung. Das ist beim Elektroauto ganz anders als beim Verbrenner, denn der Motor muss nicht erst hochdrehen und Drehmoment aufbauen. Nein, der Schub ist sofort da, wenn man das Pedal  drückt. Da wird jenseits aller Theorie spürbar, dass Elektromotoren ideale Fahrzeugantriebe sind. Man wird bald mitleidig auf die Zeit zurückblicken, in der man sich mit lahmen und lauten Verbrennungsmotoren  behelfen musste, weil die Batterien für Elektrofahrzeuge noch nicht weit genug entwickelt waren.

Über Fahrgefühl und subjektive Eindrücke haben aber andere schon besser geschrieben als ich es kann. Stattdessen soll es hier vor allem um Reichweite und Energieverbrauch des Tesla gehen.

Teslatab01

Darüber habe ich auf der Fahrt Buch geführt und die Ergebnisse in zwei Tabellen zusammengefasst. In der ersten Tabelle steht jede Zeile für eine Etappe zwischen zwei Ladestationen. Die beiden ersten Spalten zeigen, was mir der Tesla jeweils am Anfang und am Ende jeder Etappe als noch verbleibende „typische Reichweite“ angezeigt hat. Die Spalte dahinter ist die Differenz aus den beiden Zahlen und dahinter steht die Entfernung, die ich tatsächlich zurückgelegt habe. Daraus wurde in km und Prozent die Abweichung zwischen den Strecken errechnet, die ich laut Tesla mit der verbrauchten Energie hätte fahren können, und denen, die ich tatsächlich gefahren bin. Man sieht, dass der Tesla durchweg zu optimistisch war.

Ladepausen

Wo keine Geschwindigkeitsbegrenzung bestand, fuhr ich in der Regel mit 120 km/h, manchmal über eine kürzere Strecke auch schneller (bis 160 km/h). Die  größten Abweichungen(bis zu 19%) sind nachvollziehbarerweise da, wo ich tendenziell schneller gefahren bin, oder wo es überwiegend bergauf ging (Münster – Wilnsdorf).

Man sieht, ich habe recht häufig nachgeladen:  zum einen mangels Erfahrung mit der praktischen Reichweite des Tesla, zum anderen aus Misstrauen, ob die Supercharger wirklich alle in Betrieb sind und funktionieren. Sie waren es, sie funktionierten und fast immer war ich dort allein. Rückwärts heranfahren – Ladeklappe öffnen – Kabel einstecken – fertig. Das ist einfacher als tanken. Die Ladestopps dauerten in der Regel ca. 45 Minuten, danach waren die Akkus jedes Mal bis auf einen kleinen Rest voll.

Am Supercharger

Am Supercharger

„Ja, aber das dauert doch immer noch viel länger als Tanken!“  Das stimmt.  Andererseits: Eine Dreiviertelstunde an der Tanke Schlange stehen, wenn man dafür das Benzin umsonst kriegt? Ich glaube, die Meisten würden da nicht lange fackeln. Denn – man muss daran erinnern – der Strom an den Tesla-Superchargern ist gratis! Und man muss noch nicht einmal Schlange stehen, sondern kann gemütlich einen Kaffee trinken oder ein Schnitzel essen, während der Tesla lädt. (Die Supercharger stehen in aller Regel auf Autohöfen neben der Autobahn – das gastronomische Angebot ist entsprechend.)

Ich habe nebenbei bemerkt auf der gesamten Reise keinen Cent für Energie ausgegeben. Einmal hat mir das Mövenpick-Hotel in Münster eine Akkuladung spendiert und einmal mein Schwiegervater – den Rest hat Tesla beigesteuert.

Reichweitenangst

Zurück zur Technik. In der zweiten Tabelle ist aufgelistet, wieviel Energie auf den jeweiligen Etappen verbraucht wurde, einmal absolut in kWh (Kilowattstunden), dann in Wh/km (Wattstunden pro Kilometer). Letztere etwas ungewohnte Einheit wird auf dem Tesla-Display angezeigt. Teilt man die Zahl durch Zehn erhält man – analog zu den üblichen Verbrauchsangaben bei Verbrennern – den Wert in kWh auf 100 km. Ganz rechts auf der Tabelle steht, wie weit ich mit diesem tatsächlichen Energieverbrauch jeweils gekommen wäre, wenn ich einen randvollen Akku völlig leer gefahren hätte. Der Durchschnittswert liegt bei knapp 400 km.

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400 km sind also die tatsächliche Reichweite des Tesla S 85, wenn man mit ca. 120 km/h deutsche Autobahnen entlang fährt.  Mit einem kleinen Sicherheitspolster kann man bei der genannten Fahrweise verlässlich 350 km Reichweite einplanen.  Ein weiteres Mal wird deutlich, was für ein grotesker Unsinn der Reichweiten-„Test“ war, den die Zeitschrift „Auto Motor Sport“ (ams)  im Sommer 2014 veröffentlichte. Die Temperatur auf meiner Tour lag meist zwischen 5 °C und 10 °C,  ich musste also durchweg etwas heizen. Bei großer Hitze wird die Reichweite etwas sinken, weil die Klimaanlage viel Energie verbraucht – aber niemals so viel, wie sie das  tun müsste, wenn man „ams“ Glauben schenken würde.  Das wurde auf sehr eindrucksvolle (und sehr richtige!) Weise im Blog „Nie mehr Benzin“ vorgerechnet.

Gegen irrationale Reichweitenangst hilft auch, dass einem der Tesla kontinuierlich in einem leicht verständlichen Diagramm den aktuellen Energieverbrauch (unter Berücksichtigung aller Verbraucher) und die daraus abgeleitete Restreichweite anzeigt. So merkt man rechtzeitig, wenn es knapp wird, kann die Geschwindigkeit reduzieren, und die Reichweite verlängern. Just während ich unterwegs war, hat Tesla in dieser Hinsicht noch wesentliche Verbesserungen angekündigt.

Wirkungsgrade

Im Durchschnitt hat das Auto bei meiner Reise 21,5 Kilowattstunden auf 100 km verbraucht. Wieviel ist das eigentlich, wenn man es mit einem Verbrenner vergleicht? Das lässt sich errechnen: Ein modernes Oberklasse-Auto mit Dieselmotor, das vom Komfort mit dem Tesla vergleichbar ist – sagen wir ein BMW der Fünferreihe – verbraucht bei meiner moderaten Fahrweise vielleicht 7 l Diesel auf 100 km.

Diesel ist ein toller Energiespeicher, in einem Liter sind 10,5 kWh Energie enthalten![1]  Der Verbrenner verbraucht auf 100  km mithin 73,5 kWh Energie, also mehr als drei Mal soviel wie der Tesla! (Anders ausgedrückt: Die 85 kWh-Batterie des Tesla speichert nur etwa soviel Energie wie in 8 l Diesel enthalten ist.)

Wieso aber kommt der Tesla mit dem Äquivalent von 8 l Diesel fast 400 km weit? Nun, der Hauptgrund ist der vergleichsweise katastrophale Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Auch der beste Verbrenner (das ist heute ein moderner Turbodiesel) setzt kaum mehr als 40% der im Kraftstoff gespeicherten Energie in Vortrieb um. Der Rest wird als Abwärme durch den Auspuff oder über das Kühlwasser an die Luft abgegeben. Beim E-Motor ist der Wirkungsgrad mehr als doppelt so hoch, er liegt bei rund 95 %. Damit wäre erklärt, dass der Verbrenner gut die doppelte Energiemenge verbraucht.  Aber die dreifache?

Ein wenig macht es sicher aus, dass der Tesla aerodynamisch konsequent optimiert ist. [2] Das reicht aber nicht als Erklärung. Wo kommt der Rest her? Es gibt nur noch eine ebenso plausible wie nahe liegende Möglichkeit: Die Energie-Rekuperation. Wenn man ein Elektroauto verzögert – also den Fuß vom Fahrpedal nimmt – wird von Energieverbrauch auf Rückgewinnung geschaltet. Ein nicht unerheblicher Teil der Energie, die man zum Beschleunigen oder Bergauffahren verbraucht hat, wird auf diese Weise zurückgewonnen, wenn man verzögert oder bergab fährt. Wenn nun der Wirkungsgrad der Rekuperation ähnlich hoch ist wie der des Antriebs, müsste die Batterie fast nur zur Überwindung des Luft- und Rollwiderstands netto Energie abgeben.

Rekuperation

In der dritten Tabelle habe ich überschlägig berechnet, ob das hinkommen kann. Oben steht die Energie, die Diesel-BMW einerseits und Tesla andererseits bei gleicher Fahrweise auf 100 km verbrauchen. Davon gehen der Verlust im Motor, der Roll- und der Luftwiderstand ab, die sich beide relativ leicht berechnen lassen. Der Tesla ist danach fast auf Null, beim BMW steht noch ein Rest von 7 kWh[3].

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Es ist ziemlich naheliegend, dass dieser Rest verbraucht wird, wenn der BMW bergauf fährt oder beschleunigt wird. Der Tesla braucht natürlich zum Beschleunigen und Bergauffahren auch Energie, aber im Gegensatz zum BMW bekommt er beim Bremsen und Bergabfahren den größten Teil davon wieder zurück in die Batterie.

CO2-Fußabdruck

Wir können also festhalten: Das Elektroauto verbraucht bei gleichem Komfort und gleicher Fahrweise nur knapp ein Drittel der Energie, die der Pkw mit Verbrennungsmotor verbraucht. Bei dieser Betrachtung bleibt aber unberücksichtigt, dass ein (noch) erheblicher Teil der elektrischen Energie, die der Tesla verbraucht, zuvor aus fossilen Energiequellen gewonnen wurde. Beim gegenwärtigen Energiemix in Deutschland kommen nur 28% aus erneuerbaren Energiequellen, 16% noch aus Atomkraftwerken und der Rest aus fossilen Energieträgern, v.a. Braunkohle, Steinkohle und Erdgas.

Schlagen wir die Kernenergie (technisch unzutreffend aber politisch richtig) den Fossilien zu, wird der Strom für unser Elektroauto noch zu 72% aus fossilen Energieträgern gewonnen. Den mittleren Wirkungsgrad der Wärmekraftwerke schätze ich auf 44%.

Der Diesel-Pkw wird demgegenüber zu mindestens 93% mit fossilem Brennstoff angetrieben[4]. In der folgenden Tabelle werden einerseits die Leitungsverluste beim Transport des Stroms und Laden der Batterie und andererseits der Aufwand für die Herstellung von Diesel aus Rohöl und dessen Transport vernachlässigt.

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Wir sehen: Selbst bei einer Betrachtung tendenziell zugunsten des Verbrennungsmotors produziert das Auto mit Elektromotor schon beim heutigen (unzureichenden) Anteil an erneuerbaren Energien nur gut die Hälfte der CO2 – Menge eines vergleichbarer Verbrenners. [5]

Leichtbau

Wenn die Wirkung der Energierekuperation wirklich so wichtig ist, wie meine Berechnungen anzuzeigen scheinen, folgt daraus noch etwas anderes: Der Riesenaufwand, der getrieben wird, um Elektroautos so leicht wie möglich zu bauen[6], könnte übertrieben sein. Klar, die Batterien sind höllenschwer. Aber das Gewicht – physikalisch korrekter:  die Masse – eines Fahrzeugs steigert den Energieverbrauch nur beim Beschleunigen oder Bergauffahren. Luftwiderstand und Rollwiderstand sind hingegen von der Fahrzeugmasse unabhängig[7]. Wer beschleunigt, bremst auch wieder und wer den Berg hinauf gefahren ist, fährt ihn irgendwann auch wieder herunter. Wenn also ein Großteil der Beschleunigungsenergie wieder rekuperiert werden kann, spielt es keine große Rolle, ob ein Fahrzeug etwas schwerer oder leichter ist. Es ist also durchaus die Frage, wieviel Energie- und Kostenaufwand sich wirklich lohnt, um ein Elektroauto leichter zu machen.  Letztlich hängt das vom Wirkungsgrad der Rekuperation ab. Belastbare Zahlen dazu habe ich auf die Schnelle nicht gefunden. Theoretisch wäre sicher ein ähnlicher Wirkungsgrad möglich wie beim Antrieb. Aber um reale Werte zu erhalten, müsste man das wohl messen.

Vielleicht beim nächsten Mal.

 

[1] Wer‘s nicht glaubt, möge „Energiedichte Diesel“ googeln.

[2] Tesla gibt einen Luftwiderstandsbeiwert von 0,24 an. (Zum Vergleich: Porsche Panamera 0,29)

[3] Diese Rechnung ist sehr überschlägig; tatsächlich ist die errechnete Differenz wohl zu groß. Wenn ich von einem etwas geringeren Verbrauch des BMW ausginge, würde der Rest viel kleiner. Aber ich  denke, das Prinzip wird deutlich.

[4] Wenn man von 7% „Biodiesel“-Anteil ausgeht.

[5] Dieser Absatz wurde am 10.12.2015 aktualisiert. Man hatte mich zurecht auf einen Fehler hingewiesen. Ich hatte den Wirkungsgrad der fossilen Kraftwerke unberücksichtigt gelassen.

[6] Z.B. bei der Carbonfaser-Karosserie des BMW i 3

[7] Genau genommen ist der Rollwiderstand nur fast davon unabhängig – das fällt aber bei meinen überschlägigen Berechnungen nicht ins Gewicht.

Auf dem Sprachfluss zu Berg

Kopf, Kristin: Das kleine Etymologicum. Eine Entdeckungsreise durch die deutsche Sprache. Stuttgart (Klett-Cotta) 2014

„Geil“ hatte in meiner Jugend – ich schätze so bis Ende der 1970er Jahre – eine rein sexuelle Bedeutung. Heute heißt es in den meisten Zusammenhängen nichts anderes als etwa „toll“ oder „super“. Ein Beispiel für Bedeutungswandel, den ich selbst bewusst mitbekommen habe. Wobei „toll“ ja ursprünglich so viel hieß wie „dem Wahnsinn verfallen“- eine Bedeutung, die  heute so gut wie verschwunden ist.

Aber … was heißt hier eigentlich ursprünglich?  Bis ins neunzehnte Jahrhundert  (und das habe ich nun aus dem Buch gelernt!) hieß „geil“ nämlich soviel wie „lustig, fröhlich, übermütig“ und Zeitgenossen beklagten, wie das Wort durch die sexuelle Aufladung seine Unschuld verloren habe.

Ein Wort bleibt gleich und ändert seine Bedeutung. Ein Wort behält seine Bedeutung, verändert sich aber in Aussprache und Schreibweise. Oder alles beides ändert sich im Lauf der Zeit. Niemand spricht heute noch so wie Goethes Zeitgenossen, aber verstehen würden wir uns noch. Noch ein paar hundert Jahre früher, und es würde schon schwerer für deutsch sprechende Zeitreisende.

Das verschieben sich Laute, da werden ganze Wörter zu Endungen degradiert, Endungen verselbstständigen sich zu eigenen Wörtern, fremde Wörter wandern ein und werden heimisch, Wörter veralten und sterben aus … In der Sprachgeschichte ist richtig was los. Wenn man  nur ein wenig darüber erfährt, wird klar, was für ein naives und zum Scheitern verurteiltes Unterfangen es ist, einen bestimmten Sprachzustand einfrieren und als für immer richtig definieren zu wollen, sprich eine Sprache zu „schützen“. Wenn eine Sprache gesprochen wird, lebt sie. Und was lebt, verändert sich.

Sprache wird geprägt von gesellschaftlichen Verhältnissen. Und wo eine Wirkung ist, ist auch eine Wechselwirkung. Es ist also nicht unbedingt eine dumme Idee, wenn man versucht eine erwünschte Veränderung zu fördern, indem man die Sprache ein wenig verändert. Das macht auch Kristin Kopf. Sie verwendet bei Gruppenbezeichnungen zufällig verteilt mal die männliche, mal die weibliche Form. Anfangs stutzt man gelegentlich  („Die Vandalinnen haben Rom verwüstet? Wieso das denn? Und was haben ihre Männer währenddessen gemacht?“) aber nach einer Weile ist man daran gewöhnt und es liest sich viel flüssiger und eleganter als Texte, die mit Schrägstrichen, großen Is oder Gendersternchen durchsetzt sind. Und es kommt insgesamt der Wahrheit näher, als wenn nur die männlichen Formen benutzt werden: Denn natürlich haben die Frauen am Sprachwandel genauso mitgewirkt wie die Männer.

Überhaupt merkt man der Autorin an, dass sie ihr Thema liebt. Sie spielt selbst gerne mit der Sprache, assoziiert, hüpft von einem Thema zum anderen, dass es eine Freude ist. Sehr hübsch ist die Flussmetapher, mit der zu Anfang die Sprachentwicklung beschrieben wird. Und sie wirft das Flussbild auch gerade noch rechtzeitig über Bord, bevor der Kahn völlig auf Grund gelaufen ist.

Das Buch richtet sich offensichtlich nicht an Sprachwissenschaftlerinnen sondern an interessierte Laien. Ich habe damit Spaß gehabt und viel gelernt.

Bank-Kapitalismus

Dieser Tweet hat getan, was gute Tweets können: Mich zum Nachdenken angeregt. Fünf Minuten Googeln hat zwar ans Licht gebracht, dass die Aufregung twittertypisch ins Leere geht; denn bei der Nagel-Bank handelt es sich um ein Kunstobjekt, das schon sechs Jahre alt ist.

Der Künstler aber hat den Nagel (hehe) auf den Kopf getroffen: Er demonstriert mit seiner Installation, dass unsere Wirtschaftsordnung (vulgo: der Kapitalismus) ununterbrochen neue Bereiche seiner Logik unterwirft, d.h. zur Ware macht. Weil das intuitiv den meisten Menschen mehr oder weniger klar ist, konnten sich ja auch so viele vorstellen, dass die kostenpflichtige Parkbank tatsächlich von einem findigen Unternehmer aufgestellt wurde.*

Die Nagelbank  ist aber noch in anderer Hinsicht ein schönes Bild für den Kapitalismus. Bleiben wir mal bei der Vorstellung, ein Kapitalist  habe sie aufgestellt, um Profit zu machen. Die Bank ist ja nicht nur eine Nagelbank, es ist auch eine Bank – also ein nützlicher Gegenstand. Um seines Profites willen hat der Unternehmer also etwas Nützliches geschaffen (ok, schaffen lassen), das es ohne seine Profitgier nicht gäbe. Das kapitalistische Wirtschaftssystem ist in der Tat unübertroffen darin, Reichtümer zu schaffen. Mit den Worten eines deutschen Philosophen des 19. Jahrhunderts: Es entfaltet die Produktivkräfte. Aber gewaltig.

Und noch etwas erzählt uns die Nagel-Bank. Wenn man ein wenig darüber nachdenkt, kommt man leicht zum Schluss, dass die Technik, die dafür sorgt, dass die Nägel nur gegen Cash verschwinden, viel aufwendiger und teurer sein dürfte als der ganze Rest der Parkbank. Das ist die andere Seite des Kapitalismus: Um die Profite zu sichern, bedarf es eines gewaltigen Kontrollapparats, der so teuer und unproduktiv ist, dass es manchmal schon groteske Züge annimmt. Der Zwang, die Eigentumsverhältnisse zu sichern, steht einer weiteren Produktion nützlicher Dinge –  der Kapitalismus also sich selbst – im Wege.

Ein gelungenes Kunstwerk.

*Mittlerweile soll es sowas irgendwo in China tatsächlich geben. Ich habe das nicht weiter geprüft.

Energie!

Das ist der dritte Teil meiner Elektroauto-Trilogie. Im ersten Teil ging es darum, dass E-Motoren ideale Fahrzeugantriebe sind, im zweiten Teil um das Reichweitenproblem, und hier geht es jetzt um’s Große Ganze:

Wenn wir alle Pkw durch Elektrofahrzeuge ersetzen würden, wieviel zusätzliche Elektrizität wäre dafür nötig? Alle Pkw in ganz Deutschland fahren pro Jahr zusammen ungefähr 600 Milliarden km [1].  Gehen wir jetzt mal von einem fortschrittlichen E-Auto aus wie dem Tesla S. Der kommt mit den 85 kWh (Kilowattstunden), die er in seinen Akkus speichern kann, rund 400 km weit. Er braucht folglich ca. 21 kWh auf 100 km. Um mit Teslas die gesamte Fahrleistung aller Pkw in Deutschland zu erbringen, wären damit  jährlich 127,5 Mrd. kWh zusätzlich notwendig. [2]

Darunter kann man sich wenig vorstellen; darum habe ich es in Fußballfelder Kohlekraftwerke umgerechnet: 15 zusätzliche Kohlekraftwerke mit je 1 GW (1 Gigawatt, 1 Million Kilowatt) Leistung  müssten dafür das ganze Jahr mit Volllast gefahren werden. Oder es müssten gut 12.000 neue Windkraftanlagen errichtet werden (dass der Wind nicht immer gleichmäßig bläst, wurde bei dieser Schätzung berücksichtigt). Etwa 24.000 Windräder stehen bei uns schon rum. Nochmal die Hälfte müsste also dazu kommen. [3]

Mir kommt das nicht besonders utopisch vor. Ein innovatives und leistungsfähiges Industrieland sollte in einen Zeitraum von 10 bis 20 Jahren diese zusätzliche Kapazität eigentlich schaffen können. Natürlich ist es wünschenswert, den größten Teil des zusätzlich benötigten Stroms wirklich mit erneuerbaren Energien zu produzieren, also vor allem mit Wind und Sonne.

Und da haben wir wieder ein Problem: Wind und Sonne sind bekanntlich nicht immer gleich stark. An einem windigen, sonnigen Junitag blasen sie soviel Strom ins Netz, dass die Versorger nicht wissen, wohin damit; und in einer frostigen, windstillen Winternacht ist Sendepause. Meist ist aber in der Nacht eher zuviel Strom da, weil weniger gebraucht wird und der Wind trotzdem bläst. Erneuerbare Energien brauchen als notwendige Ergänzung leistungsfähige Speicher, damit die Schwankungen ausgeglichen werden können.

Das Schöne ist, dass Elektroautos zusammen mit dem Problem auch gleich einen Teil der Lösung liefern: Elektrofahrzeuge sind nämlich von Haus aus mit Stromspeichern ausgerüstet. Nur ein Bruchteil der existierenden Fahrzeuge ist jeweils auf den Straßen unterwegs. Der Rest steht irgendwo rum und ein Gutteil davon wird am Ladekabel hängen – vor allem nachts, viele aber auch tagsüber, z.B. am Arbeitsplatz. Wenn also gerade (zu) viel Strom im Netz ist, lässt der sich zu einem kleinen Preis in die Fahrzeug-Akkus drücken. Und eine Schwankung nach unten kann das Netz ausgleichen, indem es die Akkus wieder ein wenig anzapft [4]. Damit das funktioniert, und man am Morgen nach einer windstillen Nacht nicht vor einem Auto mit leerem Akku steht, bedarf es natürlich einer intelligenten Steuerung; das Stichwort heißt smart grid. Da es mobiles Internet schon gibt, ist das alles ohne gigantische Investitionen machbar. Vorschläge dazu, die derzeit auch schon praktisch erprobt werden, macht z.B. die Berliner Firma ubitricity. (Man hat dort auch ein Konzept entwickelt hat, wie städtische Laternenparker an Strom für ihre Elektrofahrzeuge kommen.)

Fazit: Elektroautos sind Verbrennern technisch überlegen, das Reichweitenproblem ist praktisch gelöst, und die E-Mobile tragen mit ihren Speichern auch noch dazu bei, dass man Strom umweltfreundlicher produzieren kann. Mit überschaubaren Investitionen in die Infrastruktur steht dem Durchbruch der Elektrofahrzeuge nichts mehr entgegen. Ich freu‘ mich schon!


[1] Quelle: http://www.diw.de/documents/publikationen/73/diw_01.c.411737.de/12-47-1.pdf

[2] Zum Ausgleich würden am Ende ca. 45 Milliarden Liter Kraftstoff pro Jahr weniger verbrannt; das ist der Inhalt von 1,5 Millionen Tanklastzügen.

[3] Zum Nachrechnen habe ich hier die Zahlen zusammengestellt.

[4] Etwas mehr darüber findet sich z.B. bei utopia.de

Plopp!

Warum man Autos prinzipiell am besten mit einem Elektromotor antreibt, habe ich schon beschrieben. Das haben auch Pioniere des Automobilbaus bereits so gesehen, nicht zuletzt Ferdinand Porsche.

Dennoch sind – von wenigen Nischen abgesehen – elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge für rund 100 Jahre aus dem Straßenbild und aus dem Bewusstsein der Ingenieure verschwunden. Und nicht wegen einer Verschwörung der Ölproduzenten, sondern aus einem einfachen technischen Grund, der sich in einem einzigen Begriff zusammenfassen lässt: Energiedichte.

Die Energiedichte wird üblicherweise in kJ/kg (Kilojoule pro Kilogramm) angegeben. Sie beschreibt die Menge an Energie (=gespeicherter Arbeit) die man in einem Kilogramm eines Energiespeichers unterbringen kann. Die Energiedichte der im Jahre 1900 von Ferdinand Porsche verwendeten Bleiakkus liegt bei gut 100 kJ/kg. Die Energiedichte von Dieselkraftstoff beträgt hingegen 45.400 kJ/kg, also das 454fache! Ein bisschen relativiert sich das durch den Wirkungsgrad, der beim E-Motor ca. 95% beträgt und bei einem modernen Dieselmotor nur etwas mehr als  40%. Weil der E-Motor der bessere Futterverwerter ist, muss ich für ihn nur halb so viel gespeicherte Energie mitnehmen, um die gleiche Arbeit leisten zu können. Noch immer ist die Reichweite mit Verbrennungsmotor und 50 kg Treibstoff aber mehr als 200 mal so lang wie mit Elektromotor und 50 kg Bleibatterien.

Wenn ich ein Auto habe, das mit Dieselmotor bei konstant 100 km/h  z.B. 5 l/100 km verbraucht, komme ich mit einer 50 kg schweren Tankfüllung (ca. 60 l) etwa 1200 km weit. Wenn ich in das gleiche Auto einen E-Motor einbaue, schaffe ich mit meinen 50 kg Bleiakkus hingegen nur sechs Kilometer! Kein Wunder, dass sich Verbrennungsmotoren durchgesetzt haben.

Ein moderner Lithium-Polymer-Akku bringt es immerhin schon auf eine Energiedichte von 540 kJ/kg, also mehr als das Fünffache des Bleiakkus. Das relativiert den Reichweitenvorteil des Verbrenners etwas, der Abstand bleibt jedoch beeindruckend.

Aber es geht weiter. Elektromotoren sind leichter als Dieselmotoren und nehmen weniger Platz weg. Was wir da an Raum und Gewicht einsparen, füllen wir doch gleich mal mit zusätzlichen Akkus auf! Von Vorteil ist dabei, dass man die Akkus im Gegensatz zum Motor beliebig im Fahrzeug unterbringen kann. Am besten, man packt sie ganz nach unten, das senkt den Schwerpunkt, was fahrdynamisch sehr von Vorteil ist. Nehmen wir also noch ein paar Kilo Akkus mehr mit. Am Ende haben wir dann z.B.  400 kg Hochleistungsbatterien an Bord, ohne dass unser Auto dadurch enger oder unbeweglicher geworden wäre als mit dem Dieselantrieb. Das verachtfacht unsere Reichweite nochmal. Die wächst damit- rein rechnerisch im obigen Beispiel bleibend – auf immerhin rund 250 km. Jetzt wird’s doch langsam interessant!

Jetzt pfriemeln die Ingenieurinnen noch ein bisschen am Fahrwiderstand rum. Vor allem den Luftwiderstandsbeiwert kann man beim Elektrofahrzeug minimieren, weil man ohne den massiven Motorblock mehr gestalterische Freiheit hat und keine großen Lufteinlässe für die Kühlung vorsehen muss. Außerdem konsequenter Leichtbau bei der Karosserie. Die Kilos, die man dabei einspart, werden flugs wieder mit Akkus aufgefüllt. Und so weiter. Und irgendwann sind wir bei einem modernen Oberklasse-Elektrofahrzeug wie dem Tesla S, der mit seinen 440 kg schweren Akkumulatoren  eine realistische Reichweite von ca. 400 km hat. Das ist fortgeschrittene Automobiltechnik! Dagegen sehen S-Klasse, Panamera und Siebener richtig alt aus.

Mit ziemlicher Sicherheit wird es gelingen, die Energiedichte der Akkus noch weiter zu steigern. Und Tesla* hat schon die ersten Schnellladestationen in Süddeutschland aufgestellt und plant viele weitere in ganz Europa. Damit dauert es nur noch eine halbe Stunde, die Batterien zu laden. So langsam kommt die  Sache ins Rollen. Oder, um auf das schöne Popcorn-Gleichnis in diesem Referat Bezug zu nehmen: Es hat „Plopp!“ gemacht. Aber gewaltig.

(Und wo soll nun der ganze Strom für die Elektrofahrzeuge herkommen? Dazu habe ich mir auch ein paar Gedanken gemacht.)

*von denen ich – leider – für diesen Blogpost nicht bezahlt werde.