Die Technologie von Tesla Motors
Ein Beitrag von Christoph Senz
Im letzten Artikel habe ich mich mit der Geschichte der Elektromobilität, sowie den Anfängen der Firma Tesla Motors befasst. Im Folgenden wird es um deren Technologie gehen.
Das Herzstück - der Akku
Tesla setzt schon seit dem „Roadster“ auf die sogenannten „18650“-Akkus von Panasonic. Die Bezeichnung stammt von den Abmessungen der einzelnen Akkuzelle, die 65 mm lang ist und einen Durchmesser von 18 mm hat. Im 2007 vorgestellten Tesla Roadster besteht das gesamte Akkupaket aus 6.831 Zellen, die etwa 408 kg wiegen. Ursprünglich wurde diese Akku-Bauform in Laptops eingesetzt. Beim Roadster ließ sich die Zellchemie nicht eindeutig recherchieren. Manche Quellen sprechen von Lithium-Kobalt-Oxid, andere von Lithium-Mangan-Oxid als Kathodenmaterial sowie Graphit als Anodenmaterial. Im Roadster haben die Zellen eine Spannung 3,6 V und liefern 2,2 Ah was bei 6.831 Zellen einer gespeicherten Energie von rund 56 kWh, oder dem Äquivalent von rund 5 Litern Superbenzin entspricht.
Für das Model S wurde nach Aussagen von Elon Musk die Batteriezelle, die immer noch die Form „18650“ besitzt, gemeinsam mit Panasonic (die Anteile an Tesla halten) weiterentwickelt. JB Straubel, seines Zeichens technischer Leiter bei Tesla sagt bzgl. der Zellchemie der im Tesla Model S verwendeten Akkus folgendes:
We use a nickel-cobalt-aluminum (LiNiCoAlO2) lithium-ion chemistry for our battery cathode material. We don’t use a titanate, which has about half the energy density but is generally good at high charge rates. Some start-ups are using metal oxides; we fall broadly in that category. At this point we really have heavily customized that cell. We’ve totally custom-engineered that cell working jointly with Panasonic to create. It’s an automotive cell, tested to automotive standards. It doesn’t go into laptops anywhere. What keeps us in that general shape and size is the production and cost efficiency. We’re seeing price points that none of the larger-format cells are able to meet.
Tesla nutzt also Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid als Kathodenmaterial. Und es ist viel zu kurz gegriffen, wenn in der Presse von „billigen“ Laptop-Akkus die Rede ist. Die Akkus werden in Zusammenarbeit mit Panasonic speziell für Tesla modifiziert und haben außer ihrer Bauform nichts mit Laptop-Akkus zu tun. Von diesen Zellen hat der 85-kWh-Akku im Model S 7.104 Stück. Die Zellen haben jeweils eine Spannung von 3.7 V liefern aber schon erstaunliche 3,1 Ah. Hier ein interessanter Test der Panasonic NCR18650B. Dabei wird der Fortschritt in der Batterietechnologie deutlich. Die 85 kWh verleihen dem Fahrzeug im NEDC (New European Driving Cycle) eine Reichweite von erstaunlichen 502 km. Setzt man realistischere Fahrstile an, so beträgt die Reichweite immer noch rund 300 – 350 km. Der von einem amerikanischen Tesla-Fahrer bisher veröffentlichte Rekord liegt sogar bei 650 km. All dies sind Werte, die von keinem einzigen anderen Autohersteller auch nur ansatzweise erreicht werden. Ende Februar ging die Verlautbarung durch die Presse, dass Tesla in den USA (nicht in Asien!) die größte Akku-Fabrik der Welt errichten will. Sie soll mehr Akku-Kapazität liefern können, als alle anderen Fabriken der Welt zusammen. Dadurch sollen Skalen-Effekte entstehen, wodurch der Preis für Batterien soweit fallen soll, dass die heute noch bestehenden ökonomischen Nachteile des Elektroantriebs gegenüber Verbrennungsmotoren kompensiert werden sollen. Die Fabrik soll zu 100% mit erneuerbaren Energie betrieben werden und auch das Recycling der Altakkus umfassen. Diese Strategie ist nicht ganz ohne Risiko, da das Rennen um die beste Akku-Technologie noch längst nicht entschieden ist. Ein aktueller Artikel im "Spektrum der Wissenschaft" beleuchtet die verschiedenen Entwicklungspfade bei Akkus. Demnach sind selbst Akkus, die eine vergleichbare Energiedichte mit Benzin haben, theoretisch vorstellbar.
Dennoch stellt Tesla mit diesem Plan die Automobilwelt ganz gehörig auf den Kopf, und dürfte in den Vorstands- und Entwicklungsetagen der deutschen Autohersteller heftige Kopfschmerzen bereiten, auch wenn diese das nicht zugeben wollen. Bemerkenswert ist auch, dass Tesla heute schon die Technik für die elektrische Version der Mercedes B-Klasse liefert. Über die Auswirkung auf die deutsche Automobilindustrie wird es noch einen gesonderten Artikel geben.
Erstaunliche Garantien für die Batterie:
Zunächst fällt auf, dass Tesla mit erstaunlichen Garantien für die Akkus aufwartet. Beim Model S lauten diese wie folgt:
• 4 Jahre oder 80.000 Kilometer Neuwagengarantie, je nachdem was als Erstes eintritt.
• Die 85-kWh-Batterie hat eine Herstellergarantie von 8 Jahren bei unbegrenzter Kilometerzahl.
Das Argument der fehlenden Standfestigkeit der Batterien dürfte angesichts dieser Garantien obsolet sein. Schon heute gibt es Tesla Roadster, die Fahrleistungen von deutlich mehr als 150.000 km haben, und deren Akkukapazität sich immer noch oberhalb von 80% befinden. Interessant daran ist, dass Tesla Gründer Elon Musk sich von Anfang Gedanken gemacht hat, was mit den Akkus passieren soll, wenn Sie für den Einsatz in Autos zu schwach werden. Denn wenn die Ladekapazität unter 80% gesunken ist, was nach etwa 800 bis 1000 Ladezyklen der Fall sein dürfte, ist der Akku z.B. bei großer Kälte nur noch recht eingeschränkt nutzbar. Musk hat vor, den gebrauchten Akkus ein zweites Leben zu schenken. Denn für eine stationäre Nutzung, beispielsweise als Solarstromspeicher in einem Keller eines Hauses, bei konstanten Temperaturen, sind die Akkus noch allemal geeignet. Zu diesem Zweck will Musk die Akkus mit seiner Firma "Solarcity" neu konfigurieren. Vattenfall und BMW wollen ähnliches in Europa mit den Batterien des BMW i3 machen. Allerdings sind beim sogenannten "Second life" auch noch viele technische und ökonomische Hürden zu meistern, wie folgender Artikel beleuchtet. Technisch ist vor allem der Brandschutz in Gebäuden ein Problem. Ökonomisch ist die Restwertbestimmung schwierig, da der Alterungsprozess bei Akkus nicht linear verläuft, und theoretisch Lebenszyklusdaten über jede einzelne Zelle vorliegen müssten.
Akkurecycling
Zum Tesla-Konzept gehört es, einen geschlossenen Batterie-Recycling-Kreislauf zu etablieren. Dieser soll ein geschlossener Materialkreislauf werden, der die Herstellung der Batteriezellen, sowie das Einsetzen in die Batteriepakete, den Einbau ins Fahrzeug und schließlich die Wiedergewinnung von Rohmaterial zur Weiterverwendung beinhaltet. Vorbild ist das bereits heute etablierte Verfahren für das Recycling von bleisäurehaltigen 12V Batterien, wie sie in jedem Auto mit Verbrennungsmotor zum Einsatz kommen. Dank gesetzlicher Regulierung und praktischen Sammelstellen ist dieser Recyclingprozess heute bereits profitabel. Die amerikanische Umweltbehörde EPA schätzt, dass über 90 Prozent der bleisäurehaltigen Batterien aufbereitet werden, und dass eine typische Batterie heute schon zu 60 bis 80 Prozent aus recycelten Materialien besteht.
Tesla Motors plant (die überwiegende Mehrheit der Roadster Akkus befindet sich noch im Betrieb) das Recycling wie folgt: Bevor die Batteriepakete zum Recycling geschickt werden, kann Tesla etwa 10% (vom Gewichtsanteil) wiederverwenden, zum Beispiel das Batteriegehäuse und einige elektrische Komponenten. Der Rest der Akkus wird in Nordamerika in Zusammenarbeit mit der Firma Kinsbursky Brothers entsorgt, die etwa 60 Prozent des Batteriepakets recyceln. In Europa hat Tesla gerade eine Kooperation mit Umicore begonnen. In der Fabrikanlage von Umicore ist es möglich, die Batterien fast vollständig in wiederverwertbare Materialien aufzubereiten und dabei in sog. „Haupt- und Nebenprodukte“ zu zerlegen. Tesla erläutert diesen Prozess im firmeneigenen Blog wie folgt:
Das „Hauptprodukt“ besteht aus einem Gemisch von Kobalt, Nickel und anderen Metallen. Traditionell wird Kobalt als metallisches Pulver verwendet, um Werkzeuge zu härten oder Keramik zu pigmentieren. Umicore hat einen Prozess entwickelt, in dem das Kobalt (das wertvollste Material in unseren Batterien) zur Herstellung von LCO (Lithium-Kobalt-Oxid) verwendet wird, das wiederum an Batteriehersteller zurückgeführt wird. Der Prozess ist somit nicht nur aus Umweltaspekten besonders attraktiv, sondern bietet auch einen hohen Ertrag. Umicore ist einer der größten LCO Lieferanten für Batteriefabriken.
Das “Nebenprodukt” ist - zusammen mit der Legierung - eine umweltfreundliche Schlacke, die das in den Batterien verwendete Lithium beinhaltet. Diese Schlacke kann unter anderem als Baumaterial weiterverwendet werden. Nahezu 5 Prozent der globalen vom Menschen produzierten CO2-Emissionen entstehen bei der Produktion von Zement. Dieses Rohmaterial gegen Ersatzstoffe auszutauschen, reduziert die CO2-Emissionen, sowie den Verbrauch nicht erneuerbarer Ressourcen, beträchtlich. Dieses „Nebenprodukt“ bietet der Bauindustrie die Möglichkeit Ersatzprodukte als umweltfreundliche Alternative einzusetzen.
Besonders bemerkenswert an diesen Aussagen ist, das Kobalt das eigentliche Nadelöhr an dieser Technik zu sein scheint, und nicht Lithium! Der Kobaltanteil am Kathodenmaterial wurde aber in den letzten Jahren kontinuierlich reduziert. Dazu aber mehr in Teil 3 dieser Artikelserie.
Knackpunkt Lade- und Temperaturmanagement
Das Aufladen von Batterien kann man sich am besten wie das Auffüllen eines großen Fasses mit Wasser vorstellen – am Anfang, wenn das Fass noch fast komplett leer ist, kann es mit hoher Geschwindigkeit befüllt werden. Ist es fast voll, muss die Geschwindigkeit reduziert werden, da das Fass ja unter keinem Umständen überlaufen darf. Für die Lebensdauer des Akkus ist dabei am besten (je nach Technologie), wenn er niemals tiefentladen wird und möglichst selten komplett vollgeladen wird. Tesla löst das Problem der Tiefentladung dadurch, dass rund 10% der Akkukapazität gar nicht entladen werden kann. Das seltene komplette Vollladen des Akkus wird dadurch erreicht, dass nur für geplante Langstreckenfahrten der Akku eine „Range Charge“, also tatsächlich zu 100% vollgeladen wird. Folgende Abbildung zeigt die Aufteilung des 85 kWh Akkus aus dem Tesla Model S:
Abbildung 4: Aufteilung der Akkukapazität im Tesla Model S Quelle: Tesla Motors
Die technische Herausforderung, die Tesla bereits im Roadster gelöst, und im Model S perfektioniert hat, ist das Lade- und Entlademanagement des Akkus, sowie das Temperaturmanagement. Um die Langzeitstabilität des Akkus zu gewährleisten, muss dieser unbedingt in einem recht engen Temperaturfenster von +18°C bis +25°C betrieben werden. Dies ist sehr komplex, da dabei nicht nur die Außentemperatur eine Rolle spielt, sondern auch die beim Be- und Entladen auftretenden Ströme, die mit punktuell auftretenden sehr hohen Temperaturen verbunden sind. Ein ausgeklügeltes Heiz- bzw. Kühlsystem ist also erforderlich. Tesla löst dieses Problem durch das Umspülen des Akkus mit einer Flüssigkeit auf Wasser-Glykol Basis. Diese muss laut Serviceplan, neben der Bremsflüssigkeit, alle 2 Jahre gewechselt werden – übrigens die einzigen vorgeschriebenen Wartungselemente eines Tesla Model S.
Teslas Wunderwaffen: "Supercharging" und "Battery swap"
Beim Schnellladen der Akkus geht Tesla einen komplett eigenen Weg und setzt sich damit deutlich von anderen Herstellern ab. Das Model S kann an speziellen „Superchargern“, die Tesla gerade in ganz Nordamerika, Europa und China aufbaut, in 30 Minuten auf einen Ladestand von 80 Prozent gebracht werden. Für Besitzer der großen 85 kWh Batterie ist dies sogar komplett kostenlos. Die Energie zum „superchargen“, das, Stand Anfang 2014, mit einer Leistung von 120 kW geschieht, soll wohl zumindest bilanziell betrachtet aus Erneuerbaren Energien stammen. Der hier eingeschlagene Weg könnte sich als geschickter Schachzug erweisen. Während andere Hersteller über die mangelnde Ladeinfrastruktur für Elektroautos "jammern" und auf politische Hilfe warten, baut Tesla in erstaunlicher Geschwindigkeit eine eigene Infrastruktur auf, die ihre Fahrzeugflotte langstreckentauglich macht. In Europa gibt es (Stand Mai 2014) bereits 16 Supercharger-Stationen, davon 5 in Deutschland. Die Stationen befinden sich in der Regel an Autohöfen, bei denen in der 30 minütigen Pause etwas gegessen werden kann. Ziel von Tesla Motors ist es, Ende 2015 in Europa rund alle 200-250 km eine Supercharger-Station installiert zu haben. Damit werden (die eher seltenen) Langstreckenfahrten auch mit einem E-Auto möglich. In den USA ist Tesla diesbezüglich schon erheblich weiter. Dort gibt es bereits (Stand Mai 2014) über 80 Supercharger-Stationen. Zahlreiche Tesla Fahrer haben den gesamten Kontinent bereits mit ihrem Auto durchquert und dies stolz im Internet dokumentiert.
Marktgerüchten zufolge verhandelt Tesla Motors gerade in China, wo man seit April diesen Jahres ebenfalls an den Start geht, mit Sinopec, dem staatlichen chinesischen Ölmulti, um deren weitverteiltes Tankstellennetz mit "Superchargern" auszustatten.
Tesla Model S beim "Supercharging" in Folsom / Kalifornien Quelle: wiki commons
Die hohen Leistungen, die für das schnelle Laden benötigt werden, sind allerdings auch ein Nadelöhr dieser Technik: Sollten "nur" 100.000 Autos gleichzeitig eine derart hohe Leistung aus dem Stromnetz "ziehen", wären bereits 12 Gigawatt an Erzeugungsleistung für diese Zeiträume nötig. Zum Vergleich: Die Spitzenlast in den deutschen Übertragungsnetzen liegt bei etwa 80 GW - also der Vollleistung von 80 1-GW-Kraftwerken. 100.000 PKW entsprechen 0,25% der heutigen deutschen PKW-Flotte von über 40 Millionen PKW. In Zukunft wird „superchargen“ daher sicher mit einem Preismechanismus versehen werden, da, sollten deutlich mehr Elektroautos auf europäischen Straßen unterwegs sein, diese Art des Aufladens zu echten Netzengpässen führen könnte. Da "Supercharging" aber nur auf Langstrecken wirklich benötigt wird, wird es im Alltagsbetrieb eher die Ausnahme bleiben.
Tesla arbeitet aber nicht nur an Schnellladekonzepten der Akkus, sondern auch deren kompletten Austausch in kürzester Zeit. Eine eigentlich geniale Idee, die bereits die Firma "BetterPlace" leider vergeblich in Israel getestet hat. In folgendem Video kann man sehen, wie der Akku eines Model S in rund 90 Sek. vollautomatisch getauscht wird. Ein Audi A8 an einer Standardzapfsäule braucht rund doppelt solange zum Tanken:
[youtube H5V0vL3nnHY]
Hinweis & Zwischenfazit
Um kritischen Stimmen zu dieser Artikelserie von vorneherein zu begegnen: Ich stehe in keinerlei geschäftlichen Beziehung mit der Firma Tesla Motors. Mich begeistert lediglich deren konsequente Herangehensweise, die hervorragende Qualität und die schnelle Umsetzung von elektrischen Mobilitätskonzepten. Die Entwicklungen von Tesla Motors werden sich dabei auch in vielen anderen Bereichen positiv auswirken. Auch die Art von unternehmerischem Mut hat meinen Respekt!
Fragt euch selber mal, wer 2008, als der der Ölpreis an der 150 $ Marke gekratzt hat, gedacht hätte, dass es bereits 2012 ein rein elektrisches angetriebenes Serienauto geben würde, dass langstreckentauglich ist und alle auf dem Markt befindlichen benzin- oder dieselbetriebenen Fahrzeuge in Vergleichstests im wahrsten Sinne des Wortes "alt" aussehen lässt? Echte "Konkurrenz" hat der Tesla Model S, obwohl er bereits 2 Jahre auf dem Markt ist, bis heute nicht. Dieser Wagen hat das Potential, eine ganze Branche für immer zu verändern, ähnlich wie es das I-Phone im Smartphone-Sektor vorgemacht hat. Dabei ist vor allem das Plattformkonzept von Tesla revolutionär, da sich dadurch der Entwicklungsaufwand für neue Modelle massiv reduziert. Aber auch der Weg des Direktvertriebs über das Internet (es gibt keine Tesla-Händler) ist etwas komplett Neues und wirbelt die Branche gehörig durcheinander.
Im nächsten Artikel wird es um die Skalierbarkeit des Tesla Konzeptes hinsichtlich der verwendenden Ressourcen gehen.
Sehr feine Übersicht, Christoph. Danke für die Arbeit!
Grade frisch meldet SPIEGEL ONLINE neue Geschäftszahlen von Tesla. Die Investitionsstrategie kostet das Unternehmen erstmal ordentlich Geld. Die Absatzzahlen sind bei quartalsweiser Betrachtung auch gesunken, angeblich weil Autos noch auf Schiffen Richtung Asien unterwegs sind:
http://www.spiegel.de/wirtschaft/unternehmen/elektroautos-tesla-macht-verluste-im-ersten-quartal-a-968194.html
Bei aller Euphorie dürfen wir nicht vergessen, dass der Strom für die Batterie auch erst einmal produziert werden muss und wenn wir uns den CO2-Ausstoß (650 Gramm pro Kilowattstunde) der deutschen Stromerzeugung in ansehen, ist der elektrische Antrieb alles andere als „Klimafreundlich“
Sehr schöner Artikel. Freue mich schon auf den dritten Teil.
Hallo Herr Hoppe, wenn jemand ein Elektroauto kauft, so ist anzunehmen daß er umweltfreundlichen Strom tankt oder wie ich von meiner Photovoltaik-anlage.
Gruss Xaver
Stimmt,
im Winter muss man ja nicht unbedingt Auto fahren.
Hallo Xaver Strobel,
selbst habe ich, wie 9 Mio. andere Haushalte in Deutschland auch, einen “100% Grünstromtarif” zu Hause. Meine elektrischen Verbraucher sind demnach CO2-Neutral und trotzdem kommt bei mir, wie auch an den 150.000 öffentlichen Ladestationen auch, der Strom aus der Steckdose. Nennt sich „Strommix“. Oder erklären sie mir, wie sie 100% Ökostrom an die Ladestation bekommen wollen.
Entschuldigung, der Artikel sollte an Bernd Ahlers gehen.
Sorry
Mit freundliche Grüssen
Xaver Strobel
Ach von mr ein Dankeschön für Deine wie immer sehr sachkundigen und präzisen Darstellungen, Christoph.
Keine Frage, Tesla hat die Technologie des elektrischen Antriebs revolutioniert und auch unternehmerisch – bis jetzt – ein sehr gutes Gespür bewiesen.
Natürlich wird die Tesla-Technologie die Mobilitätsprobleme, vor denen die Menschheit steht, nicht insgesamt lösen können.
Denn da kommt das ins Spiel, was Du für Teil 3 angekündigt hast – die Skalierbarkeit bei berücksichtigung der Ressourcenbereitstellung pro Zeiteinheit.
Wenn man die Spezifik der Lithiumgewinnung und der Verteilung abbauwürdiger Lithiumvorkommen berücksichtigt, macht es schon einen enormen Unterschied aus, ob 100000 Elektroafahrzeuge pro Jahr produziert werden, oder – sagen wir – 40 Millionen, was ja nicht einmal der Hälfte aller derzeit produzierten KFZ und Nutzfahrzeuge weltweit entsprechen würde.
Selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, dass man die Menge des einesgetzten Lithiums pro Speicherenergieeinheit noch weiter absenken wird durch technologische Weiterentwicklung.
Die Probelmatik wird also nicht darin bestehen, dass es nicht genug Lithium gibt, sondern wie schnell beliebige Lithiummengen zur Verfügung gestellt werden können, also die Fördermenge pro Zeiteinheit.
Und natürlich ist die Elektromobilität auch eine Frage der Kaufkraft. Auch wenn die Preise für die Akkus durchaus noch weiter sinken werden. Denn ein Ausfall immer größerer Importölmengen für die importbhängigen Länder ab den 20er Jahren wird auch die Massenkaufkraft deutlich absenken. Der Durchschnittsdeutsche und erst recht der Durchschnittsägypter oder Pakistaner wird im Jahr 2030 ganz andere Probleme haben, als sich ein Elektroauto zu kaufen.
Aber völlig ohne sarkastischen Unterton: ich halte zum Beispiel verbesserte Elektrofahrräder für eine gute Möglichkeitm die individuelle Massenmobilität in den Öl-Habenichtsländern ab den 30/40er Jahren im Bereich von ca. 50 Kilometer Radius noch für einige Jahrzehnte aufrecht zu erhalten.
Lithium ist nicht der Weißheit letzter Schluß. Einfach mal nach Natrium Akku googeln – da ist viel in der Entwicklung, inklusive schon ersten fertigen Modellen:
http://www.heise.de/newsticker/meldung/GE-startet-Massenproduktion-von-Natrium-Nickel-Akku-1641159.html
Aber auch Natrium/Luft und andere sind in der Entwicklung. Und Natrium gibt es genug für alle.
Hallo Eulenspiegel,
die Natrium-Nickel Batterie von GE (Durathon) ist für den Einsatz in Autos leider komplett unbrauchbar. Sie hat eine betriebstemperatur von 270-350°C und muss diese permanent halten. Das kann sie nur, wenn sie permanent “am Netz” hängt. Dafür ist sie aber erstaunlich gut regelfähig (ist primärregelfähig)und skalierbar bis in den Megawatt-Bereich.
MfG
Christoph Senz
@Strom: Das erinnert mich an einen Artikel vor 2 Monaten in der Bild der Wissenschaft zum Thema Elektromobilität in Norwegen.
Als der Artikel auf die Situation in Deutschland zu kam, hieß es dass nicht nur Industrie und Autofahrerverbände Gegner eines weiteren Ausbaus wären, sondern auch Umweltverbände wie BUND, Greenpiece und Co.
Hauptgrund war die Dominanz von “unsauberen Strom” in Deutschland.
Darüber kann ich persönlich nur den Kopf schütteln. Ok, nur ca. ein Viertel des Stroms in DE ist “sauber”. aber ein Viertel ist immer noch besser als gar nichts. Und die Alternative ist wie wir wissen, dass jeder Autofahrer weiterhin einige 1000 Liter Öl pro Jahr verballert, von denen nur ca. 30-40% in Arbeitsenergie umgewandelt werden.
Was Lithium betrifft, verweise ich übrigens noch auf den sehr lesenswerten Spektrum Artikel zur aktuellen Batterieforschung, welcher Herr Senz verlinkt hat.
Der Unterschied zu „Verbrennungsmotoren“ und E-Antrieben ist, das Autos mit einem Verbrennungsmotor die „Energie“ schon im Tank haben. Der Strom für die Batterie wird dezentral erzeugt, transformiert und wieder umgewandelt. Vor der „Primärenergie“ bleibt, bevor er den E-Motor antreibt, keine 20% übrig.
Ja, genau, denn das Erdöl aus der Erde rauspumpen, in Pipelines zum Hafen pumpen, in Supertanker verladen und herumschippern, über Pipelines zu Raffinerien pumpen, dort zu Benzin verarbeiten, das dann mit Tank-LKW zur Tankstelle bringen … kostet ja Gott-sei-Dank keine Energie !
(erleichtertes Seufzen)
Da hilft nur ein direkter Vergleich der Wirkungsgrade: Wenn sie z.b. Kohlestrom nehmen, dann haben sie in einem modernen Kohlekraftwerk rund 40% Wirkungsgrad, durch Umform- und Leitungsverluste im Netz und im PKW kommen noch mal rund 90% Wirkungsgrad als Faktor dazu. Die Batterie und der Elektromotor haben je rund 95% Wirkungsgrad. Der große Verlustbringer ist hier das Kohlekraftwerk, der Gesamtwirkungsgrad beträgt rund 32%. Fahren sie hingegen mit Wind/PV-Strom, entfällt der Wirkungsgrad der Erzeugungsanlage, weil der Energieinput nichts kostet, dann schnellt der Gesamtwirkungsgrad auf rund 80% hoch. Für den Deutschen Strommix können sie damit durch gewichtetes Mitteln rund 50% Wirkungsgrad bezogen auf die Primärenergie annehmen.
Benzinmotoren hingegen haben einen Wirkungsgrad, den man mit rund 30% ansetzen kann. Es gibt für diesen Wirkungsgrad eine thermodynmische obere Grenze, weshalb hier kaum Stiegerungen möglich sind. Das klingt als wären der Beinmotor mit Kohlstrom-Elektroautos gleichauf, dem ist aber nicht so, weil der reine Wirkungsgrad des Motors nicht viel aussagt. Hinzu kommt nämlich die Energie, die für die Förderung, Transport und Raffiantion des Öls benötigt wird sowie die Eenrgieverluste beim Bremsen des Fahrzeuges (E-Autos bremsen im Generatorbetrieb und haben daher kaum Bremsverluste). Insesamt kommen sie beim Bezinauto auf ca. 20% Wirkunggrad bezogen auf die Primärenergie.
Hier mal ein Vergleich mit Kommentar in Richtung BMW. Die haben mit Ihrem i3 zwar ein nettes und flottes Auto am Markt, aber irgendwie sind die BMW-Manager doch echte Reichweiten-Schlaffies.
TESLA S
Leergewicht 2.108 kg
7.104 Zellen Gewicht 424 kg; bringen 85 kW = 4,9 kg/kW
Verbrauch ca. 25 kW pro 100 km = 340 km Reichweite
502 km Testreichweite = 17 kW pro 100 km
400 km wohl gut machbar = 21,2 kW pro 100 km
BMW i3
Leergewicht 1.270 kg
Batteriegewicht, Gewicht 230 kg; bringen 21,6 kW bzw. nutzbar 18,8 kW = 12,2 kg/kW
Verbrauch ca. 14 – 17 kW = 130 bis 160 km Reichweite
Realistisch: 128 km Reichweite = 14 kW pro 100 km
Würde BMW die Batterien von TESLA verwenden hätte der i3 bei gleichem Gewicht eine Batteriekapazität von ca. 46 kW
Die Reichweite läge dann bei ca. 335 km.
Da der Wagen so leicht ist, könnten sie auch noch 120 kg dazu packen – dann betrüge die Reichweite des i3 gut 500 km.
Warum machen die das nicht wenn sie ein Auto für 34.000 Euro verkaufen wollen?
Nun, dafür sollen die i3 Batterien angeblich eine deutlich längere Lebensdauer haben. (Nämlich 20 Jahre.)
http://adacemobility.wordpress.com/2013/10/21/batterie-experte-sven-bauer-der-tesla-akku-oder-der-im-bmw-i3-das-ist-ein-gewaltiger-unterschied/
Allerdings beträgt die durchschnittliche Lebensdauer eines PKWs laut Statistik nur 12 Jahre.
http://www.n-tv.de/auto/Zwoelf-Jahre-im-Schnitt-article247390.html
Ja, den Beitrag wegen der neuen Art von Batterien im i3 ist bekannt. Die Zeit wird es zeigen was die bessere Strategie ist.
Aber da die Hersteller ja sowieso durch die Leasing-Modelle den Zugriff behalten, sollte ein eher marktorientiertes Angebot – sprich eine hohe Reichweite, damit das E-Auto nicht nur als Zweitwagen fungieren kann – doch das Ziel eines Herstellers sein – zumindest sofern er z.Zt. überhaupt hohe Stückzahlen verkaufen will, oder!?
Es lebe der Optimismus!
Mein Elektroauto fahre ich nun im achten Jahr.
Vor drei Jahren kam die Umrüstung von Blei-, auf Lithium-Akkus – ein enorme Verbesserung was Reichweite und Energiebereitstellung anbelangt.
Verblüffend ist die Einfachheit solcher Gefährte und dadurch die Menge an technischen Komponenten – die ist sehr gering.
Da schlägt kein Herz höher, wenn die Motorhaube geöffnet wird, der Adrenalinschub bleibt aus.
Es fehlt so viel: Kein Auspuff, kein Luftfilter, kein Vergaser, kein Kath, keine Lambdasonde, kein Ölfilter, keine Zündkerzen, kein Zündverteiler, keine Lichtmaschine, kein Anlasser, kein Motorblock mit surrenden Keilriemen und den unermüdlichen Kolbenbewegungen, kein Benzintank, kein Ölmessstab, kein Ölwechsel. Irgendwie tote Hose – aus männlicher Sicht.
Aus unternehmerischer Sicht bereitet diese tote Hose erhebliches Kopfzerbrechen.
Wie sage ich es meinen Zulieferern, dass ich ihre Produkte nicht mehr brauche?
Die Elektromotoren- und Akku-Produktion allein wird das nicht auffangen können.
Das ist so, als würde man von der Kompaktleuchtstofflampe (Energiesparlampe) wieder auf die Glühbirne umsteigen, was die Komplexität angeht. Es würde zwar eine neue Branche entstehen, viele andere hätten aber große Probleme.
Sollte die Elektromobilität unterm Strich tatsächlich nicht so extrem umweltbeschädigend sein, wie die Benzin-, Gas- und Dieselkutschen, wovon ich überzeugt bin, passt dieses Konzept dennoch nicht , denn es passt nicht zu unserem Wirtschaftssystem, das Wachstum braucht – ist also ein Wachstumskiller, ab einer bestimmten Produktionszahl. Weil es einfach mit viel weniger Teile auskommt, die dann auch nie ausgetauscht werden müssen.
Das mag unser System nicht. E-Autos müssen aus gesamtwirtschaftlicher Sicht ein Nischenprodukt bleiben, sonst würgen sie die Wirtschaft ab. Und die Wirtschaft tut Alles, damit die Elektromobilität im PKW-Bereich ein Nischenprodukt für den gut gefüllten mittleren bis ganz dicken Geldbeutel bleibt.
Zu einer Querfinanzierung, wie sie es für den Smart schon immer gab, sind die Fahrzeugkonzerne im spürbaren Bereich nicht bereit. Kann ich verstehen. Wer begeht schon gerne unternehmerischen Selbstmord.
Und dennoch sehen wir in der Elektromobilität, und da schließe ich mich voll mit ein, als große Chance, obwohl wir wissen, dass sie “uns nicht retten wird”, sondern lediglich eine Endgame-Verlängerung darstellt.
Ron Patterson bringt das am Schluss seines neuesten Beitrags sehr schön auf den Punkt. (Ein Zahlenmensch, der seine Zahlen richtig deuten kann, die Konsequenzen sieht und sie auch ausspricht – mir sehr sympathisch)
http://peakoilbarrel.com/natural-resources-human-destiny/#more-2848
Unser Optimismus ist in unserer DNA evolutionär bedingt fest eingebaut – was sinn macht. Die optimistischen Menschen werden eher überleben und werden sich darin bestätigt sehen, dass sich ihr Optimismus gelohnt hat. Der Optimismus wird gefestigt und wieder von Generation zu Generation weitergegeben, bis es wieder so weit sein wird, dass das System zwar nicht überlebt, aber der Optimismus … usw., usw. …
Sehr gut geschrieben, Bruno. Dem kann ich mich anschließen.
Auch wenn ich hier immer wieder auf die kommenden großen Probleme hinweise, auch über das Thema Peak Oil hinaus (z.B. zukünftige Ernährung, Emissionen aller Art, soziale Spaltung der Menschheit, permanente Aufrüstung, bis hin zur Ausbreitung multiresistenter Keime), so bin ich doch von meinem Naturell her ein durch und durch optimistischer Mensch. Zäsuren in der Menscheitsgeschichte wird es immer wieder mal geben. Diese Einsicht mag der Bewohner der rundum-sorglos-Wohlfühlzone nicht. Aber wenn man diese schlichte Erkenntnis erst mal akzeptiert hat, dass es in der Menschheitsentwicklung nicht immer bergauf geht, sondern dass Zäsuren auch ihren Sinn haben, dann verliert man die Verlustangst und öffnet einem langfristigen Optimismus neue Türen.
Ich würde sogar sagen: die Fortschreibung der heutigen Zustände mit ihrer Übernutzung nicht nur physischer sondern oft auch menschlicher Ressourcen, mit ihrer systemischen Ungerechtigkeit, Fehlfokusserung, einer entfremdenden Hyperkomplexität usw ist keineswegs etwas für wirkliche Optimisten.
Wirkliche Optimisten vertrauen darauf, dass die Menschheit aus einer kommenden Zäsur gestärkt und vielleich ein ganz klein wenig weiser hervorgeht. Und freuen sich trotz heraufziehender Herausforderungen aus vollen Zügen ihres unendlich kostbaren, einmaligen Lebens.
Bei Pattersons Beitrag ist imo. die anschließende Diskussion zwischen ihm und Dennis Coyle interessanter.
Persönlich bin ich übrigens hier auf Coyles Seite, weil er beim Thema Demographie imo. besser informiert ist.
Die Trends, welche Coyle in seinen Graphiken beschrieben hat sind eine ganz normale Entwicklung.
Hier kann ich zum wiederholten Male nur die Bücher von Emmanuel Todd empfehlen.
http://www.weltwoche.ch/ausgaben/2009-08/artikel-2009-08-die-banker-sind.html
Ach ja, und weil diese Diskussion wieder mein Interesse an der Demographie geweckt hat, bin ich gestern auf diesen Artikel hier gestossen.
http://www.wsj.de/article/SB10001424127887323734304578545233320212320.html?mg=reno64-wsjde
Eine sehr interessante Entwicklung in den USA.
Und falls hier etwas mehr Zeit habt:
http://www.craigwilly.info/2013/07/07/emmanuel-todds-linvention-de-leurope-a-critical-summary/
Eine sehr gute Zusammenfassung von Todds Theorie der Modernisierung.
Weniger produzieren ist doch super!
ich bin komplett dafür – all der Fortschritt und die Verbesserungen müssen doch letztendlich dafür sorgen das wir mit weniger, das besser ist und länger hält auskommen.
Bei einer konstanten Bevölkerung muss es bei Steigerung der Effektivität und Effizient zu einer Abnahme des BIP kommen – alles andere wäre Ineffizienz und absurde Verschwendung. Natürlich ist es so, das dann auch die Summe der Unternehmer nie mehr das Kapital einnehmen können das Sie vorfinanziert haben…. und das heißt das sich unser gesamten System umkrempeln muss – Postwachstumsökonomie eben.
Aber das passiert sowieso… spätestens wenn die Leute.. ähmmm die Konsumenten… wegsterben..
Weniger produzieren ist zwar schön, aber was ist mit weniger Arbeitsplätzen?
Bereits jetzt ärgert sich jeder über die Arbeitslosen und Hartz IV-Empfänger, die angeblich mit durchgefüttert werden müssen – ohne dabei an das Geld der Super-Reichen heranzuwollen.
Wenn man den Reichen etwas wegnehmen will, um es den Armen zu geben, schreit jeder: Kommunismus!
Aber warum regt sich niemand auf, wenn die Reichen den Armen etwas wegnehmen und für sich behalten?
Herrjeh.
“Zunächst fällt auf, dass Tesla mit erstaunlichen Garantien für die Akkus aufwartet. …”
Die sind durchaus nicht erstaunlich:
Aus der “MODEL S
NEUWAGENGARANTIE
für die Garantieregion Europa” (P/N: 1028869-01-A REV: 1)
“Die Batterie ist, wie alle Lithium-Ionen Batterien, mit fortlaufender Dauer und Nutzung einem
graduellen Energie- und Leistungsverlust ausgesetzt. Der Energie- oder Leistungsverlust der
Batterie über die Zeit oder aufgrund oder infolge der Batterienutzung ist durch diese
Batterie-Garantie NICHT gedeckt.”
Dagegen bietet BMW eine echte Leistungsgarantie.
Dieser Müsjö Musk ist mir allzu rodbertisch ;-)
Vielen Dank auch von mir für diesen wieder einmal sehr interessanten Artikel.
Ich gehe davon aus, das den meisten regelmäßigen Bloglesern ohnehin vollkommen klar ist, dass die E-Mobilität nicht DER Rettungsanker der Menschheit sein kann.
Und unter der nach wie vor völlig unverständlichen Dogmatik der Kapitalverwertung und des dazu notwendigen ständigen Wirtschaftswachstums erst recht nicht.
Den meisten von uns hier kommt diese reine Ideologie, die auf BIP-Maximierung (mit den allmählich auftretenden Kollateralschäden für Demokratie, Frieden, Umweltzerstörung, Verschmutzung, psychische Krankheiten usw.) ausgerichtet ist, sowieso wie ein Relikt des vergangenen Jahrhunderts vor.
Aber Zitat Harald Welzer aus dem Buch SELBST DENKEN: “Auch in einem falschen System kann man sich bereits richtig verhalten”
Und so könnte man nun auch für Tesla bzw. die E-Mobilität argumentieren.
Wir brauchen nicht nur eine neue Technik sondern AUCH eine neue Kultur.
Wirtschaft, Gesellschaft, Politik…das alles muss eine eigene Evolution durchlaufen, wenn wir eine Chance haben wollen.
DANN kann die Technik auch positiv wirken.
Ganz im Sinne der Postwachstumsökonomie eben.
Wenn wir es schaffen, den kompletten ÖPNV auf E-Mobilität umzustellen und ein ausreichendes Kontingent an E-Autos (in Form von Carsharing, On-Demand oder wie auch immer) zur Verfügung zu stellen, also eine vernünftige Dichte an Autos pro soundsoviel Einwohner und das flächendeckend, dann kann uns diese Technik einen Dienst erweisen.
Wenn dann die Akkus in einer Kreislaufwirtschaft noch weiterverwendet, anschließend recycled und wichtige Rohstoffe wieder gewonnen werden, dann sind wir auf dem richtigen Weg.
Wenn der Weg aber dahin gehen soll, dass jeder auch weiterhin den Erst- und am besten noch Zweitwagen vor der Haustür stehen hat, dann kann dies nur scheitern.
Aus ökologischen, finanziellen und ressourcenseitigen Gründen.
Ich finde die ganze Entwicklung von Tesla zumindest sehr spannend, weil es eben echte Pionierarbeit ist. Deshalb freue ich mich auch schon auf den 3. Teil diese Artikelreihe.
@Christoph Senz
Vielen Dank für diesen erstklassigen Artikel – der alles was ich in dem Bereich kenne toppt.
Ich höre in meinem Umfeld viele Zweifel an Tesla: “Notebookzellen”, “Infotainment ohne Knöpfe lässt sich nicht sicher Bedienen”, etc. – aber es kommt mir immer mehr vor wie die Zeit in der die klassischen “Handybauer” Apples iPhone nicht verstanden haben. Nun ist das Bauen von Mobiltelefonen eine ganz andere Sache als die kapitalintensive Produktion von Fahrzeugen, die um ein vielfaches komplexer sind… aber Tesla scheint die Mitbewerber wirklich um ein paar Jahre abgehängt zu haben.
Nun rächt sich auch immer mehr, dass die Volumenhersteller kaum noch Alleinstellungsmerkmale haben. Die meisten der Teile und der Innovationen kommen von den Zulieferern – und die liefern eben allen zu – auch Tesla.
Weiterhin verschwendet Tesla kein Kapital mit der Teilelektrifizierung (Hybrid) – eine Fahrzeugklasse in der die deutschen Hersteller eben gerade erst antreten – und die sich nach Einschätzung von Trendforscher Lars Thompson schon nächstes Jahr erledigt hat. Tesla macht den ganzen und richtigen Schritt. Auch hat Tesla sein Infotainment wohl weitgehend selber in der Hand.
So hat Tesla zwei Kernmerkmale in der Hand:
– Die Batterietechnik – dem teuersten Modulteil des elektrifizierten Fahrzeuges
– Das ‘gewagteste’ und modernste Infotainment im Kfz-Bereich überhaupt als ein Hauptdifferenzierungsmerkmal im Innenraum.
Ich bin den Tesla noch nicht gefahren – aber das neue Mercedes S-Klasse Infotainment mit seinen zwei Displays enttäuscht massivst – weil Mercedes nichts mit der neuen Flexibilität anfängt – außer dass es schnell ziemlich langweilig aussieht. Es scheint das sich Mercedes nur an seinen deutschen Mitbewerbern orientiert, die entweder Tetris-Grafik oder hoppelnde Digitalanzeigen (BMW 7ner) bieten…. und das im Zeitalter von HD-Bildschirmen bei 7″ Tables für 200€.
Das aber die Elektrifizierung des Individualverkehrs nicht für 80 Millionen Fahrzeuge pro Jahr skalieren kann – was wird angesichts der Dimensionen von Teslas geplanter Fabrik schnell klar. Die globale Li-Akkuproduktion wird verdoppelt -und es reicht gerade mal für 500.000 Fahrzeuge. Es wäre spannend das ganze mal stofflich zu erfassen um zu wissen in wie weit die globale Förderung der entsprechenden Ressourcen ausgebaut werden müsste um Batterien für zumindest 20-40 Millionen Kfz liefern zu können. Es darf ja nicht vergessen werden – das durch die Elektrifizierung auch ganz viele Komponenten auf der anderen Seite wegfallen… so bleibt es spannend.
BP: “Der Verbrennungsmotor ist und bleibt die erste Wahl des Verbrauchers und wird das Straßenbild voraussichtlich noch mindestens in den nächsten beiden Jahrzehnten prägen.”
http://www.bp.com/content/dam/bp-country/de_de/PDFs/reden/14_05_05_Rede_Michael_Schmidt_Zeitkonferenz.pdf
“Ein geringerer Verbrauch durch Effizienzsteigerunge
n, sinkende Fahrleistungen und alternative Kraft-
stoffe sorgen dafür, dass die Ölnachfrage für den S
traßenverkehr bis 2035 anstatt um 40 Mio. Bar-
rel/day nur um 7 Mio. Barrel täglich steigen wird. ”
Ähm…wo sollen denn eigentlich diese “nur” 7 Mio. Barrel/Tag MEHR herkommen?
Synthetik-Sprit aus Wasser erzeugt (über Aufspaltung in Wasserstoff / Sauerstoff, etc.) – bzw. Fischer-Tropsch.
Alles möglich durch neue Tochtemperatur-AKW, die es dann in 2035 gibt…. gefördert über das EEG.
Ich bedanke mich auch bei Christoph Senz für diesen sehr informativen Artikel aus der Welt der Elektromobilität.
Wegen eines Kommentars im Gelben bezüglich des Preisvergleiches zwischen einer Tankfüllung und eines vollen Akkus, sollte man auf den letztlichen Preis verweisen, den man für eine bestimmte Wegstrecke zahlt.
Ein normal sparsamer Diesel verbraucht vielleicht 6 L/100 km, das wären also bei einem derzeitigen Preis von ca. 1,35 Euro pro Liter, ca. 8,10 Euro pro 100km, nur für den Treibstoff.
Wenn man beim Model S die schlechteste Reichweite von 300 km die Akkuladung für “range driving” (ohne Reserve = “Zero mile protection”) mit 75,9 kWh aus Deiner dargestellten Grafik übernimmt, kommt man auf 25,3 kWh pro 100 km (das entspricht etwa 2,5 Liter Diesel). Mit einem deutschen Endverbraucher-Strompreis von 0,25 €/kWh ergibt das einen Preis von 6,33 Euro pro 100 km.
Also ich fahr noch nen Benziner… aber von meinem 12 Jahre altem Wagen (Ein KompaktVAN) gibt es auch eine Diesel Variante… 12 Jahre alt… und schafft auch unter 5L/100km … sogar mit dem Benziner schaffe ich 5-6L auf der Autobahn (Stadt leider 7-10).
Ein Smarsamer Moderner Diesel nimmt 2,7-3,5L !!!
Nicht 6L :p siehe Spritmonitor.
[…] Peak-oil.com können Sie Teil 2 der Artikelserie von Christoph Senz über die Entwicklung und Zukunft der Elektrofahrzeuge lesen. Dieses Mal mit dem Schwerpunkt […]
[…] dem letzten Artikel sind schon wieder mehrere Monate vergangen. Und in dieser Zeit hat sich bei Tesla Motors viel […]
Gibt es eines Tages den TESLA Model S P850? Lithium-Ionen Akkus bieten derzeit eine Energiedichte von 0,12 Kilowattstunden pro Kilogramm. Parallel forscht man am Lithium- Polymer Akku, welcher etwas mehr Strom speichern kann. Lithium-Schwefel Akkus, welche entwickelt werden, erreichen eine Energiedichte von 0,35 kWh/kg. Gelänge es Zinn-Schwefel-Lithium- Akkus, welche es bisher nur im Labor gibt, günstig in Massen zu produzieren, könnte man sich über eine Energiedichte von 1,1 Kilowattstunden pro Kilogramm Akkumasse freuen. Der TESLA Model S P85 müsste dann nur noch mit ca. 77 Kilogramm Batterien bestückt sein. Derzeit sind es 700 Kilogramm Lithium-Ionen Akkus. Ausgestattet mit dem gleichen Gewicht an den zukünftigen Superakkus hätte der Elektroflitzer eine Reichweite von 4600 Kilometern, wenn man die Angaben der Reichweite von TESLA hochrechnet (502 Kilometer für den P85). Realistisch wären somit bei normaler bis sportlicher Fahrweise in Zukunft leicht über 2000 Kilometer und mehr mit einer Akkuladung möglich! Ob sich diese Speichertechnik durchsetzen wird, steht noch in den Sternen. Denkbar, dass z.B. Nano- Superkondensatoren entwickelt werden, die Strom ohne den Umweg über chemische Prozesse speichern können. Diese könnten innerhalb weniger Minuten aufgeladen werden, vorausgesetzt die Ladekapazität eines kleinen Kraftwerkes steht zur Verfügung. Bleibt zu hoffen, dass die Akkus eines P850 stabiler sein werden, als die Energiezelle eines T-850 Roboters aus dem Hollywood-Film “Terminator 3“, welche nach der Explosion eine kleine Atompilz-Wolke hinterliess…
Mfg:
Quelle:
http://live-counter.com/tesla-akku-fortschritt/
Die Aussage: “die durchschnittliche Lebensdauer eines PKWs beträgt laut Statistik nur 12 Jahre” greift viel zu kurz! Das müsste ergänzt werden durch “eines PKW mit Verbrennungsmotor”. Wegen der vielen Verschleißteile usw…
Ein E-Auto wird wesentlich länger leben, BMW denkt da – wie halt meist – ein wenig weiter…