Elektromobilität

In den letzten Jahren ist das Netz für Ladesäulen stetig ausgebaut und erweitert worden. Auch die Benutzerfreundlichkeit hat sich verbessert: Benötigte der Nutzer früher eine Ladekarte für jeden jeweiligen Säulenbetreiber, hat sich der Dschungel inzwischen gelichtet. Mittlerweile haben sich viele Anbieter in e-Roaming Netzwerke organisiert, sodass untereinander die Ladevorgänge der Nutzer abgerechnet werden können. Außerdem etablieren sich zunehmend ad-hoc-Ladeabrechnungssysteme, die den Zugriff und die Bezahlung per Smartphone-App erlauben.

Zudem ist Thüringen einen eigenen, besonders nutzerfreundlichen Weg gegangen: Beim Ausbau der Ladeinfrastruktur in Zusammenarbeit mit 32 Thüringer Energieversorgern haben sich alle Beteiligten auf ein gemeinsames System geeinigt: An allen Ladesäulen, die über das Thüringer Netzwerk entstanden sind, kann man mit derselben Ladekarte tanken. Diese Ladekarten sind bei den örtlichen Energieversorgern erhältlich, so auch bei der Stadtwerke Ilmenau GmbH.

Grundsätzlich sind Art und Dauer des Ladevorgangs hauptsächlich von der Stromquelle und dem Fahrzeugmodell bzw. Hersteller abhängig:

1. Laden an einer gewöhnlichen Haushaltssteckdose: Mit dem fahrzeugspezifischen Mode 2- Ladekabel wird das Fahrzeug an die Schuko-Steckdose angeschlossen. Bei entsprechender Absicherung kann dabei eine Ladeleistungen von bis zu 3,7 kW (230 V, 16 A) erreicht werden. Allerdings ist die Hausinstallation zumeist für diese Dauerlast nicht ausgelegt, deshalb sollte unbedingt ein Elektriker die Installation im Vorfeld prüfen. Auch dann wird generell eine maximale Ladeleistung von 2,3 kW (230 V, 10 A) an der Schuko-Steckdose empfohlen. Der Ladevorgang dauert ca. 8 bis 14 Stunden bei Fahrzeugen mit geringer Ladekapazität, Ladevorgänge für größere Elektroautos mit höheren Ladekapazitäten können über 40 Stunden dauern.
2. Mit einer Wallbox, einer Ladestation für Zuhause, ist eine Ladeleistung von 3,6 kW (Einphasenwechselstrom) bis 22 kW (Dreiphasenwechselstrom, 32 A) möglich. Je nach Fahrzeugmodell und Ausführung können Fahrzeuge eine unterschiedlich hohe Leistung aufnehmen. Die meisten Fahrzeuge können nur mit 11 kW, einige aber auch mit bis zu 22 kW laden. (Diese zusätzliche Ausstattung ist bei den entsprechenden Herstellern zumeist kostenpflichtig zubuchbar.) Deshalb sind die meisten Wallboxen auf 11 kW ausgelegt. Generell sind Wallboxen dem Laden an der Haushaltssteckdose vorzuziehen, da sie separat abgesichert sind und demnach eine höhere Sicherheit bieten.
3. Öffentliche Ladesäulen, wie sie zumeist im städtischen Bereich vorkommen, bieten eine Ladeleistung von 10 bis 22 kW. Diese AC-Ladesäulen werden mit Wechselstrom betrieben und der geladene Strom eichrechtskonform abgerechnet. Dafür ist ein Ladekabel und ein Zugang zum Abrechnungssystem z.B. über eine Ladekarte notwendig. Die Ladedauer beträgt etwa 2 bis 6 Stunden bis zum vollständigen Aufladen, Teilaufladungen sind möglich. Im Jahr 2013 hat die Europäische Kommission den Ladestecker IEC 62196 Typ 2 (kurz: Typ 2-Stecker) als europäischen Standard festgelegt.
4. An den DC-Schnellladestationen, wie sie zumeist an Autobahnen zu finden sind, ist durch den Betrieb mit Gleichstrom ein Ladevorgang mit 50 bis 350 kW möglich.  Um die Batterie vor Überspannung zu schützen, wird beim Schnellladen in der Regel die Ladeleistung bei 80% bis 90% der Kapazität gedrosselt. Innerhalb des europäischen Systems wird der Typ 2-Stecker dafür um zwei zusätzliche Gleichstrom-Steckerpole zum Combined Charging System (CCS) erweitert. Für das Laden an einer DC-Ladesäule ist also ein CCS-Ladekabel notwendig, das zumeist an den Schnellladesäulen fest verbaut ist. Ein alternatives Stecker- und Ladesystem ist das japanische CHAdeMO-System, das in Europa kaum noch vorkommt.

Um zu beurteilen, wie umweltfreundlich oder umweltschädlich ein Fahrzeug ist, darf nicht nur der direkte Schadstoffausstoß im Straßenverkehr betrachtet werden. Vielmehr sollten dafür alle schädlichen Stoffe entlang der gesamten Herstellungs-, Transport- und Wirkungskette einbezogen werden. Eine Analysemethode ist die „Well-to-Wheel“-Betrachtung („vom Bohrloch bis zum Rad“), die vornehmlich die Antriebsenergie inklusive Energieaufwand für Gewinnung, Verarbeitung, Transport und Bereitstellung bis zur Umwandlung in kinetische Energie untersucht.

In der „Well-to-Wheel“-Betrachtung (WTW) schneiden Elektrofahrzeuge hervorragend ab: So führt z.B. der ADAC-Ecotest von Februar 2019 sieben Fahrzeuge mit der Maximalbewertung von 5 Sternen auf. Davon sind sechs Fahrzeugmodelle Elektrofahrzeuge, eines ein Hybridfahrzeug. Die günstige Umweltbilanz funktioniert natürlich nur, wenn Elektrofahrzeuge möglichst mit Strom aus regenerativen Energiequellen betrieben werden. Deshalb bietet die Stadtwerke Ilmenau GmbH in ihren Fahrstromprodukten ausschließlich Ökostrom an.

Eine andere Betrachtungsmethode ist die Lebenszyklus-Analyse, bei der auch die Emissionen eingerechnet werden, die bei der Herstellung des Fahrzeugs anfallen. Wegen der energieaufwendigen Produktion der Akkus schneiden Elektrofahrzeuge hier deutlich schlechter ab. Die zusätzliche Belastung durch die Herstellung, die ein Elektrofahrzeug am Anfang seiner Lebensdauer in der Umweltbilanz schlechter dastehen lässt, amortisiert sich über die Lebensdauer des Fahrzeugs. Aktuelle Entwicklungen im Bereich der Akkuherstellung und nachhaltige Produktzyklen sorgen dafür, dass diese Anfangsbelastung immer weiter sinkt.

Für die Reichweite von Elektrofahrzeugen bzw. Fahrzeugen generell geben Hersteller einen WLTP-Wert (Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle – Weltweit harmonisierter Testzyklus für leichte Fahrzeuge) an. Dieser ist deutlich genauer als der frühere NEFZ-Zyklus. Trotzdem hängt die tatsächliche Reichweite von Elektrofahrzeugen von weiteren Faktoren wie der Nutzung elektrischer Verbraucher (z.B. Heizung/Klimaanlage), der jeweiligen Außentemperatur und vor allem vom persönlichen Fahrverhalten ab. In Praxistests verschiedener Anbieter erzielen Elektrofahrzeuge  durchschnittlich etwa 80 % der im WLTP-Zyklus angegebenen Reichweite. Besonders in kalten Monaten müssen Nutzer zusätzlich mit einem Reichweitenverlust von 10 % bis 30 % rechnen.

Die absolute Strommenge, die bei steigender Anzahl von Elektrofahrzeugen mehr benötigt wird, stellt mittelfristig und entgegen landläufiger Behauptungen keine größeren Herausforderungen dar: 10 Mio. neue Elektrofahrzeuge würden zu einem zusätzlichen Bedarf von 30 TWh (Terrawattstunden) führen. Das entspricht 5,6 % des aktuell in Deutschland verbrauchten Stroms.

Problematischer ist die Bereitstellung der benötigten Leistung an den Ladepunkten: Um eine lokale Netzüberlastung zu vermeiden, besteht laut § 19 Netzanschlussverordnung (NAV) eine Mitteilungspflicht für Ladestationen unter 12 kW Leistung gegenüber dem örtlichen Netzbetreiber. Das ist in Ilmenau der Netzbetrieb der Stadtwerke Ilmenau GmbH. Ladepunkte mit mehr als 12 kW Ladeleistung unterliegen einer Genehmigungspflicht durch den Netzbetreiber. So sollen Stromversorgungsnetze vor Überlastung geschützt und bedarfsgerecht ausgebaut werden.

Aus dem alltäglichen Gebrauch ist vielen Verbrauchern bewusst, dass Akkus z.B. von Handys oder Laptops recht schnell an Ladekapazität verlieren. Die nutzbare Kapazität von wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus, der sogenannte „State of Health“ (SOH), sinkt mit der Zeit und der Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen. Dieser Kapazitätsverlust tritt auch für die Akkus in Elektrofahrzeugen ein, allerdings in deutlich geringerem Maße. Verschiedene Tests haben gezeigt, dass technisch intakte Akkus selbst bei Laufleistungen von 400.000 km noch Kapazitäten von über 80 % aufwiesen. Einige Hersteller garantieren mindestens 70 % der Akku-Kapazität über die ersten acht Jahre bzw. 100.000 km Laufleistung des Fahrzeugs. Auch das Ladeverhalten des Nutzers hat Einfluss auf die Lebensdauer des Akkus: So lassen häufige Schnellladevorgänge den Akku schneller degradieren. Schonender sind langsame Ladevorgänge z.B. an der heimischen Wallbox.

Innerhalb des Klimaschutzes, der durch die Umstellung auf Elektromobilität verbessert werden soll, ist das umweltfreundliche Recyceln der Akkus ein ebenso wichtiges Thema: Wie alle anderen Batterien, sind auch die Ladezellen von Fahrzeugen korrekterweise als "Sondermüll" zu bezeichnen. Entsprechend Batteriegesetz müssen Hersteller bzw. Batterieverkäufer diese zurücknehmen und verwerten. Durch Recycling können aus den Antriebsbatterien bis zu 95 Prozent der wichtigen Komponenten Kupfer, Kobalt und Nickel zurückgewonnen werden. Auch das Recycling von Lithium ist möglich, wird aber derzeit aus Gründen der Rentabilität noch nicht in der Mehrheit umgesetzt.

Viele Antriebsbatterien deren Kapazität für den Einsatz im Fahrzeug zu weit abgesunken ist, werden häufig noch als stationäre Speicher weiterverwendet.