Online-Magazin dmt plus hat eine Übersicht über die Wirkungsgrade verschiedener Antriebsarten veröffentlicht. Die Schlussfolgerungen basieren auf einer Statista-Grafik, welche Daten des TÜV Nord nutzt: Laut diesen Angaben liegt der Wirkungsgrad von Elektromotoren bei etwa 70 Prozent und damit deutlich über denen von Dieselmotoren (45 Prozent) oder Hybridantrieben (30 Prozent).
Allerdings erscheinen diese Schlussfolgerungen vorschnell, da wichtige Faktoren nicht berücksichtigt wurden. Insbesondere fehlen die Well-to-Tank-Daten, also die Wirkungsgrade bei der Energieerzeugung und -bereitstellung. Auch für konventionelle Kraftstoffe wie Diesel und Benzin spielen Förder-, Transport- und Raffinerieprozesse eine Rolle, die den Gesamtwirkungsgrad beeinflussen.
Je nach verwendeter Energiequelle und Umwandlungstechnik ergeben sich bei der Stromerzeugung völlig unterschiedliche Wirkungsgrade. Wasserkraftwerke erreichen mit Turbinen, die direkt von fließendem Wasser angetrieben werden, Wirkungsgrade von 80–90%. Hier ist keine zusätzliche Energie nötig, um die notwendige Antriebskraft zu erzeugen. Im Gegensatz dazu stehen kalorische Kraftwerke, die mit Kohle oder Gas arbeiten: Moderne Gas- und Dampfturbinenkraftwerke kommen auf etwa 52–60%, moderne Steinkohlekraftwerke auf 40–45% und Braunkohlekraftwerke auf 30–43%. Regenerative Alternativen wie Windkraftanlagen erreichen rund 50%, Solarzellen liegen zwischen 10 und 25%. Brennstoffzellen befinden sich noch in der Entwicklungsphase und weisen Wirkungsgrade von 20–70% auf. Solange jedoch der für die Wasserstofferzeugung benötigte Strom aus fossilen Quellen stammt, sind Brennstoffzellen keine nachhaltige Alternative.
Diese Daten stammen unter anderem vom Statistischen Bundesamt (Destatis), das eine detaillierte Aufschlüsselung der Energiequellen für die Stromproduktion bereitstellt.
Weiterführende Berechnungen der Well-to-Wheel-Wirkungsgrade für verschiedene Antriebstypen
Betrachtet man den gesamten Prozess von der Primärenergie (z. B. Rohöl, Kohle, Gas, Sonne oder Wind) bis zur Fahrzeugachse – also Well-to-Wheel – zeigt sich der entscheidende Einfluss der Primärenergieversorgung auf den Gesamtwirkungsgrad. Während Diesel und Benzin relativ direkt verarbeitet werden (Förderung, Raffinierung, Transport, Verbrennung im Motor), müssen Elektrofahrzeuge je nach Strommix einen anderen und oft komplexeren Pfad durchlaufen.
Datenquellen und Methodik
- JEC Well-to-Wheels Reports (JRC-EUCAR-CONCAWE): https://ec.europa.eu/jrc/en/jec
- GREET-Modell (Argonne National Laboratory): https://greet.es.anl.gov/
- Daten von IEA und UBA: https://www.umweltbundesamt.de/
- Statista: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1371965/umfrage/wirkungsgrade-von-motoren/
- Tank-to-Wheel-Werte laut Statista und ADAC (ADAC e-Fuels-Test)(https://www.adac.de/verkehr/tanken-kraftstoff-antrieb/alternative-antriebe/e-fuels-test/):
- Diesel: ca. 45%
- Benzin: ca. 20%
- Elektro: ca. 70%
Die hier gezeigten Werte repräsentieren optimale Bedingungen oder Durchschnittsannahmen. Im realen Fahrbetrieb können diese abweichen.
Diesel-Antriebe (optimale Bedingungen)
- Well-to-Tank (WTT): ca. 85–90% (vom Rohöl bis zur Zapfsäule)
- Tank-to-Wheel (TTW): ca. 45% (optimale Betriebsbedingungen)
- Well-to-Wheel (WTW): 0,90 × 0,45 = 40,5%
Benzin-Antriebe (optimale Bedingungen)
- Well-to-Tank (WTT): ca. 80–85%
- Tank-to-Wheel (TTW): ca. 20%
- Well-to-Wheel (WTW): 0,85 × 0,20 = 17%
Elektroantriebe (fossile Energiequellen, optimale Bedingungen)
Angenommen wird ein Strommix aus überwiegend fossilen Kraftwerken, mit etwa 40% Kraftwerkseffizienz, 5% Netzverlusten und 85% Ladeeffizienz. Daraus ergibt sich:
- WTT: 0,40 × 0,95 × 0,85 ≈ 32,3%
- TTW (Elektro): 70%
- WTW: 0,323 × 0,70 ≈ 22,4%
Vergleichstabelle (optimale Laborbedingungen)
| Antrieb | Well-to-Tank (WTT) | Tank-to-Wheel (TTW) | Well-to-Wheel (WTW) |
|---|---|---|---|
| Diesel (fossil) | 90% | 45% | 40,5% |
| Benzin (fossil) | 85% | 20% | 17% |
| Elektro (fossiler Strom) | 32% | 70% | 22,4% |
Erneuerbare Energien für Elektroantriebe
Werden Photovoltaik (PV) oder Windenergie genutzt, entfallen viele ineffiziente Umwandlungsschritte. Ab dem Punkt, an dem der Strom ins Netz eingespeist wird, fallen nur noch Netz- und Ladeverluste an. Hier können etwa 5% Übertragungsverluste und 15% Ladeverluste berücksichtigt werden, was zu etwa 81% WTT-Effizienz führt. Bei 70% TTW ergibt sich:
- Elektro (PV/Wind): ca. 81% WTT × 70% TTW ≈ 56,6% WTW
Vergleichstabelle inkl. Erneuerbarer Energien
| Antrieb | Well-to-Tank (WTT) | Tank-to-Wheel (TTW) | Well-to-Wheel (WTW) |
|---|---|---|---|
| Diesel (fossil) | 90% | 45% | 40,5% |
| Benzin (fossil) | 85% | 20% | 17% |
| Elektro (fossiler Strommix) | 32% | 70% | 22,4% |
| Elektro (PV/Wind) | ~81% | 70% | ~56,6% |
Interpretation
- Diesel erreicht unter optimalen Bedingungen etwa 40,5% WTW, Benzin 17%.
- Elektrische Antriebe sind bei fossilem Strom etwa auf 22,4% begrenzt und damit vergleichbar oder etwas schwächer als Diesel.
- Mit Erneuerbaren steigt der WTW-Wirkungsgrad von Elektroantrieben auf rund 55–60%, deutlich über Diesel- und Benzinwerte.
Fazit
Die Art der Primärenergie entscheidet maßgeblich über den Well-to-Wheel-Wirkungsgrad eines Elektrofahrzeugs. Bei fossiler Stromerzeugung kann der E-Antrieb nicht automatisch seine volle Effizienzvorteile ausspielen. Sobald jedoch Wind- oder Sonnenenergie zum Einsatz kommen, erzielt der Elektroantrieb einen deutlich höheren Gesamtwirkungsgrad als konventionelle Antriebe.
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