Fahrradzukunft

Ausgabe 9

Oktober 2009

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Elektrorad – Energiesparwunder oder Klima-Schwein?

Eine Betrachtung zu Umwelt- und Energieaspekten von Pedelec-Akkus

von Andreas Oehler

Bild 1: Lithium-Ionen-Akkupack an einem modernen High-End-Pedelec

Seit einigen Jahren liest man ausschließlich Positives zum Thema Elektrorad – sei es in Fahrradzeitschriften, Tageszeitungen oder im Fernsehen:

  • Der Tübinger Oberbürgermeister promotet seine CO2-Kampagne »Tübingen macht blau« indem er ein Rennen auf dem Pedelec fährt.
  • Die Reutlinger Stadwerke sponsern den Strom für Elektroradbesitzer.
  • Der BUND wirbt auf Infoständen für den Klimaschutz gerne, indem er auch Elektroräder zum Ausleihen parat hält (z. B. Kirchentag 2009).

Der Eindruck entsteht, Kauf und Nutzung eines Elektro-Fahrrad seien für den Schutz der Umwelt ein wichtiger Beitrag – schlichtes Fahrrad-Fahren hingegen kaum einer Erwähnung wert. Nachteile werden in der Berichterstattung selten erwähnt. Wenn überhaupt, kommen begrenzte Akku-Reichweite und hoher Preis zur Sprache. Aber die niedrigen Betriebskosten und der hohe ökologische Nutzen – so wird der Eindruck vermittelt – glichen das mehr als aus.

Bild 2: Tübingens grüner Bürgermeister im Rennen Pedelec contra Rennrad im Rahmen der Klimaschutz-Kampagne »Tübingen macht blau«
Von: Fahrradladen Transvelo Tübingen

Elektroräder sind sparsam im akuten Verbrauch

Betrachtet man den Stromverbrauch moderner High-End-Pedelecs, so kommt man nach Angaben des eher Hersteller-freundlichen Instituts Extra-Energy auf 0,5 bis 2 kWh pro 100 km – je nach Topographie. Die von einigen Herstellern angebotene Rückspeisung von Bremsenergie bringt maximal 10 % Ersparnis, da die Akkus nicht in der Lage sind, die gesamte Bremsleistung schnell genug aufzunehmen.

Ein sparsames Mofa braucht 1–2 Liter Benzin für die Strecke, das entspricht 10 bis 20 kWh. Ein sparsamer Kleinwagen mit Dieselmotor verbraucht 2–4 Mal soviel.

Selbst wenn man Kraftwerks- und Stromverteilungswirkungsgrade mit einrechnet und davon ausgeht, dass im Kleinwagen auch mal 2–3 Leute sitzen, bleiben die direkt zuzuordnenden CO2-Emissionen des Pedelec bei weniger als 20 % von sparsamen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Da bislang auf Fahrzeug-Strom keine Mineralölsteuer oder Ähnliches berechnet wird, betragen die Energiekosten für 100 km Pedelec nur 0,1 bis 0,4 Euro pro 100 km.

Für Mofas oder Kleinwagen sind diese Kosten mindestens 10 bis 20 Mal höher.

Kurzlebiger Akkupack

Was die Befürworter des Elektrorads aber außer Acht lassen, ist der Akkupack, seine Kosten und seine begrenzte Lebensdauer.

Wie bei Notebooks wird bei hochwertigen Elektrorädern heute ausschließlich auf Lithium-Ionen-Akkus gesetzt. Grund dafür ist in erster Linie das günstige Kapazität-zu-Gewicht-Verhältnis. Die führenden Hersteller BionX (verwendet z. B. von Riese&Müller) und Panasonic (verwendet z.B von Biketec Flyer) bieten Akkupacks an, die 10 Ah und 240 bis 360 Wh speichern können. So ein Akkupack kostet als Ersatzteil 600 bis 900 Euro.

Beworben werden diese Akkupacks mit »bis zu 500 Ladezyklen«. Direkt befragte Hersteller solcher Akkupacks nennen als realistisch eher 300 volle Zyklen. Die 500 Zyklen sind erreichbar, wenn die Akkus nur zu 40 % entladen werden, dabei nur geringe Leistung entnommen wird und jeweils nur wieder auf maximal 90 % Ladestand aufgeladen werden. Eine eher unrealistische Vorgabe, denn Kapazität und Leistung von Pedelec-Antrieben sind ohnehin nicht spektakulär.

Wer nun werktäglich mit dem Pedelec eine einfache Strecke von 15 km durchs Mittelgebirge zur Arbeit fährt und sowohl am Arbeitsplatz als auch daheim jeweils auflädt, überschreitet die 300 Ladezyklen bereits in einem Jahr. Die Erfahrung von Notebooknutzern zeigt, dass oft bereits nach einem Jahr die Kapazität der Akkupacks auf weniger als die Hälfte gesunken ist.

Dabei ist das Akkumanagement in Notebooks aufwändiger und blickt auf eine längere Entwicklung zurück als bei Elektrorädern. Zudem werden Notebooks üblicherweise bei 20–25°C betrieben, was als optimal für Lithium-Ionen-Akkus gilt. Bei höheren Temperaturen steigt die Selbstentladung und Alterungsprozesse laufen schneller ab. Aber auch bei 20°C altert ein Lithium-Akku unablässig, so dass Hersteller von unabhängig von der Nutzung eine Akku-Lebensdauer von maximal 3–5 Jahren sprechen.

Bei tiefen Temperaturen, steigt der Innenwiderstand und die entnehmbare Kapazität sinkt. Bei Frost kann ein Elektrorad keine nennenswerte Motorleistung mehr erzeugen. Bei Temperaturen unter –20°C besteht sogar die Gefahr, dass das Elektrolyt im Akku gefriert und der Akku zerstört wird.

Pedelec pro Strecke so teuer wie ein Kleinwagen

Geht man optimistisch davon aus, dass man die 240 Wh eines BionX-Akkupacks 500 Mal vollständig nutzen kann, damit jeweils 50 km weit fährt und man den nötigen Ersatz günstig für 600 Euro bekommt, so kostet die Kilowattstunde unerfreuliche 5 Euro. Pro 100 km fallen 2,40 Euro allein als Umlage der Anschaffungskosten des Akkupack an. Damit kommt man in die Größenordnung der Verbrauchskosten eines Mofas oder eines zu zweit genutzten Kleinwagen – und das, trotz der Mineralölsteuer.

Bild 3: Erfreulich ehrliche Werbung in einem Fahrradladen. Andere nennen bloß die 10 bis 50 Cent für den direkten Stromverbrauch.

Verstecktes CO2 aus der Akkuherstellung

Nun könnte man meinen, der CO2-Ausstoß sei aber doch geringer, wofür man die hohen Akkukosten in Kauf zu nehmen habe. Das blendet aber wesentliche Aspekte aus:
Die hohen Kosten für den Akku sind nämlich zu einem wesentlichen Anteil auch dem hohen Energieaufwand der Gewinnung von Lithium und der Akku-Herstellung geschuldet. Hinzu kommt, dass die Herstellung in Fernost mittels billigem Strom aus Kohlekraftwerken mit besonders hohem CO2-Ausstoß erfolgt.

Bild 4: Stromversorger und E-Bike-Hersteller werben gerne vereinfachend mit »CO2-frei«

Leider finden sich keine belastbaren Daten zum kumulierten Energieaufwand für Herstellung, Betrieb und Entsorgung von Lithium-Ionen-Akkus geschweige denn eine vollständige Ökobilanz. Bekannt ist allerdings, dass die Lithium-Reserven begrenzt sind.

Zudem gibt es bislang kein Recycling-System für Lithium-Zellen. Bislang werden sie als Sondermüll behandelt. Als untere Abschätzung des kumulierten Energieaufwand der Herstellung können die Werte aus einer Studie zu Umweltauswirkungen von E-Paper-Geräten (mit Lithium-Ionen-Akku) dienen. Dort wurden für einen 20 g schweren Akku 6,5 MJ Primärenergie-Äquvalent angenommen, wobei man den Lithium-Anteil mangels Daten schlicht ausklammerte. Die Herstellung eines typischen 2 kg schweren Pedelec-Akkus würde somit mindestens 650 MJ benötigen – entsprechend 180 kWh Primärenergie. Bei wie oben angenommen optimistischen 500 vollen Ladezyklen und Strom aus mittlerem Kraftwerksmix würde sich der CO2-Ausstoß durch die umgelegte Herstellungsenergie um mindestens 50 % erhöhen.

Vermutlich ist unter Einbezug des Lithium der Energieaufwand und CO2-Ausstoß der Produktion deutlich höher. Nach präzisen Zahlen dazu befragt, konnten oder wollten weder Pedelec-Hersteller Flyer, Pedelec-Promoter Extra-Energy, Akkupack-Hersteller BMZ, Ökoinstitut Freiburg, ISI Fraunhofer-Institut Karlsruhe noch das IER Stuttgart antworten.

Selbst die Autoindustrie, die sich in der Krise gerade an den Strohhalm E-Auto und Hybridantrieb klammert, hat Zweifel an der Eignung des Lithium-Akkus: Ein Sprecher des Prius-Herstellers Toyota verkündet:
»Die Langzeitstabilität ist noch nicht ausreichend erforscht und die möglicherweise für immer geltenden limitierenden Kosten dieser Batterie sowie nicht eindeutig abschätzbare Lithium-Ressourcen zeigen uns Grenzen auf.«

Toyota setzt deshalb auf die bewährten aber schweren NiMH-Akkus. Schlechte Erfahrungen aus Zeiten, als Notebooks überwiegend mit diesem Energiespeicher bestückt waren, machen diese Lösung allerdings auch nicht wirklich attraktiv.

Sparsamkeit: Elektroantrieb versus Verbrennungsmotor

Nun gibt es aber durchaus Anwendungen, bei denen ein Hilfsantrieb am Fahrrad wünschenswert ist, seien es Lastenräder, Fahrradrikschas, Fahrzeuge für Behinderte.
Gäbe es hier Alternativen zum Lithium-Ionen-Akku?

Fahrrad-Hilfsmotoren mit Verbrennungsmotoren wie Saxonette oder Velosolex waren ineffizient, wartungsintensiv, laut und stinkend. Allerdings stehen sie für einen Entwicklungsstand von Motortechnik von vor hundert Jahren.

Was heute machbar ist, zeigen Energiespar-»Rennen« mit Versuchsfahrzeugen wie der Shell Eco-Marathon. 2004 erreichte hier ein französisches Team mit einem Fahrzeug, das einem Velomobil-Dreirad ähnlich sieht, eine Strecke von 3.400 km mit einem Liter Benzin. Das entspricht einem Energieverbauch von 0,26 kWh auf 100 km. Das beste Elektrofahrzeug des Eco-Marathon kam mit 0,15 kWh auf 100 km aus.

Bei Strom aus durchschnittlichem deutschen Kraftwerksmix lägen beide somit beim CO2-Ausstoß des Verbrauchs gleich auf – bei Einberechnung der Akkuherstellung wäre das E-Fahrzeug in jeder Hinsicht unterlegen. Würde man Erdgas, Flüssiggas oder gar Alkohol als Brennstoff für einen modernen Verbrennungs-Hilfsmotor nutzen, kann selbst bei Nutzung regenerativer Energien für den Strom das Elektrorad bei der CO2-Bilanz kaum mithalten.

Elektrorad-Apologeten gehen bisweilen so weit vorzurechnen, dass Elektro-Hilfsantriebe effizienter als der radfahrende Mensch und insbesondere die Nahrungsmittelproduktion für das nötige Mehr an Lebensmitteln seien. Das geht aber völlig an der Realität vorbei. Schließlich ist ein Großteil der europäischen Bevölkerung überernährt und hat zu wenig Bewegung. Mit dem Elektrorad zum Fitnesscenter zu fahren, statt mit dem Fahrrad zur Arbeit ist sicher kein Gewinn für die Umwelt. Zudem besteht mit der Umstellung der Ernährung auf überwiegend vegetarische Kost aus lokalem Landbau Potential, die Umweltbelastung der Nahrungsmittelproduktion erheblich zu reduzieren – unabhängig von der eigenen Mobilität.

Aber alle Antriebe – insbesondere wenn sie moderne Hochtechnologie nutzen – sind anfällig im rauhen Allwetter-Alltagsbetrieb. Ein kleiner Unfall oder ein im Treppenhaus heruntergefallener Akkupack und der Schaden ist groß. Das schöne am »normalen« Fahrrad ist gerade sein einfacher, robuster, reparierbarer Aufbau. Ein Trekkingrad kann gut und gerne 100.000 km bzw. über 10 Jahre genutzt werden. Vergleichbares ist für ein Elektrorad kaum vorstellbar.

Fazit

Die Werbebotschaft, Fahrräder mit Elektroantrieb könnten dank geringer CO2-Emissionen helfen, das Weltklima zu retten, ist falsch. Auch die Werbung mit niedrigen Verbrauchskosten ist verlogen. Lithium-Ionen-Akkus sind in der Produktion teuer und energieintensiv. Lithium ist eine begrenzte Ressource, die nicht verschwendet werden sollte. Wer CO2 im Verkehr sparen will, sollte in erster Linie das Fahrradfahren fördern und nicht Radfahrern Zusatzantriebe schmackhaft machen.

Literatur

  • ExtraEnergy: Technische Daten aktueller Pedelecs. 2009
  • Hanspeter Guggenbühl: Das große Rechnen. (Wer vom klassischen aufs elektrisch betriebene Velo umsteigt, braucht Strom und spart Nahrung.) In: Velojournal, 2009, Nr. 3. S. 7–8
  • Christian Kamburow: E-Paper – Erste Abschätzung der Umweltauswirkungen. Eine ökobilanzielle Betrachtung am Beispiel des Nachrichtenmediums Zeitung. Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung. Berlin, 2004
  • Toyota: Lithium-Akku in Hybridfahrzeugen. 2009.
  • Peter Trechow: Quer durch Europa mit 1 l Sprit. In: VDI-Nachrichten, 2009, Nr. 20. S. 4

Zum Autor

Andreas Oehler (40) arbeitet als Maschinenbauingenieur beim Fahrradbeleuchtungshersteller Schmidt Maschinenbau. Ehrenamtlich leitet er den ADFC Fachausschuß Technik.

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