Elektro-Pkw mit Range-Extender

Für Fernfahrten brauchen Elektrofahrzeuge nach aktuellem Stand der Technik einen sogenannten „Range Extender“. Das ist ein kleiner Verbrennungsmotor (oft ein Otto-Motor), der über einen Generator die Fahrzeugbatterie aufladen kann.
Solche Fahrzeuge haben eine Klimabilanz, die bei Nutzung des durchschnittlichen deutschen Strommix mit rein batterieelektrischen Fahrzeugen vergleichbar ist. Sie erlauben dazu ein unverändertes Mobilitätsverhalten.

Hintergrund Range Extender

Aufgrund der Kosten und des Gewichts der Batterie werden batterieelektrische Pkw auf absehbare Zeit weit geringere Reichweiten als konventionelle Pkw haben und sind damit nicht für alle Anwendungen geeignet. Zur Vergrößerung der Reichweite besteht die Möglichkeit, einen Verbrennungsmotor als ‚Reichweitenverlängerer‘ (sprich Range Extender) im Fahrzeug zu integrieren. Range-Extender-Pkw (RE-Pkw) sind so ausgelegt, dass sie bei durchschnittlichem Fahrverhalten ihren Strom überwiegend aus dem Stromnetz beziehen. Der Verbrennungsmotor wird nur dann aktiv, wenn die Batteriekapazität erschöpft ist und erzeugt dann ersatzweise Strom über einen Generator. Bei einigen Konzepten kann er das Fahrzeug auch direkt antreiben.

Die Batteriekapazität wurde in UMBReLA für ein durchschnittliches RE-Fahrzeug mit 12 kWh nur halb so hoch angesetzt wie beim rein batterieelektrischen Fahrzeug und erlauben damit eine rein elektrische Reichweite von etwa 50 km. Dies ist für einen Großteil der Fahrten eines durchschnittlichen Pkw ausreichend. Die Herstellungsbilanz fällt dadurch günstiger aus: Beim mittleren RE-Pkw liegen die herstellungsbedingten Treibhausgasemissionen bei etwa 9 Tonnen (gegenüber 11 Tonnen für das BEV), unter der Annahme, dass die Batterie bei jedem zweiten Fahrzeug einmal ausgewechselt werden muss.

Der Energieverbrauch von RE-Pkw ist im elektrischen Betrieb etwa vergleichbar mit einem reinen Elektro-Pkw. Das geringere Batteriegewicht wird durch das zusätzliche Motoraggregat etwa kompensiert. Im verbrennungsmotorischen Betrieb ist der Verbrauch vergleichbar mit dem Otto-Pkw, der Gewichtsnachteil kann durch Rückspeisung und Effizienzgewinne durch seriellen Betrieb im Stadtverkehr ausgeglichen werden.

Bilanzierung eines beispielhaften Pkw mit Range Extender

Für die Umweltbilanz ist damit besonders relevant, welcher Fahrleistungsanteil in den verschiedenen Straßenkategorien verbrennungsmotorisch erbracht werden muss. Diese Anteile sind stark abhängig vom individuellen Nutzerprofil, untersucht werden daher zwei Nutzungsbeispiele für mittlere RE-Pkw :

  1. Ein Fahrzeug mit 150.000 km Lebensfahrleistung, die weitgehend (77 %) im städtischen Bereich zurückgelegt wird. Der elektrische Fahranteil beträgt hier etwa 70 %.
  2. Ein Fahrzeug mit 200.000 km Lebensfahrleistung, inklusive einiger längerer Urlaubsfahrten. Der gesamte Anteil des elektrischen Betriebs liegt dann bei nur 54 %, da mehr Fernstrecken zurückgelegt werden.

Die Klimabilanzen zeigen Vorteile gegenüber dem Otto-Pkw von etwa 20 % und sind mit denen von Diesel-Pkw vergleichbar (siehe Abbildung). Auch gegenüber BEV zeigt sich eine vergleichbare Klimabilanz. Zwar liegen die Treibhausgasemissionen, die aus der Fahrzeugherstellung des RE-Pkw resultieren, etwa 18 % niedriger, dieser Vorteil wird durch den teilweise verbrennungsmotorischen Betrieb in der Nutzungsphase jedoch ausgeglichen.

 

Klimabilanz von Pkw mit Range-Extender (IFEU 2011)

Im Vergleich ist die Klimabilanz in beiden Fallbeispielen ähnlich. Grund dafür sind zwei gegenläufige Effekte: Durch die hohe Fahrleistung bei intensiver Nutzung (Beispiel 2) können die zusätzlichen Aufwendungen zur Fahrzeugherstellung besser über die Nutzung abgeschrieben werden. Der höhere Anteil an Fernfahrten bedingt jedoch einen höheren verbrennungsmotorischen Betriebsanteil, der zu höheren Treibhausgasemissionen führt als der elektrische Betrieb. Zusätzlich haben RE-Pkw die Möglichkeit, erneuerbaren Strom zu tanken - dadurch verbessert sich die Klimabilanz noch einmal deutlich, gegenüber dem Otto-Pkw wird sie etwa halbiert.

Fazit: RE-Pkw haben damit eine Klimabilanz, die heute bei Nutzung des durchschnittlichen deutschen Strommix mit der von BEV vergleichbar ist, und ermöglichen gleichzeitig eine größere Reichweite und damit ein erweitertes Nutzungsspektrum. Die Klimabilanz von RE-Pkw ist ähnlich der Bilanz von Diesel-Pkw, kann aber durch Nutzung erneuerbaren Stroms weiter verbessert werden und liegt dann deutlich unter der von konventionellen Pkw.