Wieviel Strom braucht ein Diesel?

Revisions-Disclaimer
Ich musste feststellen, dass das Schreiben eines Blogs für mich ein iterativer Prozess ist.
Nach dem Schreiben lerne ich jeweils weiter und dies hat Einfluss auf die geschriebenen Beiträge.
Wochen oder Monate später fühle ich mich dann genötigt, den Beitrag nochmals zu überarbeiten.

Revisions-Index
19.11.22 – Original-Fassung
16.04.23 – Inhaltlich mit aktuelleren Daten erweitert, aber vor allem den Text besser strukturiert und formatiert!

Immer wieder kann man in der Presse lesen, das irgendwo auf unserem Planeten jemand ein Verbot von Elektroautos fordert. Mal ist die angebliche Unmöglichkeit ein Elektroauto zu löschen [Quelle 1], mal ist es der angeblich viel zu hohe Stromverbrauch. Insbesondere letzteres kochte hoch, als im Herbst 2022 in der Schweiz über die „Verordnung über Beschränkungen und Verbote der Verwendung elektrischer Energie“ diskutiert wurde. [Quelle 2] Diese spezifische Verordnung müsste aber mal separat analysiert werden.

Ein Elektroauto benötigt Strom, dass ist gar keine Frage. Wenn wir aber alle Autos auf Elektroauto umstellen, wieviel mehr Strom brauchen wir wirklich? Oft hört man da von den Elektroauto-Gegnern, dass so viel Strom gar nicht vorhanden wäre. Was meiner Meinung nach dort häufig, meist aus Unwissenheit unterschlagen wird, ist der Stromverbrauch im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren. Ja, da wird auch Strom verbraucht.

Wenn alles nur noch Elektroautos sind, könnte dieser Strom eingespart werden.
Aber – Wieviel Strom verbraucht den nun ein Verbrenner?

Um es gleich klarzustellen – natürlich braucht der Verbrenner lokal keinen Strom! Seine Fortbewegungsenergie stammt aus der Verbrennung von Treibstoffen und auch die elektrischen Systeme an Bord werden über eine Lichtmaschine aus diesem Verbrennungsprozess betrieben. Da auch in Verbrennern immer mehr elektrische und elektronische Systeme betrieben werden, wäre da eine Betrachtung der Energieeffizienz der Lichtmaschinen ein intersanntes Thema [Quelle 3] – aber wiederum nicht für diesen Beitrag.

Zurück zum Stromverbrauch von Verbrennern.
Wo soll der sein, wenn doch selbst die elektrische Energie aus der Verbrennung von Treibstoffen gewonnen wird? Natürlich bei der Herstellung der Treibstoffe selbst!

Für diesen Artikel werden die Zahlen für Diesel verwendet.
Gemäss Springer Professional werden pro Liter Diesel rund 7kWh Energie für die Herstellung aufgewendet. [Quelle 4] Diese Zahl berücksichtigt alle Zwischenschritte ab der Ölbohrung bis zur Tankstelle.

Beispiels-Verbrenner-Auto
Gemäss Statista ist der Durchschnittsverbrauch der Diesel-PKW aktuell bei 7Liter auf 100km. [Quelle 5].
Unglücklicherweise hat sich dieser Wert in den letzten Jahren der Verbrauch sogar wieder leicht erhöht. Oft wird argumentiert, dieser Mehrverbauch liege nur am momentanen Trend zu SUVs. Schauen wir uns also ein Fahrzeug an, welches definitiv kein SUV ist. Der Golf 8!

Nun ist Golf nicht gleich Golf. Es gibt unterschiedliche Ausstattungslinien und unterschiedliche Motoren plus unterschiedliche Fahrstile. So hat der ADAC einen Golf 8 mit einen Testverbrauch von 4.8 Litern Diesel pro 100km gemessen [Quelle 6]; Auto, Motor & Sport hat hingegen einen sportlicheren Golf 8 mit 6.9 Litern Diesel pro 100km Real-Verbrauch gemessen [Quelle 7].

Daher verwenden wir einen Diesel-Durchschnittsverbrauch von 6 Litern pro 100km.
Dies ist so im Mittelfeld der erwähnten Golf 8 Messungen und immer noch nur rund 15% tiefer als der Durchschnitts aller Dieselfahrzeuge gemäss Statista.

Aus obigen beiden Zahlen lässt sich einfach berechnen, welcher Energieaufwand notwendig ist, um genügend Diesel herzustellen, damit unser Beispiel-Golf 100km fahren kann.

Berechnung Energieaufwand der Dieselproduktion für 100km Distanz

$ Energiebedarf\ = (7kWh\ pro\ Liter)\ *\ (6\ Liter\ pro\ 100km) = 42kWh\ pro\ 100km $

Leider konnte ich im Internet keine Information finden, wie sich dieser Energieaufwand genau aufteilt. Spezifisch würde uns der Anteil elektrischer Energie interessieren, aber diesen teilen uns die Mineralölgesellschaften leider nicht mit.

Beispiels-Elektro-Auto
Um anschliessend Vergleiche ziehen zu können brauchen wir auch ein durchschnittliches Elektroauto. Dabei wollen wir uns aber auf realistische Werte beziehen und nicht auf die WLTP-Werte der Hersteller.
Diese finden wir bei der DKV Versicherung und gemäss deren Daten sind für ein Elektroauto 15kWh pro 100km anzunehmen [Quelle 8].
Aber wir wollen nicht kleinlich sein – da schlagen wir nochmals 20% oben drauf und rechnen mit 18kWh.

Mit den bisher ermittelten Daten sind wir nun in der Lage folgende Annahmen zu berechnen und zu beurteilen.

Annahme 1 – die 42kWh/100km stammen komplett aus elektrischer Energie

Falls diese Annahme zutreffend wäre, so würde ein Dieselfahrzeug neben der Verbrennung von 6 Liter Diesel auch 42kWh Strom auf 100km benötigen.
Wie weit kommt also unser Beispiels-Elektro-Auto mit 18kWh/100km Verbrauch?.

Berechnung Erreichbare Distanz mit 42kWh Energie

$ Distanz\ = 100km\ x\ \frac{42kWh\ pro\ 100km}{18kWh\ pro\ 100km} = 233.3km $

Die 42kWh reichen also für eine Distanz von rund 230km!
Alleine der Strom zur Herstellung des Diesels bringt das Elektroauto mehr als doppelt soweit wie desen Verbrennung ein Dieselauto. Mit anderen Worten, dass Elektroauto erhöht den Stromverbrauch nicht, es halbiert ihn.

Fazit Annahme 1:
Lägen wir mit Annahme 1 richtig, so wäre das Elektroauto wohl absolut unbestritten.
Das jedoch nur elektrische Energie bei der Produktion von Treibstoffen zum Einsatz käme ist aber leider sicher nicht korrekt. Allerdings markiert dieser Wert einen Extremwert auf der einen Seite des Spektrums.

Annahme 2 – die 42kWh/100km enthalten keinerlei elektrische Energie

Wenn Annahme 1 den Extremwert auf der einen Seite darstellt, so soll hier nun der Extremwert am anderen Ende des Spektrums ermittelt werden.
Da bekannt ist, dass zur Herstellung von Treibstoffen viel Wärme benötigt wird, geht nun Annahme 2 davon aus, dass die 42kWh reine Wärmeenergie aus der Verbrennung von Treibstoffen sind.
Um nachher einfacher zu damit umgehen zu können und nicht ständig umrechnen zu müssen, nehmen wir an, dass die Wärme mit Diesel erzeugt wird.
Diesel hat einen Energiewert von 9.79kWh pro Liter [Quelle 9]. Also, stellt sich die Frage, wieviel Liter Diesel verbrannt werden müssen, um die benötigten 42kWh zu erzeugen.

Berechnung Dieselmenge für 42kWh Energie

$ Benötigte\ Dieselmenge\ =\ \frac{42kWh\ Energie}{9.79kWh\ pro\ Liter}\ =\ 4.29\ Liter\ Diesel $

Dieser Wert bedeutet aber eigentlich, dass wir den Dieselverbrauch unseres Beispiel-Verbrenner-Autos anpassen müssten. Der verbaucht 6 Liter Diesel auf 100km und um diese 6 Liter Diesel zu produzieren wurden weitere rund 4.3 Liter Diesel verbrannt. Effektiv würde dies einem Verbrauch von über 10 Liter Diesel auf diese Distanz entsprechen.

Fazit Annahme 2:
Da wir wissen, dass definitiv auch elektrische Energie bei der Produktion von Treibstoffen zum Einsatz kommt, ist die Annahme 2 natürlich auch nicht korrekt. Aber die ermittelten Werte können genutzt werden, um den anderen Extremwert auf dem Spektrum abzustecken.

Die bisherigen Annahmen 1 und 2 sind unrealistisch, begrenzen aber das Spektrum.
Irgendwo dazwischen, irgendwo zwischen 0% und 100%, muss der korrekte Wert für die elektrischer Energie ja liegen.
Wie bereits erwähnt, hilft uns die Mineralölwirtschaft hier leider nicht, dies genauer einzugrenzen.
Daher machen wir mit unseren Annahmen mal weiter.

Annahme 3 – Verbrenner Stromverbrauch = Elektro Stromverbrauch?

Annahme 3 geht nun der Frage nach, wie die Werte aussehen, wenn zur Produktion des Diesels gleich viel elektrische Energie aufgewendet werden muss, wie ein Elektroauto für die gleiche Strecke braucht.

Das Beispiel-Elektro-Auto verbraucht 18kWh/100km, also nehmen wir auch diesen Wert als elektrische Energie die Produktion des Diesels an. Auf den Liter gerechnet entspräche dies 3kWh pro Liter.

Die Rechnung ist relativ einfach, dass die verbleibenden 24kWh/100km aus anderer Quelle kommen müssen. Nur was bedeutet dies für den Dieselverbrauch für das Beispiels-Verbrenner-Auto?

Berechnung Dieselmenge für 24kWh Energie

$ Benötigte\ Dieselmenge\ =\ 6\ Liter\ pro\ 100km\ +\ \frac{24kWh\ Energie}{9.79kWh\ pro\ Liter}\ =\ 8.45\ Liter\ Diesel $

Das Beispiels-Verbrenner-Auto würde in diesem Falle auf der gleichen Strecke gleich viel Strom benötigen wie das Beispiels-Elektro-Auto. Allerdings kommen beim Verbrenner noch weitere rund 8.5 Liter Diesel dazu, welche verbrannt werden.

Fazit Annahme 3:
Sind 3kWh Strom pro Liter Diesel realistisch? Ich weiss es wirklich nicht!
Komplett ausschliessen kann ich den Wert nicht – schliesslich wären da sämtliche elektrische Verbraucher vom Bohrloch, über die Pipline-Pumpen, die Raffinerien bis zu den Tankstellen und den Zapfhahn alles dabei.
Aber bei der unbeschreiblichen Menge an produzierten Treibstoffen gehe ich von auch von einer gewissen Effizienz aus. Mein Bauchgefühl sagt, dass die 3kWh wohl eher zu hoch liegen.

Annahme 4 – 1.6kWh pro Liter stammen aus elektrischer Energie

Diese Annahme befasst sich mit einer Zahl, welche ich schlussendlich beim US-amerikanischen Department of Energy [Quelle 10] gefunden habe – 1.6kWh elektrischer Energie pro Liter Diesel.

Ich kann nicht beurteilen, ob diese Zahl wirklich generell verwendbar ist. Es ist aber die einzige konkrete Zahl, welche ich finden konnte und damit nutze ich sie für die bereits bekannten Berechnungen.

Annahme 4 – Elektrische Leistung

Zuerst berechnen wir, wie weit ein Elektroauto mit dieser Energiemenge kommen würde.

Berechnung Distanz mit Elektroauto mit 1.6kWh pro Liter

$ Distanz\ =\ 100km\ x\ \frac{(1.6kWh\ pro\ Liter)\ x\ (6l\ pro\ 100km)}{18kWh\ pro\ 100km}\ =\ 53.3km $

Das Beispiels-Elektro-Auto kommt mit dieser Energie also schon über 50km weit, Aber um die gleiche Distanz zurücklegen zu können, benötigt es zusätzlichen Strom. Allerdings beträgt diese zusätzlich benötigte elektrische Energie nicht wie oft behauptet 18kWh, sondern nur 8.4kWh auf 100km.

Annahme 4 – Thermische Leistung

Die verbleibenden 32.4kWh müssen jedoch auch hier wieder aus thermischer Quelle kommen.
Die Rechnung kennen wir nun schon.

Berechnung Dieselmenge für 32.4kWh Energie

$ Benötigte\ Dieselmenge\ =\ \frac{32.4kWh\ Energie}{9.79kWh\ pro\ Liter}\ =\ 3.31\ Liter\ Diesel $

Um den Dieselverbrauch des Beispiel-Verbrenner-Autos zu ermitteln, muss dieser Wert natürlich wieder zu den 6 Litern dazugezählt werden – es verbaucht also auf 100km in Realität rund 9.3l Diesel.

Fazit Annahme 4:
Auch hier kann ich nicht beurteilen, wie realistisch der Wert von 1.6kWh elektrischer Energie pro Liter Diesel ist. Während meiner Recherche hat sich gezeigt, dass dieser Wert nicht unbestritten ist und an unterschiedlichen Stellen teils deutlich höhere Werte postuliert werden. Diese Stellen haben leider keine Quellen angegeben oder dies anderweitig belegt.
Mein Bauchgefühl sagt hier, das der Wert schon korrekt sein könnte, aber auch ein etwas höherer Wert würde mich nicht überraschen!

Fazit Stromverbrauch Verbrennern

Ein Elektroauto benötigt Strom und „vermutlich“ davon mehr als ein Verbrenner. „Vermutlich“ weil eben die 1.6kWh Strom pro Liter Diesel durchaus umstritten sind, aber 3kWh Strom pro Liter Diesel doch eher hoch erscheinen.

Sind es die 1.6kWh, so wäre der ehrliche Verbrauch eines Dieselautos nunmal trotzdem annähernd 10 Liter auf 100km.
Und mit dem Strom zur Produktion dieses Treibstoffs alleine legt ein Elektroauto auch schon mehr als die Hälfte der Strecke zurück!

Im gleichen Mass wie der Stromverbrauch zur Treibstoffproduktion über die 1.6kWh steigt, desto vorteilhafter sieht das für das Elektroauto im Vergleich aus.

Disclaimer
Wirkungsgrade und ähnliches habe ich bewusst weggelassen – wir müssen sowieso schon mit Annahmen arbeiten und es ergeben sich bestenfalls Näherungen. Und auch bewusst habe ich eher ein gutes Verbrennerauto und ein nicht optimales Elektroauto angenommen. Damit glaube ich, diese Berechnungen nicht zu Gunsten des Elektroautos ausgerichtet zu haben.

Addendum – was wenn doch die Durchschnittswerte angenommen werden?

Was ändert sich, wenn obige Überlegungen doch mit den gefundenen und dokumentierten Durchschnittswerten durchgeführt werden? Also mit 7l Diesel pro 100km beziehungsweise mit 15kWh pro 100km für das Elektroauto.

Hier sind die Resultate:
Annahme 1:
Bei Produktion des Diesels rein elektrisch käme das Elektroauto mit dieser Energie rund 327 km weit.
Annahme 2:
Rein thermische Dieselproduktion würde zur einem tatsächlichen Dieselverbrauch von rund 12 Litern pro 100 km führen.
Annahme 3:
Setzt man den Stromverbrauch der Dieselproduktion gleich dem Verbrauch des Elektroautos, so wäre der tatsächliche Dieselverbrauch des Verbrenners bei rund 10.5 Liter pro 100 km
Annahme 4:
Bei 1.6kWh pro Liter Dieselproduktion käme ein Elektroauto mit dem benötigten Strom fast genau 75 km weit. Der effektive Dieselverbrauch der Verbrenners läge trotzdem noch bei rund 10.9 Litern.

Die Interpretation dieser Zahlen überlasse ich dem Leser!

Quellen:
[1] https://www.enbw.com/blog/elektromobilitaet/trends/brandgefahr-beim-e-auto-wie-hoch-ist-das-risiko
[2] https://www.electrive.net/2022/12/02/die-wahrheit-ueber-schweizer-fahrverbote-fuer-elektroautos/
[3] https://www.energie-lexikon.info/lichtmaschine.html
[4] https://www.springerprofessional.de/elektromobilitaet/dieselmotor/endenergiebezogene-analyse-diesel-versus-elektromobilitaet/16673694
[5] https://de.statista.com/statistik/daten/studie/484054/umfrage/durchschnittsverbrauch-pkw-in-privaten-haushalten-in-deutschland
[6] https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/autokatalog/marken-modelle/vw/vw-golf/
[7] https://www.auto-motor-und-sport.de/fahrbericht/vw-golf-8-gtd-fahrbericht/
[8] https://www.dkv-mobility.com/de/elektromobilitaet/ratgeber/kosten-elektroauto-pro-100km
[9] https://www.energie-gedanken.ch/umrechnungsfaktoren/
[10] https://www.heise.de/forum/heise-online/News-Kommentare/Studie-Elektroautos-in-China-umweltschaedlicher-als-Benziner/Herstellung-von-Benzin-verbraucht-auch-viel-Strom/posting-7885096/show/

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