Well-to-Wheel – Vergleich der Energieeffizienz

Beim Vergleich der Energieverbräuche verschiedener Verkehrsmittel dreht es sich oftmals nur um den Verbrauch des Motors. Auf den ersten Blick ist das auch die intuitivste Kennzahl – sie erzählt aber nur einen Teil der Wahrheit. Denn die notwendige Antriebsenergie muss produziert und in den meisten Fällen auch transportiert werden. Sei es direkt per Oberleitung zugeführt, gespeichert in Batterien, in Wasserstoff oder anderen Kraftstoffen wie Diesel oder Gas. Und der Aufwand, der hierfür betrieben wird, schwankt je nach Quelle massiv. 

Unterm Strich existiert eine Vielzahl an denkbaren Treibstoffketten, die aus verschiedenen Rohstoffen (Rohöl, Erdgas, Kohl, Biomasse, Uranerz, Wind-/Solarenergie, …) unterschiedliche Treibstoffe (Diesel, Wasserstoff, Elektrizität) herstellen. Der Wirkungsgrad jedes einzelnen Prozessschrittes und auch des Fahrzeugs am Ende der Kette schwankt stark. 

Well-to-Tank, Tank-to-Wheel und Well-to-Wheel im Vergleich. (Abgewandelt aus: Brinkman 2005)

Die üblichen Verbrauchsangaben (wie der Verbrauch auf 100 km) beinhaltet zumeist aber nur den direkten Verbrauch des Fahrzeugs. Eine Betrachtung, die sich rein auf das Fahrzeug beschränkt (Tank-to-Wheel), die Aufwände davor aber außen vor lässt, springt daher zu kurz.

Beispiel Diesel: Der erste Rückwärtsschritt vom Fahrzeug führt zur Tankstelle. Beleuchtung, Betrieb, Pumpen, Kasse, Shop, Waschanlage – pro Tankstelle zwischen 150.000 und  200.000 Kilowattstunden im Jahr. In Deutschland stehen aktuell 14.500 Tankstellen. Das lässt sich sicherlich nicht komplett den Kraftstoffen anlasten – denn auch Elektroautos werden (hoffentlich) gewaschen. Dennoch summiert sich hier ein massiver Energieblock zur Verteilung von Kraftstoffen. Der Kraftstoff wird zuvor zu den Tankstellen transportiert, davor raffiniert (pro Liter Kraftstoff verbraucht die Raffination 1,5 kWh 1) Globales Emissions-Modell integrierter Systeme 2) Energy efficiency improvements in the U.S. petroleum industry, eigene Überschlagsrechnung ergeben eher 0,78 kwh / kg Treibstoff. 3)Umwelterklärung BayernOIL 2018 sowie Umwelterklärung GUNVOR 2018), und davor per Pipeline oder Schiff zur Raffinerie gebracht.  

Darstellung: Antriebsstränge verschiedener PKW. PHEV (PlugIn Hybrid Electric Vehicle), BEV (Battery Electric Vehicle), ICEV (Internal Combustion Vehivle), HEV (Hybrid Electric Vehicle), HFCEV (Hybrid Fuel Cell Electric Vehicle). Hybridfahrzeuge jeweils mit Diesel und Benzin dargestellt, Stromerzeugung nach EU Strommix 2009.
Aus: Wolfram/Lutsey 2016

Ähnliche Rückverfolgungen lassen sich für alle Antriebsarten durchrechnen. Auch Elektrizität und Wasserstoff müssen schließlich hergestellt werden. Die Komplexität der Prozesse und die schwierige Datenlage führen aber nicht immer zu transparenten Ergebnissen. Mit Hilfe von “Well-to-Wheel”-Betrachtungen, die den Energiebedarf entlang der gesamten Produktionskette untersuchen, lassen sich die unterschiedlichen Antriebstechnologien miteinander vergleichen. Außen vor bleibt dabei in der Regel der Energieaufwand zum Bau der Fahrzeuge und Produktionsstätten. Der Vergleich erfolgt anschließend auf Basis des Gesamtenergieaufwandes pro gefahrenem Fahrzeugkilometer (kWh/km) oder der entsprechenden CO2-Äquivalente (g CO2/km).

WtW-Betrachtung verschiedener Antriebstechnologien. Aus: FIS 2019

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Quellen   [ + ]

Zur Messung von Verkehrsleistung

Je nach Fragestellung werden verschiedene Verkehrsmittel mit verschiedenen Maßzahlen verglichen. Sei es bei den Kosten, den Emissionen, dem Energieverbrauch – letztlich werden die Werte oft auf den Kilometer heruntergebrochen. Aber Vorsicht: Kilometer ist ungleich Kilometer.

Aufschlüsselung des Energieverbrauches von Bussen und Bahnen der Dresdner Verkehrsgesellschaft. Unten nach Fahrzeugkilometer, oben nach Personenkilometer.(Link)

Hier lohnt sich der Blick ins Detail: Bezieht sich die Angabe auf die Fahrzeugkilometer, Platzkilometer oder Personenkilometer? Alle drei Messgrößen haben ihre Berechtigung – sie dürfen für einen brauchbaren Vergleich aber eben nicht vermischt werden. Wir erklären die Unterschiede am Beispiel des Energieverbrauchs.

  • Der Energieverbrauch pro Fahrzeugkilometer (bzw. pro Wagenkilometer, Nutzkilometer) gibt den blanken Verbrauch für jeden gefahrenen Kilometer an. Dieser Wert ist einfach zu berechnen – hat allerdings seine Nachteile, wenn es um den Vergleich von Verkehrsmitteln verschiedener Größen geht. Logischerweise verbraucht ein Gelenkbus mehr Energie als ein PKW und ein Containerschiff mehr als ein Schlauchboot. Hilfreich ist dieser Wert aber, wenn ähnliche Fahrzeuge verglichen werden sollen – also beispielsweise Solobusse von Hersteller A und von Hersteller B.
  • Um auch Fahrzeuge verschiedener Größen vergleichen zu können, wird häufig der Energieverbrauch pro Platzkilometer angegeben. Dazu wird der Wert pro Fahrzeugkilometer durch die Anzahl an Plätzen geteilt – also die Frage beantwortet, wie viel Energie zum Transport einer Person verbraucht wird. Damit werden Fahrzeuge verschiedener Größen vergleichbar. Allerdings muss hier auch klar sein, ob sich die Angabe auf die Sitzplätze bezieht oder auch die Stehplätze mit einrechnet.
  • Die Angabe pro Platzkilometer hat allerdings auch eine Schwäche: Sie geht davon aus, dass die Fahrzeuge zu 100% ausgelastet sind – rund um die Uhr, 365 Tage im Jahr. Das sind sie aber nicht – weder Autos, noch Busse, noch Bahnen. Daher wird zum Vergleich in ebenfalls der Energieverbrauch pro Personenkilometer herangezogen. Statt der Anzahl an Plätzen wird hier die durchschnittliche Auslastung angenommen – also bei einem PKW beispielsweise 1,3 Personen (statt fünf Plätzen). So kommt man der Realität schon etwas näher. Für die Durchschnittswerte gibt es wahlweise bundeseinheitliche Werte (beispielsweise ermittelt vom VDV) – bei regionalen Besonderheiten lassen sich hier aber auch individuell ermittelte Werte verwenden.

Prinzipiell sind diese Angaben mit jeder beliebigen Kennzahl des ÖPNV denkbar: Energieverbrauch, Kraftstoffverbrauch, Emissionen, Kosten, Unfallhäufigkeit, Personalaufwand. Von der konkreten Fragestellung hängt dann ab, welche der Angaben die sinnvollere ist.

Vergleich der verschiedenen Verkehrsleistung eines VW Golf.