Der Klimawandel äußert sich bereits

Die Zunahme an Extremwetterereignissen hat sich für viele im Jahr 2020 und 2021 im alltäglichen Leben schon bemerkbar gemacht. Für einige, die Waldbrände und Überflutungen erfahren mussten, ist der Klimawandel bereits eine Katastrophe. So müssen wir im Rahmen unserer Möglichkeiten die Förderungen und Optionen, die uns der Gesetzgeber zur Bekämpfung des Klimawandels bietet, nutzen. Um den Emissionen von Treibhausgasen entgegenzuwirken, hat man sich im Rahmen des Pariser Klimaabkommens eine Begrenzung der globalen Erwärmung bis 2050 auf möglichst 1,5 °C gesetzt – die Europäische Kommission strebt in ihrem Strategiepapier von 2018 Netto-Treibhausgasemissionen von null in der gesamten EU bis zum Jahr 2050 an. Aktuell aber berichtet die Global Climate Crisis Advisory Group von einer durchschnittlichen globalen Zunahme der Durchschnittstemperatur von bereits 1,2 °C. Insbesondere erwärmt sich die Arktis bei einer Zunahme von 3 °C seit 1860 schneller als erwartet [6].

Der Verkehr ist für fast 30 Prozent der gesamten CO₂-Emissionen der EU verantwortlich. Hiervon entfallen alleine 72 Prozent auf den Straßenverkehr. Die EU hat sich das Ziel gesetzt, die Verkehrsemissionen bis 2050 um 60 Prozent gegenüber dem Stand von 1990 zu senken [7]. Als vielversprechende Lösung bietet sich die Elektrifizierung des Verkehrs und die Verwendung von erneuerbaren Energiequellen an.

Lebenszyklusanalysen (LCA) von E-Autos zeigen geringeren CO₂-Fußabdruck als konventionelle Autos

Für diesen Blog hat der Autor fünf aktuelle Studien zum „Pro und Kontra“ von E-Autos ausgewertet. Diese wurden von unabhängigen Organisationen erstellt (siehe Quellenverzeichnis). In allen fünf Studien ergab sich die zentrale Aussage, dass die Nachhaltigkeit und damit der CO₂-Fußabdruck von E-Autos gegenüber konventionellen Autos im Wesentlichen von dem Anteil des verwendeten Ökostroms, sowohl bei der Herstellung als auch bei dem Fahrbetrieb abhängt. In zurückgelegten Kilometern ausgedrückt: Ein E-Auto, das mit einem Mix aus Kohle- und Ökostrom gefahren wird, gleicht die Differenz der Emissionen gegenüber einem konventionellen Auto erst ab ca. 30.000 km aus [4]. Hierbei ist anzumerken, dass in Zukunft der Anteil von Ökostrom im Deutschen Stromnetz zunehmen wird – gemäß dem Ziel der Bundesregierung ist ein Anstieg auf mindestens 65 Prozent bis 2030 geplant. Auch im Bereich der Herstellung von Fahrzeugbatterien sind erhebliche technologische und umweltspezifische Fortschritte zu erwarten.

Förderprogramme für Ladeinfrastruktur

Auf Basis der Förderrichtlinie Elektromobilität fördert das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) batterieelektrische Mobilität. Dieses Jahr (2021) können Förderanträge zu den Bereichen E-Ladepunkte, E-Fahrzeuge und Konzepte gestellt werden. Es werden sowohl öffentlich zugängliche Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge als auch private Ladepunkte gefördert [10].

Förderung öffentlich zugänglicher Ladeinfrastruktur

Mit dem Programm „Ladeinfrastruktur vor Ort“ vom 24.03.2021 setzt das BMVI das vorherige Programm fort. Die Förderung soll insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen fördern in Elektromobilität zu investieren. Anträge dafür können bis zum 31.12.2021 gestellt werden [10].

Gefördert werden Normalladepunkte mit einer Leistung bis zu 22 kW sowie Schnellladepunkte mit einer Leistung von mehr als 22 kW, an denen ausschließlich mit Gleichstrom (DC) geladen wird. Auch die Kosten für dazugehörige Netzanschlüsse bzw. Kombinationen aus Netzanschluss und Pufferspeicher sind förderfähig. Mit den zur Verfügung stehenden Haushaltsmitteln sollen bis Ende 2025 mindestens 50.000 Ladepunkte (davon mindestens 20.000 Schnellladepunkte) errichtet werden [10].

Alle Informationen zu den laufenden Antrags- und Bewilligungsverfahren können auf der Homepage der Bundesanstalt für Verwaltungsdienstleistungen eingesehen werden. Zusätzlich bieten manche Bundesländer eine eigene Förderung der Ladeinfrastruktur an.

Förderung privater Ladeinfrastruktur

In Ergänzung zum bestehenden Programm zur Förderung für Elektroautos unterstützt das BMVI auch private Grundstücksbesitzer im Wohnungsbau. Mieter, Eigenheimbesitzer und Vermieter können 900 Euro pro Ladepunkt beim Einbau privater Ladestationen beantragen. Nicht antragsberechtigt sind Unternehmen, die Ladestationen für eine gewerbliche Nutzung errichten wollen (z. B. als Kundenpark-plätze oder zum Laden von Dienstfahrzeugen).

Grundsätzlich ist die Förderung an folgende Bedingungen geknüpft:

• Die Ladestation muss über eine Normalladeleistung von 11 kW verfügen.
• Der Strom muss ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien nutzen; zum Beispiel direkt aus der eigenen Photovoltaik-Anlage oder über den Energieversorger.
• Die Ladestation muss intelligent und steuerbar sein. So soll eine Überlastung der örtlichen Stromnetze vermieden werden.

Gefördert werden die Wallboxen bzw. Ladestation sowie das Energie- und Lademanagementsystem zur Steuerung der Ladestationen und der elektrische Anschluss inklusive Installation durch einen Elektriker. Beantragen kann man das Geld bei der KfW über das Zuschussportal.

E-Ladestationen bei der Green Building-Zertifizierung

BREEAM

BREEAM ist ein weitverbreitetes britisches System zur Beurteilung und Zertifizierung von ökologischen Gebäuden. Unter der Vielzahl an verschiedenen Credits, die zur Beurteilung eines Projektes zur Auswahl stehen, bietet sich der Credit „Alternative Verkehrsmittel“ an. Dort können Punkte, je nach Systemvariante (Neubau oder Bestand), für die Einrichtung bzw. den Betrieb von E-Ladestationen verliehen werden. Bedingung ist, dass Elektroladestationen für mindestens 3% der gesamten Parkplätze zur Verfügung stehen. Weiterhin ist zu zeigen, dass die eingesetzten E-Fahrzeuge einen geringeren CO₂-Ausstoß im Lebenszyklus haben als konventionelle Fahrzeuge. Aufgrund von Fortschritten in der Batterietechnik und einen zunehmend besseren nachhaltigen Strommix ist man mittlerweile in der Lage, hierzu die nötigen Daten/Nachweise zu bekommen.

LEED®

LEED ist ein weitverbreitetes erfolgreiches amerikanisches System, das ähnlich wie BREEAM die Verwendung von alternativen Fahrzeugen belohnt. Die Systemvariante Building Design and Construction v4 (LEED BD+C v4) verlangt im Rahmen des Credits „Green Vehicles“, dass 5% der Parkplatzkapazität für alternative Fahrzeuge zur Verfügung gestellt werden. Für diese Parkplätze muss außerdem ein Nachlass von 20% an Parkgebühren gewährt werden. Hat man sich für die Förderung von E-Fahrzeugen entschieden, sind zusätzlich 2% der gesamten Parkplätze mit E-Ladestationen bzw. Wallboxen auszustatten. Unter anderem müssen die E-Ladestationen Informationen austauschen können und für spezielle Anwendungen (z. B. Laden mit Nachtstrom bzw. Laden bei günstigen Stromtarifen off-peak charging) programmierbar sein.

Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetz (GEIG)

Im März 2021 ist das „Gesetz zum Aufbau einer gebäudeintegrierten Lade- und Leitungsinfrastruktur für die Elektromobilität“ in Kraft getreten. Es schreibt für den Neubau und für die Sanierung von Wohn- und Nichtwohngebäuden eine Mindestanzahl an Stellplätzen vor, die mit der technischen Infrastruktur bzw. mit Ladestationen versorgt sein müssen.harging stations.

Neubau

Laut GEIG ist beim Neubau von Wohngebäuden mit mehr als fünf Stellplätzen künftig jeder Stellplatz mit Schutzrohren für Elektrokabel auszustatten. Dies gilt beim Neubau von Nichtwohngebäuden mit mehr als sechs Stellplätzen für jeden dritten Stellplatz. Zusätzlich ist in Nichtwohngebäuden mindestens ein Ladepunkt zu errichten.

Renovierung von Bestandsgebäuden

Bei einer größeren Renovierung von bestehenden Wohngebäuden mit mehr als zehn Stellplätzen müssen alle Stellplätze mit Schutzrohren für Elektrokabel ausgestattet werden. Bei einer größeren Renovierung bestehender Nichtwohngebäude mit mehr als zehn Stellplätzen muss jeder fünfte Stellplatz mit Schutzrohren für Elektrokabel ausgestattet und zusätzlich mindestens ein Ladepunkt errichtet werden. Nach dem 1. Januar 2025 ist jedes Nichtwohngebäude mit mehr als zwanzig Stellplätzen zudem mit mindestens einem Ladepunkt auszustatten.

Ausnahmen sind unter anderem für Nichtwohngebäude vorgesehen, die sich im Eigentum von kleinen und mittelständischen Unternehmen befinden und überwiegend von ihnen selbst genutzt werden, oder für Bestandsgebäude, wenn die Kosten für die Lade- und Leitungsinfrastruktur sieben Prozent der Gesamtkosten einer größeren Renovierung überschreiten.

Glossar

Ladepunkt

Ein Ladepunkt ist die Stelle einer Ladeeinrichtung, an der ein einzelnes Elektrofahrzeug angeschlossen wird (siehe Abbildung).

Ladeeinrichtung/Wallbox/Ladestation

Ladeeinrichtungen sind entweder Steckdosen in der festen Installation, die unter Berücksichtigung ihrer Dauerstrombelastbarkeit für das Laden von Fahrzeugen geeignet sind oder Ladesäulen sowie Wandboxen (Wallboxen) zur Installation in Garagen, Carports oder an Stellplätzen, die einen oder mehrere Ladepunkte versorgen.

Laden mit Wechselstrom

Beim Laden mit Wechselstrom (AC-Laden) wird die elektrische Energie aus dem Wechselstromnetz unter Verwendung von einer oder drei Phasen zunächst in das Fahrzeug übertragen. Das im Fahrzeug eingebaute Ladegerät übernimmt die Gleichrichtung und steuert das Laden der Batterie. In den meisten Fällen wird das Fahrzeug über eine geeignete Stromversorgungseinrichtung, z. B. eine AC-Ladestation oder AC-Wallbox, mit dem Wechselstromnetz verbunden.

Laden mit Gleichstrom

Das Laden mit Gleichstrom (DC-Laden) benötigt eine Verbindung des Fahrzeugs mit der Ladestation über ein Ladekabel, wobei das Ladegerät in der Ladestation integriert ist. Die Steuerung des Ladens erfolgt über eine spezielle Kommunikationsschnittstelle zwischen Fahrzeug und Ladestation.

Induktives Laden

Üblich ist derzeit das leitungsgebundene Laden, auch konduktives Laden genannt. Beim induktiven Laden erfolgt die Energieübertragung mit Hilfe des Transformatorprinzips. Diese Technologie befindet sich für Elektrofahrzeuge aktuell noch in der Entwicklung und Standardisierung. Aus diesem Grund ist sie kommerziell großflächig noch nicht verfügbar.

Normalladen und Schnellladen

Alle Ladevorgänge mit einer Ladeleistung von bis zu 22 kW werden als Normalladen bezeichnet. Ladevorgänge mit höheren Leistungen werden als Schnellladen angesehen. Schnell- und Normalladung werden einander in Zukunft noch stärker ergänzen. Das Schnellladen mit Gleichstrom (DC) ist geeignet für Langstreckenfahrer in ganz Deutschland, die ihre Elektroautos ohne Umwege und Wartezeiten aufladen können. Das Normalladen mit Wechselstrom (AC) ist in erster Linie für Standorte vorgesehen, an denen der Kunde länger verweilt [10].

Combined Charging System

Ladebetriebsarten

Die Stecker und Kupplungen zum Laden von Elektrofahrzeugen sind europaweit genormt. So wird für die Normalladung mit Wechselstrom (AC) der Typ 2 Stecker eingesetzt. Für die Schnellladung mit Gleichstrom (DC) wird der Combo-2-Stecker (CCS) verwendet. Mit welchem Ladekabel und an welchen Ladesäulen das Elektrofahrzeug aufgeladen werden kann, beschreibt die Ladebetriebsart. Aktuell gibt es vier Ladebetriebsarten, die in der Norm IEC 61851-1 spezifiziert sind.

Wechselstromaufladung mit einer genormten Steckvorrichtung, beispielsweise an einer Schutzkonktakt- oder CEE-Steckdose, mit bis zu 16A. Es findet keine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur statt. Zwingend erforderlich bei dieser Ladebetriebsart ist das Vorhandensein einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (FI-Schutzschalter, RCD [Residual Current Device]). 

Die Ladebetriebsart 2 beschreibt das Laden an einer handelsüblichen genormten Schutzkontakt- oder CEE-Steckdose bis maximal 32 A dreiphasig. Dieser Mode zeichnet sich durch die sogenannte In Cable Control and Protection Device (IC-CPD) aus. Diese IC-CPD ist in die Ladeleitung integriert und sorgt als Schutz- und Steuereinrichtung für eine sichere Leistungseinstellung. Zudem sorgt sie für die vorgeschriebene Kommunikation mit dem Fahrzeug.

Der aktuelle Standard für Wechselstrom-Ladesäulen gemäß IEC 61851 ist die Ladebetriebsart 3. Das Laden findet an einer speziell genormten Ladesteckdose statt, die in einer am Netz fest installierten Ladestation oder Wallbox verbaut ist. Alternativ kann am Ladepunkt auch ein fest angeschlagenes Ladekabel vorhanden sein. In der Ladestation sind alle erforderlichen und sicherheitsrelevanten Komponenten verbaut, wie PWM, Kommunikations-modul, FI-Schutzschalter oder der Überspannungsschutz. Im Mode 3 kann bis zu einem Ladestrom von maximal 63A dreiphasig geladen werden. Dadurch ist eine Ladeleistung bis 43,5kW möglich.

Diese Ladebetriebsart beschreibt die Gleichstrom-Aufladung an einer fest installierten Ladestation. Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen befindet sich das Ladegerät nicht im Fahrzeug, sondern ist Bestandteil der Ladesäule. Die Ladeleitung ist ebenfalls fest an der Ladestation angeschlossen. Im Ladebetriebsart 4 kann das Fahrzeug mit zwei verschiedenen Steckvorrich-tungssystemen geladen werden: dem “Combined Charging System” (CCS) mit einem Ladestrom von bis zu 200 A und einer Ladeleistung bis 170 kW und dem aus Japan stammenden CHAdeMO-System mit geringerer Ladeleistung.

Tabelle 4: Die verschiedenen Ladebetriebsarten

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References:

1. „Wie umweltfreundlich sind Elektroautos?, BMU 2021, Ifeu 2020“.
2. „Lithium-Ion Vehicle Battery Production, Status 2019 on Energy Use, CO₂ Emissions, Use of Metals, Products Environmental Footprint, and Recycling, ivl in cooperation with the Swedish Energy Agency“.
3. „Sensitivity Analysis in the Life-Cycle Assessment of Electric vs. Combustion Engine Cars under Approximate Real-World Conditions, University of Applied Sciences, 2020“.
4. „Vergleich der lebenslangen Treibhausgasemissionen von Elektroautos mit den Emissionen von Fahrzeugen mit Benzin- oder Dieselmotoren, TU Eindhoven, 2019“.
5. A Global Comparison of the Life-Cycle Greenhouse Gas Emissions of Combustion Engine and Electric Passenger Cars, Georg Bieker 2021 International Council on Clean Transportation, July 2021
6. Extrem Weather Events in the Artic and Beyond a Global State of Emergency, das Global Climate Crisis Advisory Group CCGA, July 2021
7. https://www.europarl.europa.eu/news/de/headlines/society/20190313STO31218/co2-emissionen-von-autos-zahlen-und-fakten-infografik
8. Agora Energiewende and Ember (2021): The European Power Sector in 2020: Up-to-Date Analysis on the Electricity Transition
9. Der Technische Leitfaden Ladeinfrastruktur Elektromobilität Version 3, BDEW, DKE,VDE FNN, DKE, 2020, https://www.vde.com/resource/blob/988408/ca81c83d2549a5e89a4f63bbd29e80c6/technischer-leitfaden-ladeinfrastruktur-elektromobilitaet—version-3-1-data.pdf
10. Webseite BMVI; Förderprogramm Batterie-Elektromobilität https://www.bmvi.de/DE/Themen/Mobilitaet/Elektromobilitaet/Elektromobilitaet-kompakt/elektromobilitaet-kompakt.html
11. Das Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetz (GEIG) https://www.dabonline.de/2021/05/21/geig-gebaeude-elektromobilitaetsinfrastruktur-gesetz-ladestationen-neubau-sanierung/