Well-to-Wheel vs. Tank-to-Wheel: Die ganzheitliche Betrachtung der Energieeffizienz in der Elektromobilität

Wenn es um die Umweltbilanz und Effizienz von Fahrzeugen geht, insbesondere im Vergleich von Verbrennungsmotoren und Elektroautos, ist eine präzise Betrachtung der gesamten Energiekette unerlässlich. Hier kommen die Konzepte Well-to-Wheel (WtW) und Tank-to-Wheel (TtW) ins Spiel. Während Tank-to-Wheel die Effizienz und Emissionen ab dem Moment betrachtet, in dem der Kraftstoff im Tank oder der Strom in der Batterie ist, berücksichtigt Well-to-Wheel den gesamten Lebenszyklus der Energie – von der Quelle bis zum Rad. Diese ganzheitliche Perspektive ist entscheidend, um die wahren Umweltauswirkungen und die Effizienz verschiedener Antriebsarten zu verstehen.

Tank-to-Wheel (TtW): Die lokale Betrachtung

Die Tank-to-Wheel (TtW)-Analyse, auch bekannt als Tank-to-Propeller oder Tank-to-Road, konzentriert sich auf die Phase der Energienutzung im Fahrzeug selbst. Sie misst die Effizienz und die Emissionen, die entstehen, wenn der Kraftstoff oder die elektrische Energie vom Tank (oder der Batterie) zum Antrieb der Räder gelangt [1].

Für Verbrennungsmotoren

Effizienz: Die TtW-Effizienz eines Verbrennungsmotors beschreibt, wie viel der im Kraftstoff enthaltenen Energie tatsächlich in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Moderne Benzin- und Dieselmotoren erreichen hier Wirkungsgrade von etwa 20-40%, wobei der Großteil der Energie als Wärme verloren geht [2].
Emissionen: Die TtW-Emissionen umfassen alle Schadstoffe und Treibhausgase, die direkt aus dem Auspuff des Fahrzeugs entweichen. Dazu gehören CO2, Stickoxide (NOx), Feinstaub und Kohlenmonoxid (CO).

Für Elektrofahrzeuge

Effizienz: Elektrofahrzeuge sind im TtW-Vergleich deutlich effizienter. Der Wirkungsgrad, mit dem die elektrische Energie aus der Batterie in Bewegungsenergie umgewandelt wird, liegt bei Elektromotoren typischerweise bei 80-90% [3].
Emissionen: Die TtW-Emissionen eines reinen Elektrofahrzeugs sind null, da es während der Fahrt keine direkten Emissionen ausstößt. Dies ist der Hauptgrund, warum Elektroautos in Städten zu einer besseren Luftqualität beitragen.

Well-to-Wheel (WtW): Die ganzheitliche Betrachtung

Die Well-to-Wheel (WtW)-Analyse erweitert die Perspektive und betrachtet die gesamte Energiekette von der Gewinnung der Primärenergie (Well) bis zur Nutzung am Rad (Wheel). Sie unterteilt sich in zwei Hauptphasen: Well-to-Tank (WtT) und Tank-to-Wheel (TtW) [4].

Well-to-Tank (WtT): Die Vorkette der Energiebereitstellung

Die Well-to-Tank (WtT)-Analyse umfasst alle Prozesse und Emissionen, die vor dem eigentlichen Tanken oder Laden stattfinden:

Für fossile Kraftstoffe: Hierzu gehören die Förderung von Erdöl, der Transport zur Raffinerie, die Raffination zu Benzin oder Diesel, der Transport zu den Tankstellen und die Lagerung. Jeder dieser Schritte verbraucht Energie und verursacht Emissionen [5].
Für Elektrizität: Bei Elektrofahrzeugen umfasst die WtT-Analyse die Stromerzeugung (z.B. in Kohle-, Gas-, Kernkraftwerken oder durch erneuerbare Energien), den Transport über das Stromnetz und die Ladeverluste beim Laden der Fahrzeugbatterie. Die Emissionen in dieser Phase hängen stark vom jeweiligen Strommix ab [6].

Die Kombination: Well-to-Wheel

Die WtW-Analyse addiert die Emissionen und den Energieverbrauch der WtT-Phase zu denen der TtW-Phase. Sie bietet somit ein umfassenderes Bild der Umweltauswirkungen und der Gesamteffizienz eines Fahrzeugs.

Vergleich von WtW und TtW für verschiedene Antriebsarten

Der Vergleich von TtW und WtW verdeutlicht, warum die ganzheitliche Betrachtung so wichtig ist:

Verbrennungsmotoren: Während die TtW-Emissionen direkt am Auspuff messbar sind, sind die WtT-Emissionen oft erheblich und werden bei der reinen TtW-Betrachtung ignoriert. Die Gesamteffizienz von der Quelle bis zum Rad ist bei Verbrennungsmotoren aufgrund der Verluste in der Förderung, Raffination und im Motor selbst relativ gering (oft unter 20%).
Elektrofahrzeuge: Die TtW-Emissionen sind null, was Elektroautos lokal emissionsfrei macht. Die WtW-Emissionen hängen jedoch stark vom Strommix ab. Wird der Strom aus fossilen Quellen erzeugt, können die WtW-Emissionen eines Elektroautos höher sein als die TtW-Emissionen eines effizienten Verbrenners. Wird der Strom jedoch aus erneuerbaren Energien gewonnen, sind die WtW-Emissionen eines Elektroautos deutlich geringer als die eines Verbrenners [7]. Die WtW-Effizienz von Elektroautos ist in der Regel deutlich höher als die von Verbrennern, selbst bei einem nicht optimalen Strommix, da die Umwandlung von Strom in Bewegung im Fahrzeug sehr effizient ist.

Einfluss des Strommix auf die WtW-Bilanz von Elektroautos

Die WtW-Bilanz von Elektroautos verbessert sich kontinuierlich mit dem Ausbau erneuerbarer Energien. In Ländern mit einem hohen Anteil an Wind- und Solarenergie ist die WtW-Bilanz von Elektroautos bereits heute deutlich besser als die von Verbrennern. Studien zeigen, dass Elektroautos über ihren gesamten Lebenszyklus (inklusive Batterieproduktion) in den meisten europäischen Ländern bereits heute eine bessere CO2-Bilanz aufweisen als vergleichbare Verbrenner, und dieser Vorteil wird in Zukunft noch größer werden [8].

Bedeutung für Politik und Verbraucher

Die Unterscheidung zwischen WtW und TtW ist für verschiedene Akteure von großer Bedeutung:

Politik: Für die Gesetzgebung und die Festlegung von Emissionsgrenzwerten ist die WtW-Betrachtung entscheidend, um eine echte Reduzierung der Gesamtemissionen zu erreichen. Eine reine TtW-Betrachtung würde die Verlagerung von Emissionen von der Straße in die Kraftwerke nicht erfassen.
Verbraucher: Für Verbraucher hilft das Verständnis der WtW-Analyse, eine fundierte Entscheidung beim Fahrzeugkauf zu treffen. Es zeigt, dass die Umweltfreundlichkeit eines Elektroautos nicht nur von den Emissionen während der Fahrt abhängt, sondern auch davon, woher der Strom kommt. Der Bezug von Ökostrom verbessert die WtW-Bilanz des eigenen Elektroautos erheblich.
Hersteller: Automobilhersteller müssen bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge die gesamte WtW-Kette berücksichtigen, um wirklich nachhaltige Produkte anzubieten. Dies beinhaltet auch die Optimierung der Batterieproduktion und des Recyclings.

Fazit

Die Konzepte Well-to-Wheel und Tank-to-Wheel sind unverzichtbare Werkzeuge, um die Energieeffizienz und die Umweltauswirkungen von Fahrzeugen ganzheitlich zu bewerten. Während Tank-to-Wheel die unmittelbaren Emissionen und die Effizienz im Fahrzeug betrachtet, liefert Well-to-Wheel ein umfassendes Bild, indem es die gesamte Energiekette von der Quelle bis zum Rad einbezieht. Insbesondere in der Elektromobilität ist die WtW-Analyse entscheidend, um die wahren Vorteile von Elektroautos zu erkennen und die Bedeutung eines nachhaltigen Strommixes hervorzuheben. Mit dem fortschreitenden Ausbau erneuerbarer Energien wird die WtW-Bilanz von Elektrofahrzeugen kontinuierlich besser, was sie zu einem zentralen Baustein für eine klimafreundliche Mobilität macht.

Referenzen

Autor: Jens

Dr. Jens Bölscher ist studierter Betriebswirt mit Schwerpunkt Wirtschaftsinformatik. Er promovierte im Jahr 2000 zum Thema Electronic Commerce in der Versicherungswirtschaft und hat zahlreiche Bücher und Fachbeiträge veröffentlicht. Er war langjährig in verschiedenen Positionen tätig, zuletzt 14 Jahre als Geschäftsführer. Heute ist er als Odoo-Berater tätig. Seine besonderen Interessen sind Innovationen im IT Bereich.