Energiebedarf für die Erzeugung von Benzin

[humpataa]

Hallo,

oft wird im Zusammenhang mit Elektroautos das Argument gebracht, dass (zumindest heute) deren "ökologischer Fußabdruck" wegen des sehr hohen Energieaufwands und des Drecks der dabei entsteht nicht "besser" als klassische KFZ sind. Für mich ein Totschlagargument für alle ewig Gestrigen, aber macht sich eben prima in den Medien. Und eben auch für Politiker als Grund, die Elektromobilität immer wieder in Frage zu stellen.

Hingegen muss für jeden Liter Benzin / Diesel das Öl gefördert, transportiert, gereinigt & raffiniert und wieder transportiert werden. Hat jemand Zahlen, was diese Herstellung & Bereitstellung an Energie kostet und an Dreck produziert?

Viele Grüße!

[Odanez]

So in etwa sind es 500g CO2 pro Liter Benzin / Diesel. Das resultiert aus dem Abbau, Transport, und was in der Raffinerie in nicht wieder gewinnbare Hitze umgewandelt wird.

[AbRiNgOi]

https://www.emcaustria.at/oekobilanz-al ... -antriebe/

[peder]

https://energiewirtschaft.pro/118-klima ... ofahrzeuge

[SunDance_879]

https://edison.handelsblatt.com/e-hub/s ... BllKW6-ap3

[JoDa]

"You have enough electricity to power all the cars in the country if you stop refining gasoline“
Elon Musk 2011 [1]
D.h. Elektroautos benötigen zum Laden keine zusätzliche elektrische Energie. Da diese elektrische Energie nicht mehr von den Raffinerien zur Erzeugung von Benzin benötigt wird.
Seit dieser Falschaussage von Elon Musk werden immer wieder ähnliche falsche Behauptungen von Elektroautofans aufgestellt. Ich glaube es ist nicht notwendig zu Lügen, um die Vorteile des Elektroautos gegenüber den Verbrennern zu erkennen. Im Gegenteil, durch solche offensichtliche Lügen machen sich die Anhänger des Elektroautos nur unglaubwürdig. Daher ist es notwendig diese Aussagen Richtig zu stellen.

Ein Durchschnittsauto hat einen Verbrauch von ca. 7 Liter pro 100km (Benziner) bzw. 18 kWh pro 100km (E-Auto gleicher Baugröße und gleicher Fahrweise wie Benziner inkl. 10% Ladeverluste) [2]. Damit die Aussage von Elon Musk stimmt müssten zur Erzeugung von 1 Liter Benzin mindestens 18kWh/7 = 2,5 kWh an elektrischer Energie aufgewendet werden. Oder einfacher gesagt ca. 30% vom Heizwert von Benzin (=8,4 kWh/l).
D.h.: Ein Elektroauto braucht zum Antrieb nur ca. 30% der Energie eines Benziners, da Verbrennerautos den Großteil der benötigten Wärmeenergie wieder an die Umwelt abgeben. Ein Verbrennerauto ist also physikalisch gesehen eine fahrende Heizung.

Wie viel zusätzliche elektrische Energie wird bei der Produktion von Benzin nun wirklich benötigt?
Der Energiebedarf einer Raffinerie wird zum größten Teil aus Rohöl oder zugekauftem billigen Erdgas gedeckt! Elektrische Energie welche in der Raffinerie selbst aus Abwärme erzeugt wird, darf nicht berücksichtigt werden, da ohne Raffinerie diese Elektrische Energie nicht erzeugt würde.
Die Daten für den elektrischen Energiebedarf der Raffinerien eines Landes sind nicht ganz einfach zu finden. Für die meisten europäischen Länder findet man die Daten bei EUROSTAT [3]. Statistical Review of World Energy von BP [4] liefert den jährlichen Raffineriedurchsatz an Erdöl eines Landes. Damit kann man für ein Land den elektrischen Energiebedarf der Raffinerien pro Liter Benzin abschätzen wenn man annimmt, dass für jedes Endprodukt (Flüssiggas bis Heizöl) die selbe Energiemenge pro Kilogramm aufgewendet wird. Typischerweise erhält man dann ca. 0,04 kWh pro Liter Benzin. Oder einfacher formuliert 0,5% vom Heizwert von Benzin (=8,4 kWh/l) .
Wenn man sich die gesamte Kette well-to-tank (vom Bohrloch bis zur Tankstelle) ansieht so benötigen nach den Raffinerien die Pumpen für die Ölpipelines am meisten elektrische Energie. Die Effizienz von Ölpiplines (=Pumpenergie : transportierte Energie) ist jedoch > 99,9% [5]. Also ist die Elektrische Pumpenergie < 0,1% des Heizwertes von Benzin.
Der von Elon Musk angenommene zusätzliche elektrische Energiebedarf für die Herstellung von Benzin ist um einen Faktor 50 (=30% : 0,6%) zu hoch!

Wie viel Energie wird zur Produktion von Benzin nun wirklich benötigt?
Die Aussage von Elon Musk geht von Daten von Jake Wand einem Mitarbeiter des Department of Energy DoE aus dem Jahr 2008 [6] aus. Raffinerien in den USA hatten demnach einen Energiebedarf von ca. 6kWh pro amerikanische Gallone = ca. 1,6 kWh pro Liter = knapp 20% vom Heizwert von Benzin. Elon hat offensichtlich geglaubt es handelt sich dabei um den elektrischem Energiebedarf, stattdessen handelte es sich um den Gesamtenergiebedarf.
Für Raffinerien in Deutschland liefert einer Studie der Deutschen Energie Agentur DENA aus dem Jahre 2011 nur ca. die Hälfte des von der DoE angegebenen Gesamtenergiebedarfs pro Liter Benzin. [7]
Aktuellere Daten von einzelnen deutschen Raffinerien findet man in deren Umwelterklärungen, jedoch nicht aufgeschlüsselt auf die einzelnen Produkte. Z.B.: Raffinerie Ingolstadt 2017 [8]: Gesamtenergieverbrauch pro Tonne Rohöl = 0,718MWh/toe (1toe = 11,63MWh) = 0,062 = 6%
Der Energiebedarf vom Bohrloch bis zum Tank (=well to tank), inklusive Energiebedarf für den Bau und die Instandhaltung der Infrastruktur, wird statistisch nicht erfasst. Auf Wikipedia [9] wird nur mehr eine Studie für die Schweiz genannt welche im Auftrag der Stadt Zürich im Jahr 2008 einen Primärenergiefaktor von Benzin von 1,29 berechnete. Also 29% von 8,4kWh/l = 2,4kWh/l. (Mittlerweile ist auch diese Studie nicht mehr allgemein zugänglich.)
Die CO2-Emissionen werden jedoch von den Umweltbundesämtern berechnet. Und da der Energiebedarf der Vorkette fast ausschließlich durch Verbrennung von Erdöl und Erdölprodukten gedeckt wird, schätze ich den Anteil der Vorkette beim Energieaufwand gleich hoch, wie der Anteil der CO2-Emissionen.
Lt. CO2-Rechner des österreichischen Umweltbundesamtes [10] gilt derzeit (Werte werden ca. jedes Jahr aktualisiert) für 1 Liter Benzin in Österreich:
Emissionen indirekt : Emission direkt = 0,602 kgCO2equ : 2,144 kgCO2equ = 0,281 = 28%
Also nahezu das gleiche Ergebnis wie bei der Studie für die Schweiz.
Insofern stimmt die Aussage:„Der Energiebedarf für die Erzeugung von Benzin für ein Auto ist so groß wie die Antriebsenergie eines Elektroautos.“

Zusammenfassung
Frage: Wieviel Strom braucht die Benzinherstellung wirklich?
Kurzantwort: Wenig! (Weniger als 1% des Heizwertes von Benzin, wird vom Stromnetz zugekauft.)

Frage: Wieviel Energie braucht die Benzinherstellung wirklich?
Kurzantwort: Viel! (ca. 20% des Heizwertes von Benzin, ist alleine der Energiebedarf well-to-tank ohne Energiebedarf für die Infrastruktur.)

Frage: Wen interessiert der Energieverbrauch bei der Benzinherstellung?
Kurzantwort: Niemand! (Den Kunden interessiert nur was der Benzin an der Tanke kostet. Die Industrie macht nur eine effizientere Benzinproduktion wenn es sich rechnet. Bis dahin werden z.B. die Begleitgase [11] einfach abgefackelt.)

Quellennachweis:
[1] http://www.businessinsider.com/elon-mus ... 11-10?IR=T
[2] https://www.spritmonitor.de/de/suche.html
[3] http://appsso.eurostat.ec.europa.eu/nui ... 5a&lang=de
Bei "Energieindikator" die „+“ Schaltfläche drücken und „Verbrauch in Raffinerien“ auswählen.
Bei „Maßeinheiten“ Gigawattstunden auswählen.
[4] http://www.bp.com/en/global/corporate/e ... nergy.html
Unter dem obigen Link als PDF oder xlsx downzuladen. Unterpunkt „Oil –Refinery throughput“ auswählen.
[5] viewtopic.php?f=45&t=24455&start=340#p1025377
[6] https://evmc2.wordpress.com/2014/08/28/ ... as-energy/
[7] https://www.mwv.de/wp-content/uploads/2 ... x_2011.pdf
Siehe Abbildung 11: 8,7% von 8,4kWh/l . (240/210) =0,84kWh/l
[8] https://gunvor-raffinerie-ingolstadt.de ... VTcubTDMUG
[9] https://de.wikipedia.org/wiki/Well-to-Tank
[10] http://www5.umweltbundesamt.at/emas/co2mon/co2mon.html
[11] https://www.stefanschroeter.com/220-fue ... itgas.html

[AndiH]

Auch spannend : https://www.mwv.de/positionen/strombela ... ffinerien/

[Duke711]

Gilt auch für Benzin:

- die Ölbohrung

Ausgehend von einer Ölfeldgröße von 50 Milliarden Barrel - 7,95 Billionen Liter was einer Energiebilanz von 7,5761 * 10^12 Kwh entspricht.
In einer Tiefe von 3000 Meter bei einem lithostatischen Druck, je nach Gestein, von ~ 1150 bar, und deutlich höher als der hydrostatischer Druck von ledeglich 241 bar. Es wird also noch nicht mal eine klassische Tiefpumpe benötigt, wie man es aus klassischen US Filmen kennt.
Somit müssen nur einige Tonnen Stahl, Beton und Wasser für eine einmalige Tiefbohrung aufgwandt werden. Hier sollte aber schon zu erkennen sein, dass diese wenigen Tonnen Ressourcen und deren aufbgebrachte Energie zu Herstellung bezüglich der Energiebilanz von 7,5761 * 10^12 Kwh überhaupt nicht
von Relevanz sind. Aussagekräftige Studien kann man eben falls darüber sehr schlecht erstellen. Da u.a auch der Energieaufwand der Tiefbohrung von der geologischen Beschaffenheit abhängig ist. Außerdem wäre solch eine Rechnung auch überhaupt nicht gerechtfertigt. Dann müsste man bezüglich der Elektrofahrzeuge auch die Herstellung der Stromtrassen in die Rechnung mit einbeziehen, die deutlich mehr an Stahl und somit Energie benötigt als eine Tiefbohrung.

Wenn wir unrealistisch pessimistisch sind, wird die Effizienz auf einen Promille Verlust - 0,999 beziffert.


Ergänzung Ölbohrung

Das Dichteverhältnis von Methan zu Öl beträgt 1.311. Selbst wenn das Öl mit 30% Methan versetzt wäre (was utopisch wäre), wäre das Verhältnis der Pumpleistung:

860 kg/m³ * 0,7 + 0,656 kg/m³ * 0,3 / 860 kg/m³ = 0,7 / 0,7002 = 0,3 Promille Verlust aufgrund des Methananteils. Ansonsten würde man es auch nicht an der Lagerstätte verbrennen. Auch die Ölfirmen haben nichts zu verschenken.


Konventionelle Lagerstätten befinden sich in relativ hochporösen und permeablen Speichergesteinen und enthalten relativ dünnflüssiges Öl. Sie können mit herkömmlicher Fördertechnik vergleichsweise kostengünstig bewirtschaftet werden. Die größten bzw. produktivsten Ölfelder der Erde werden unter der Bezeichnung Giant Fields („Riesenfelder“) zusammengefasst. Die größten 500 Ölfelder, d. h. 1 % aller bekannten Ölfelder, lieferten 2005 60 % des gesamten geförderten Öls, wobei die größten 20 rund 25 % des gesamten Öls lieferten.[2]
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Also kann man von 60% ausgehen, denn die meisten 500 größten Ölfelder sind noch nicht erschöpft. Sicherlich die meisten Ölfelder von diesen 500 werden nicht mehr über eine Eruptivförderung betrieben, aber letztendlich wird da nur Meerwasser reingepumpt. Also sind Pumpverluste zu berücksichtigen. Nur ist das Verhältnis von der Pumpleistung zum Energiegehalt des Öles sehr klein.

Ein Bohrloch hat einen Druchmesser ~ 200 mm, Tiefe 1500 Meter. Also würden die Reibverluste bei einem Massenstrom von 100kg/s = 2* 14,46 -> 28,92 bar betragen. Dazu noch der geodätische Druckverlust von 125 bar = 154 bar. Die Pumpe bräuche also eine Leistung von

P = 860 kg/m³ * 1848 Meter * 9,81 m² * 0,116 m³/s
= 1808 kW oder 2459 PS

100 kg/s * 42,84 MJ/kg

= 4.284.000 kW -> 1808 kW / 4.284.000
= 0,9996

D.h. ein Verlust von einem Promille war schon ein guter Ansatz.






- der Öltanker

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Als Quelle hier zu:

Analyse der Einflüsse auf den
Energieverbrauch bei Containerschiffen
und Entwicklung von Indikatoren zur
Bewertung der Energieeffizienz

Dirk Scheidt
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Auch hier wieder eine pessimistische Betrachtungweise, in dem von einem Containerschiff ausgegangen wird, was eine deutliche höher Stirnfläche und somit Luftwiderstand hat als ein Öltanker.

In dieser wurden zwei Messfahrten von zwei Routen über den Atlantik von Le Havre - Charlston durchgeführt.
Die Distanz betrug 3768 sm und 3738 sm, bei einer Fahrzeit von 220,75 h und 219,25 h, sowie 17,05 und 17,03 kn


Umgerechnet auf die Ladung des Tankers:


450.000 tdw, bei einer Dichte von 0,86 t/m³ = 523.256 m³

Strecke 3738 Seemeilen = 3641 t Brennstoffverbrauch -> HU 40,26 MJ/kg /// 0,01118 GWh/t * 3641 t -> 40,718 GWh -> Tanker

Energiegehalt Rohöl bei 0,0119 GWh/t * 450.000 tdw = 5,355 GWh

-> 40,718 GWh / 5355 GWh = 0,0076-> 0,9924



- Transport vom Hafen zur Raffinerie
z.B. Rheinland Raffinerie Werk Nord bei Köln

Fahrtstrecke 425 KM

Nettoinhalt 25 Tonnen Tankzug -> 32 m³

Verbauch Benz Actros 1848 31,9 Liter auf 100 KM
-> 0,135575 m³
-> Dichte Diesel 0,832 t/m³ und 0,01127984 GWh/t
-> 0,135575 m³ * 0,832 t/m³ = 0,1127984 t
-> 0,01127984 GWh/t * 0,1127984 t / 25 t * 0,0119 GWh/t = 0,0043 --> 0,9957


- die Raffinerie
Quelle Input - Output Bilanz der Gunvor Raffinerie Ingolstadt

Input

Rohöl 3986 kt
3119 GWh

Output

Flüssigas 313 kt
Propylen 52 kt
Benzin + Diverate 1391 kt
Flugbenzin 62 kt
Diesel 1627 kt
Heizöl Leicht 440 kt
Heizöl schwer 94 kt
Eigenverbrauch (Rohöl) 241 kt
123 GWh

(Bitumen, Schwefel, sowie Abfallprodukte habe ich mal vernachlässigt)


Da kommt natürlich mehr raus, da beim Input weder Wasser noch Additive aufgezählt worden sind.

Rechenweg:
Hier einfach den HU (Unterer Heizwert) aller Brennstoffe mit der Masse multiplizieren und in GWh umrechnen


Bilianz Output 49063,86 GWh / Input 50587,4 --> 0,969


- Der Transport zu Tankstelle

Fahrtstrecke 150 KM

47,85 Liter / 32000
-> 0,9985

Gesamtwirkungsgrad der Kette

0,955 oder 0,447 KWh pro 1 Liter Diesel

[Odanez]

Was zu den Energiekosten hinzugezählt werden muss sind 1. Konstruktion der benötigten Werkzeuge, Infrastrukturen, Schiffe und Raffinerien, um das Erdöl zu fördern, transportieren und verarbeiten - sowie 2. die Verschrottung ausgemusterter dieser. Eigentlich auch noch 3. die Kosten um die dadurch entstandenen Umweltschäden wieder rückgängig zu machen. Dazu zählen auch die ganzen Oilspills auf die gesamtförderung aufgerechnet.

Dasselbe wird ja schon im Vergleich bei Kraftwerken gemacht - bei der Berechnung wie sauber z.B. Solarstrom ist wird auch hinzugerechnet, wie hoch die Umweltbelastung bei der Produktion und Entsorgung der Zellen ist.

[Duke711]

Da wird sich aber die Katze in den Schwanz beißen, den gerade bei den E-Mörren oder Autos allgemein wird viel Kunststoff (Kabelisolierung, Lack) benötigt was nichts anderes ist als Öl. Auch bei einer Solarzelle fällt einiges an Kunststoff an.
Irgendwo sollte man für den Vergleich einen Schlußstrich ziehen. Ansonsten muss der Mensch wieder in seine Höhle zurückkehren weil irgendwie alles Emissionen verursacht.
Viel wichtiger ist die CO2 Bilanz, solange diese von der Natür abgebaut werden kann und somit der Treibhauseffekt nicht weiter befeuert wird, ist alles in Ordnung.