Zwei Drittel Wärme — was ein Verbrenner tatsächlich tut

Der Name sagt es. Ein Verbrennungsmotor verbrennt. Was dabei entsteht, ist zuerst einmal Wärme, und erst in zweiter Linie Bewegung — und zwar in einem Verhältnis, das die meisten unterschätzen, obwohl es auf jedem Kühler steht.

Rund ein Drittel der Energie im Tank landet an den Rädern. Die anderen zwei Drittel verlassen das Fahrzeug als Wärme: durch den Auspuff, durch den Kühler, durch die Reibung im Antriebsstrang. Das ist kein Konstruktionsfehler, den ein besserer Ingenieur beheben könnte. Es ist die Grenze, die der zweite Hauptsatz der Thermodynamik jeder Wärmekraftmaschine setzt.

Foto: Was hinten herauskommt, ist der größere Teil dessen, was vorn hineingegangen ist. — via Wikimedia Commons — CC BY-SA 3.0 / DeFacto

Bei einem einzelnen Auto ist das eine Fußnote. Interessant wird es, wenn man es für ein ganzes Land zusammenzählt.

Die Rechnung

Deutschland hat 2024 nach der Absatzstatistik des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle 17,71 Millionen Tonnen Ottokraftstoff und 32,23 Millionen Tonnen Dieselkraftstoff im Inland abgesetzt.

Mit den üblichen Heizwerten — 43,5 Megajoule je Kilogramm für Benzin, 42,8 für Diesel — ergibt das:

Davon zwei Drittel als Wärme: rund 400 Terawattstunden pro Jahr, die als Abwärme an die Umgebung abgegeben werden.

Diese Zahl steht allein da und sagt niemandem etwas. Deshalb zwei Vergleiche.

Vergleich 1: Der Wald

Lufttrockenes Holz hat einen Heizwert von etwa 15 Megajoule je Kilogramm. 400 Terawattstunden entsprechen also der Verbrennung von rund 95 Millionen Tonnen Holz.

Im deutschen Wald stehen nach der Bundeswaldinventur 2022 im Mittel 358 Kubikmeter Holz je Hektar, was je nach Baumart etwa 170 Tonnen entspricht. 95 Millionen Tonnen sind damit der komplette Holzbestand von rund 560.000 Hektar — 5.600 Quadratkilometer.

Auf den Tag heruntergebrochen: etwa 1.500 Hektar Wald, jeden Tag, das ganze Jahr über. Das sind rund zweitausend Fußballfelder täglich. Und weil Deutschland etwa 11,4 Millionen Hektar Wald hat: Die Abwärme des deutschen Straßenverkehrs entspricht dem gesamten deutschen Waldbestand — alle zwanzig Jahre.

Foto: Ein Waldbrand von rund zweitausend Fußballfeldern — das ist die tägliche Größenordnung. — via Wikimedia Commons — Public Domain / U.S. Fish and Wildlife Service

Vergleich 2: Die Heizung

Der zweite Vergleich liegt näher an der Lebenswirklichkeit.

Alle privaten Haushalte in Deutschland zusammen verbrauchen nach den Anwendungsbilanzen der AG Energiebilanzen etwa 650 Terawattstunden Endenergie im Jahr. Gut vier Fünftel davon gehen in Raumwärme und Warmwasser — also rund 545 Terawattstunden.

Die Abwärme des Straßenverkehrs beträgt rund 400 Terawattstunden.

Das heißt: Die Wärme, die deutsche Fahrzeuge nebenbei an die Straße abgeben, hat die Größenordnung von drei Vierteln der Energie, mit der das ganze Land heizt und duscht.

Bevor daraus eine Forderung wird: Diese Wärme lässt sich nicht einsammeln. Sie fällt am falschen Ort an, zur falschen Zeit, auf einem zu niedrigen Temperaturniveau und verteilt auf achtundvierzig Millionen bewegliche Quellen. Ein kleiner Teil wird im Winter für den Innenraum genutzt — dazu gleich mehr. Der Rest ist weg.

Der Punkt ist nicht, dass man diese Wärme nutzen sollte. Der Punkt ist, dass sie entsteht — und dass ein Antrieb ohne diesen Verlust denselben Weg mit einem Bruchteil der Energie zurücklegt.

Die Taxischlange

Es gibt einen Ort, an dem sich diese Rechnung im Winter besichtigen lässt: die Taxiaufstellfläche am Frankfurter Flughafen.

Bei Kälte laufen dort Motoren im Stand — nicht, um zu fahren, sondern um den Innenraum warm zu halten. Der Wirkungsgrad dieses Vorgangs ist im Leerlauf noch schlechter als beim Fahren, weil überhaupt keine mechanische Arbeit mehr abgenommen wird. Es wird Kraftstoff verbrannt, um an einen Nebeneffekt zu kommen.

Aus der Sicht der Wärmekraftmaschine ist das sogar folgerichtig: Die Abwärme ist ohnehin da, sie kostet scheinbar nichts, also nutzt man sie. Der Preis steht auf der Tankrechnung und im Abgas, und er wird bezahlt, weil es keinen anderen Weg gibt, an die Wärme zu kommen.

Ein Elektroauto hat diesen Weg. Es heizt mit einer Wärmepumpe, und eine Wärmepumpe liefert für eine Kilowattstunde Strom in der Regel zwei bis vier Kilowattstunden Wärme, weil sie Wärme nicht erzeugt, sondern von außen holt. Ein Standheizvorgang, der beim Verbrenner den Motor mitlaufen lässt, wird damit zu einem Vorgang, der ein Vielfaches weniger Energie braucht — und den man an der Steckdose vornehmen kann, bevor die Fahrt beginnt.

Was der Elektroantrieb anders macht

Ein Elektroauto ist nicht verlustfrei. Beim Laden gehen je nach Ladeart etwa fünf bis fünfzehn Prozent verloren, im Antriebsstrang noch einmal rund zehn. Unter dem Strich kommen ungefähr 75 bis 85 Prozent der Energie ab Steckdose an den Rädern an — gegenüber gut dreißig Prozent ab Tank.

Dazu kommt ein Posten, den der Verbrenner überhaupt nicht kennt: die Rekuperation. Beim Bremsen arbeitet der Elektromotor als Generator und schiebt einen Teil der Bewegungsenergie zurück in die Batterie. Im Verbrenner wird dieselbe Energie in den Bremsscheiben in Wärme umgesetzt und ist weg. Je nach Fahrprofil holt die Rekuperation zwischen zehn und dreißig Prozent zurück; im Stadtverkehr, wo dauernd verzögert wird, liegt sie am oberen Rand. Deshalb hat ein Elektroauto in der Stadt einen niedrigeren Verbrauch als auf der Autobahn — genau umgekehrt zum Verbrenner.

Für dieselbe Fahrleistung heißt das grob den Faktor drei. Die deutschen Pkw fahren zusammen in der Größenordnung von 600 Milliarden Kilometern im Jahr; elektrisch gefahren entspräche das etwa 120 Terawattstunden Strom, gegenüber einem Kraftstoffeinsatz in der Größenordnung von 380 Terawattstunden für dieselbe Strecke.

Eine Einschränkung gehört dazu, und sie ist die einzige, die in dieser Debatte standhält: Wenn der Strom in einem Gaskraftwerk mit fünfzig bis sechzig Prozent Wirkungsgrad erzeugt wird, schrumpft der Vorteil deutlich. Wenn er aus Wind- oder Solaranlagen kommt, die andernfalls abgeregelt worden wären, verschwindet die Gegenrechnung ganz. Das ist der Kern der Well-to-Wheel-Debatte, und wir haben ihn an anderer Stelle ausführlich durchgerechnet.

Der Auspuff und die reine Luft

Es gibt eine Behauptung, die seit einiger Zeit in der politischen Debatte kursiert und in verschiedenen Fassungen etwa so lautet: Der moderne Diesel sei eine Senke, aus dem Auspuff komme sauberere Luft heraus, als vorn angesaugt werde.

Der Teil, der stimmt, ist klein und interessant: Bei bestimmten Partikelgrößen kann ein Fahrzeug mit funktionierendem Partikelfilter in stark belasteter Stadtluft tatsächlich weniger Feinstaub ausstoßen, als es ansaugt. Das ist ein realer Effekt und ein Verdienst der Filtertechnik.

Der Teil, der nicht stimmt, ist der Rest. Verbrennung ist eine Reaktion mit Sauerstoff, und die Massenbilanz zeigt die Richtung: Aus einem Kilogramm Dieselkraftstoff entstehen rund 3,15 Kilogramm Kohlendioxid, weil der Kohlenstoff aus dem Kraftstoff sich den Sauerstoff aus der Luft holt. Ein Fahrzeug mit sechs Litern Verbrauch stößt auf hundert Kilometern etwa sechzehn Kilogramm CO₂ aus. Aus dem Endrohr kommt mehr Masse heraus, als vorn getankt wurde. Dazu Stickoxide, die im Motor aus Luftstickstoff bei hoher Temperatur überhaupt erst entstehen.

Eine Senke nimmt auf. Hier wird aufgenommen und mehr abgegeben.

Das Muster mit der Probe aufs Exempel

Es gibt eine Szene, die zu dieser Art von Behauptung gehört, und sie ist gut dokumentiert.

Im März 2015 saß Patrick Moore vor der Kamera des französischen Senders Canal+. Der Journalist Paul Moreira drehte die Dokumentation „Bientôt dans vos assiettes" über Pflanzenschutzmittel. Moore, der sich als Mitbegründer von Greenpeace vorstellte und das Herbizid Glyphosat verteidigte, sagte den Satz: „You can drink a whole quart of it and it won't hurt you." Man könne einen ganzen Liter davon trinken, ohne Schaden zu nehmen.

Moreira holte ein Glas.

Moore lehnte ab. „I'm not stupid", sagte er, und ergänzte, es gebe Menschen, die damit Suizid versuchten. Kurz darauf brach er das Interview ab und verließ den Raum.

Zwei Klarstellungen, weil die Geschichte oft falsch weitererzählt wird: Moore war nicht Vorstandschef von Monsanto. Monsanto erklärte damals, er sei nie ein bezahlter Lobbyist des Unternehmens gewesen. Und die Szene stammt aus dem Jahr 2015 — der Kauf von Monsanto durch Bayer wurde erst 2016 angekündigt und 2018 abgeschlossen. Wer die Geschichte mit dem Konzernchef und der Übernahme erzählt, erzählt eine andere.

Sie funktioniert auch ohne diese Ausschmückung, denn ihr Kern liegt woanders. Eine Behauptung über Ungefährlichkeit wird aufgestellt. Es wird angeboten, sie zu prüfen. Sie wird nicht geprüft.

Der Rückzug ist die Information.

Was daraus folgt

Auf den Satz von der reinen Luft aus dem Auspuff gibt es dieselbe Antwort wie auf das Glas: Wer ihn vertritt, kann ihn prüfen. Ein Endrohr im Leerlauf ist zugänglich, die Messgeräte sind es auch, und jede Werkstatt hat sie stehen.

Solange das nicht geschieht, gilt die Rechnung von oben. Zwei Drittel der Energie im Tank kommen nie ans Rad. Sie verlassen das Auto als Wärme, jeden Tag in der Größenordnung eines Waldbrands von zweitausend Fußballfeldern, und was zusätzlich hinten herauskommt, wiegt mehr als das, was vorn hineingefüllt wurde.

Ein Elektroantrieb hat diesen Verlust nicht. Das ist keine Meinung über Autos. Das ist Physik. Das ist der Unterschied zwischen einer Wärmekraftmaschine und einem Elektromotor.

Quellen

• Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle: Amtliche Mineralöldaten, Inlandsablieferungen 2024
• AG Energiebilanzen e.V.: Anwendungsbilanzen und Jahresbericht 2024
• Bundeswaldinventur 2022, Thünen-Institut: Holzvorrat je Hektar
• Bundesanstalt für Gewässerkunde: Abflusskennwerte Pegel Emmerich
• Paul Moreira: Bientôt dans vos assiettes, Canal+, 2015 — Berichterstattung u.a. Huffington Post, 26.03.2015

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