LOW←TECH MAGAZINE Deutsch

Die Handkarre neu entdecken

Wed, 13 May 2026 00:00:00 +0000

Bild: Mit einem Segel ausgestattete Handkarre. Foto: Kris De Decker.

Die mit Muskelkraft betriebene Handkarre ist das älteste Fahrzeug der Welt und wird wahrscheinlich auch das letzte sein, das es in Zukunft noch geben wird. Von allen Fahrzeugen ist sie am günstigsten und am einfachsten zu bauen und zu benutzen. Sie bietet einen großen Vorteil gegenüber dem Tragen von Lasten auf dem Rücken oder dem Ziehen über den Boden, dem noch älteren Konzept des Schlittens. Andererseits ist die Handkarre billiger und einfacher zu benutzen als ein von Tieren gezogener Karren. Ochsen und Esel fressen mehr als Menschen, und sie haben ihren eigenen Willen, der dem Fahrer zu schaffen machen kann.

Wie jedes andere Fahrzeug auf Rädern benötigt die Handkarre Wege, auf denen sie gefahren werden kann. Diese Infrastruktur war im Laufe der Geschichte nicht immer und überall vorhanden. Im mittelalterlichen Europa beispielsweise waren Träger und Lasttiere aufgrund der schlechten Straßenverhältnisse weiter verbreitet als Handkarren. ¹ Im Westen erlebte die Handkarre ihre Blütezeit erst in den ersten Jahrzehnten der industriellen Revolution, als sie schnell wachsende Städte mit Bahnhöfen und Häfen verband. In China hingegen war sie jahrtausendelang das Rückgrat des Transportnetzes. ²

Von allen Fahrzeugen ist die Handkarre am günstigsten und am einfachsten zu bauen und zu benutzen.

In der modernen Gesellschaft gibt es noch immer viele handbetriebene Transportmittel: Kinderwagen, Einkaufswagen, Rollkoffer und verschiedene Transport- und Faltwagen. Diese modernen Gefährte stehen jedoch zu ihren Vorgängern in demselben Verhältnis wie Vögel zu Dinosauriern. Sie sind klein, haben oft sehr kleine Räder, und wir nutzen sie für sehr kurze Strecken, meist innerhalb von Gebäuden. Im Gegensatz dazu waren althergebrachte Handkarren oft groß und hatten große Räder, und sie wurden auf Straßen und über längere Strecken geschoben oder gezogen. Viele Handwerke und Berufe hatten ihre eigene Art von Handkarren.

Bild: Die Handkarre des Low-tech Magazine. Foto: Kris De Decker.

Deshalb brauche ich eine Handkarre

In sogenannten „Entwicklungsländern“ werden nach wie vor große Handkarren verwendet. Doch sie können auch in den Großstädten der industrialisierten Welt genauso nützlich sein, wie ich nach einigen Monaten der Nutzung bestätigen kann. Im vergangenen Herbst erhielt ich eine Praktikumsbewerbung von Kozimo, der an der Design Academy Eindhoven studiert. In seiner Bewerbung schickte Kozimo ein Video einer großen Handkarre, die er selbst gebaut hatte und mit der er durch die Straßen von Rotterdam in den Niederlanden fuhr.

Ich habe schon immer von einem Handwagen geträumt. Ich habe noch nie ein Auto besessen, und ich vermisse eines nur dann, wenn ich Dinge transportieren muss, was in letzter Zeit immer häufiger vorkommt. Deshalb habe ich Kozimo vorgeschlagen, mir eine Handkarre zu bauen.

Mittlerweile kann ich mir ein Leben ohne sie gar nicht mehr vorstellen. Ich habe das Gefährt genutzt, um Umzüge von Wohnungen und Büros zu bewältigen, online gekaufte Materialien und Gegenstände – ob neu oder gebraucht – abzuholen und Materialien für Workshops und Veranstaltungen (Fahrradgeneratoren, Solarpanels, Solaröfen, Bücher, Lautsprecheranlagen) zu transportieren. Das habe ich auch für Freunde getan. Bei diesen Fahrten habe ich oft Materialien, Möbel oder Gegenstände mit nach Hause genommen, die ich kostenlos auf den Straßen Barcelonas gefunden habe.

Bild: Kozimo und Kris De Decker mit der Handkarre des Low-tech Magazine, auf halbem Weg einer 30-km-Tour entlang der Küste Spaniens. Foto: Linda Osusky.

Im Gegensatz zu einem Transporter oder einem Auto benötigt meine Handkarre weder Benzin noch Strom oder Batterien, wodurch sie völlig unabhängig von der Energieinfrastruktur bleibt. Auch muss ich für sie keine Steuern und Versicherung bezahlen. Die Handkarre ist ein sehr demokratisches Transportmittel. Sie ermöglicht es jedem, eine Last dorthin zu transportieren, wohin er möchte, während ältere, weniger erschwingliche Autos und Kleintransporter aufgrund der Einrichtung von Umweltzonen nicht mehr in die Innenstädte fahren dürfen.

Eine Handkarre benötigt weder Benzin noch Strom oder Batterien und ist somit völlig unabhängig von der Energieinfrastruktur.

Es wäre sehr sinnvoll, solche Fahrzeuge in Nachbarschaftszentren anzubieten, wo sie allen Nachbarn bei Bedarf zur Verfügung stehen. Nur wenige Menschen würden täglich einen Handwagen benötigen, und die gemeinschaftliche Nutzung würde das Parkplatzproblem lösen. Obwohl unsere Handkarre auch senkrecht geparkt werden kann, passt sie in die meisten Wohnungen nicht hinein.

Beschreibung der Handkarre

In diesem Artikel wird nicht im Detail erklärt, wie man eine Handkarre baut. Das wollen wir ein anderes Mal anhand eines einfacheren Modells tun, denn das Fahrzeug, das wir in diesem Artikel vorstellen, ist nicht so einfach, dass es jeder selbst bauen könnte. Man benötigt gute Kenntnisse in der Holz- und Metallbearbeitung, und so wurde unsere Handkarre tatsächlich auch von zwei Personen gebaut.

Kozimo entwarf und baute die gesamte Konstruktion aus Holz, während Guilhem Senges – bildender Künstler und einer meiner Nachbarn – mehrere wichtige Metallverstärkungen entwarf und anfertigte; die Räder, die Bremsen und der Lenker sind alle mit maßgefertigten Eisenteilen an der Holzkonstruktion befestigt.

Bild: Die Unterseite der Handkarre. Foto: Kris De Decker.

Bilder: Vorder- und Rückseite der Handkarre. Fotos: Kris De Decker.

Bild: Die Lampen sind in Kokosnussschalen eingebaut. Foto: Kris De Decker.

Ladegewicht und -volumen

Die Handkarre des Low-tech Magazine ist 250 cm lang und 100 cm breit, während die Ladefläche selbst 210 × 85 cm misst. Bei einer angenommenen Ladehöhe von 50 cm beträgt das Ladevolumen rund 1,55 m³ (37 Kubikfuß bzw. 1050 Liter). Das ist zwei- bis viermal so viel wie das typische Kofferraumvolumen eines europäischen Autos. Wir haben Fracht transportiert, die breiter oder länger als der Karren war: einen großen Heiztisch von 140 × 140 cm und mehrere Ladungen Holzbalken, jeweils drei Meter lang.

Das Ladegewicht wird durch die Räder begrenzt, die von einem Rollstuhl stammen. Sie können zusammen bis zu 150 kg tragen. ³ Die Karre selbst wiegt 32 kg, sodass das praktische maximale Ladegewicht etwa 120 kg beträgt. Die Ladefläche besteht aus Latten mit Zwischenräumen, was es leicht macht, verschiedene Arten von Fracht zu sichern.

Bilder: Die Handkarre mit verschiedenen Ladungen. Oben links: ein 6-m²-Parkettboden und eine Truhe. Oben rechts: 3 Meter lange Holzbalken. Unten: Ein Heiztisch, bereit für den Transport.

Sie fährt von selbst!

In den letzten Monaten haben wir festgestellt, dass viele Menschen falsche Vorstellungen von Handkarren haben. Vielleicht denken Sie zum Beispiel, dass das Schieben einer Handkarre viel Kraft kostet – vielleicht aufgrund Ihrer Erfahrungen beim Schieben von Einkaufswagen über Parkplätze oder beim Ziehen schwerer Rollkoffer durch die Innenstadt (so habe ich früher Dinge transportiert, bevor ich eine Handkarre hatte).

Die Benutzung der Handkarre kann jedoch so mühelos sein – selbst wenn sie schwer beladen ist –, dass es sich anfühlt, als würden Sie gar nicht schieben. Sobald sie in Bewegung ist, können Sie sie oft mit einer Hand lenken, und manchmal fühlt es sich so an, als würde der Wagen Sie vorwärtsziehen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass das Schieben der Handkarre mit einer 100-kg-Ladung bequemer ist als das Gehen mit einem 10 kg schweren Rucksack.

Die Verwendung der Handkarre kann so mühelos sein – selbst bei schwerer Last –, dass es sich anfühlt, als ob man gar nicht schiebt.

Für diese Leichtigkeit gibt es mehrere physikalische Gründe. Jedes Fahrzeug muss drei Kräfte überwinden: den Rollwiderstand, den Luftwiderstand und die Schwerkraft. Bei Schrittgeschwindigkeit ist der Luftwiderstand vernachlässigbar, was bedeutet, dass ein Handkarrenfahrer auf ebenem Gelände hauptsächlich den Rollwiderstand überwinden muss. Dabei handelt es sich um die Reibung zwischen Rädern und Fahrbahn, ein Faktor, der weitgehend unabhängig von der Geschwindigkeit ist.

Im Gegensatz dazu steigt der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Ein Radfahrer, der mit 15–20 km/h fährt, muss bereits mehr Kraft aufwenden, um den Luftwiderstand zu überwinden als den Rollwiderstand – obwohl letzterer in beiden Fällen gleich ist, da Handkarre und Fahrrad ähnliche Räder haben. Kurz gesagt: Die niedrige Geschwindigkeit der Handkarre minimiert den Luftwiderstand, während ihre schmalen Räder den Rollwiderstand minimieren.

Bild: Unterwegs mit der Handkarre. Foto: Linda Osusky.

Zweitens erfordert das Beschleunigen eines Fahrzeugs mehr Energie als das Halten einer konstanten Geschwindigkeit. Man muss den Schwung nur aufrechterhalten, nicht aufbauen. Unsere Handkarre wird mit Schrittgeschwindigkeit geschoben, sodass der Kraftaufwand für die Beschleunigung nicht länger als ein bis zwei Sekunden dauert. Ein Radfahrer hingegen braucht viel länger, um seine Reisegeschwindigkeit zu erreichen, und wegen des höheren Luftwiderstands ist es anstrengender, diese Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Bei schwerer Beladung gewinnt die Handkarre schon bei niedriger Geschwindigkeit erhebliche kinetische Energie. Das erklärt, warum es sich manchmal so anfühlt, als würde der Wagen einen vorwärtsziehen – denn das tut er tatsächlich.

Schließlich sind unsere Räder viel größer als die bei heutigen Handwagen. Das sorgt für ein komfortables Fahren auf Asphalt und Gehwegen, die nicht so glatt sind wie Flughafen- oder Supermarktböden. Große Räder erhöhen zwar den Luftwiderstand, aber bei unserer niedrigen Geschwindigkeit spielt das keine Rolle.

Handkarre und Schwerkraft

Ein müheloses Fahren setzt jedoch zwei Bedingungen voraus: ebenes Gelände und eine gut ausbalancierte Beladung. Beide Faktoren stehen im Zusammenhang mit der dritten Kraft, die jedes Fahrzeug überwinden muss: der Schwerkraft.

Die Handkarre ausbalancieren: die Last verteilen

Eine zweirädrige Karre wird schwer zu handhaben, wenn zu viel Gewicht auf der Vorder- oder Rückseite liegt. Deshalb muss man den Wagen so beladen, dass das Gewicht auf beiden Seiten der Räder gleich verteilt ist. Das lässt sich leicht überprüfen: Die Karre sollte mehrere Sekunden lang in waagerechter Position bleiben, ohne dass man sie anfasst. Bei einer einzelnen Ladung platziert man sie über der Mitte der Räder. Bei mehreren Dingen sollte das Gesamtgewicht gleichmäßig auf beide Seiten verteilt sein. Um die optimale Balance zu finden, muss man oft einen Gegenstand von der Vorderseite auf die Rückseite des Wagens verlagern oder umgekehrt.

Das Fahrzeug muss so beladen werden, dass das Gewicht auf beiden Seiten der Räder gleich verteilt ist.

Eine zweirädrige Karre benötigt außerdem Stützen, um sie beim Parken – etwa beim Be- oder Entladen – waagerecht zu halten. Sonst kann die Karre plötzlich nach vorne oder hinten kippen. Unsere Handkarre verfügt über vier Stützbalken, zwei auf jeder Seite. Während der Fahrt befinden sie sich in horizontaler Position. Wenn der Wagen abgestellt wird, nehmen wir einen oder mehrere Balken heraus und stellen sie senkrecht auf. Jede Stütze kann auf eine andere Länge eingestellt werden, sodass wir die Karre auch auf unebenem Gelände stabilisieren können. Wir befestigen die Stützbalken mit Schrauben.

Bild: Die Handkarre mit vier Stützbeinen geparkt. Foto: Kris De Decker.

Bild: Detail der Stützbalkenhalterung. Foto: Kris De Decker.

Viele haben uns gefragt, warum wir keine vierrädrige Karre gebaut haben, die man nicht ausbalancieren muss. Vier Räder würden den Rollwiderstand verdoppeln und damit den Kraftaufwand zum Schieben. Außerdem ist eine vierrädrige Karre weniger wendig und auf unebenem Gelände schwieriger zu fahren. Man braucht zudem zwei zusätzliche Räder und einen Lenkmechanismus. Im Laufe der Geschichte war die zweirädrige Handkarre (oder die einrädrige in China) viel verbreiteter als die vierrädrige. ¹

Bergauf: nur mit Hilfe

Ein müheloses Fahren setzt mehr oder weniger flaches Gelände voraus, wie es in vielen Teilen Barcelonas vorhanden ist. Geht es steil bergauf, spürt man plötzlich das Gewicht der Karre und ihrer Ladung. Einen schwer beladenen Wagen bergauf zu schieben kann genauso anstrengend sein wie Treppenlaufen oder Radfahren mit Höchstgeschwindigkeit. Man rät uns, wir sollten einen Elektromotor an die Karre bauen, und das wäre durchaus möglich.

Wir haben jedoch eine einfachere Lösung gefunden: Bei Bedarf bitten wir eine weitere Person um Hilfe. Der Griff ist breit genug, damit zwei oder sogar drei Personen gleichzeitig schieben können, was das Bergauffahren erheblich erleichtert. Ein Elektromotor und eine Batterie würden das Gewicht des Fahrzeugs deutlich erhöhen und sind nur dann sinnvoll, wenn man regelmäßig Steigungen bewältigen muss.

Bergab: Bremsen

Bergab muss man der Schwerkraft entgegenwirken, um zu verhindern, dass die Handkarre einen Hang hinunterrast, was sehr gefährlich wäre. Statt die Karre zu schieben, muss man sie zurückhalten. Am Hang sind Radfahrer klar im Vorteil, da sie die Schwerkraft bei der Abfahrt voll ausnutzen können.

Wir haben das Bergabfahren erheblich erleichtert, indem wir Fahrradbremsen eingebaut haben. In Kombination mit den großen Rädern ermöglichen die Bremsen zudem, die Handkarre über Bordsteinkanten oder sogar Treppen hinunterzubugsieren, ohne sie zu beschädigen. Sie dienen zugleich als Feststellbremse, indem man zwei Gurte um sie spannt. So kann man den Wagen unbeaufsichtigt an einem Hang oder bei starkem Wind stehen lassen.

Bild: Die Bremsen. Foto: Kris De Decker.

Handkarre fahren auf dem Gehweg

Viele nehmen an, dass Handkarren auf der Straße neben den Autos, oder auf dem Radweg fahren. Das ist nicht der Fall: Man benutzt sie auf dem Gehweg. Rechtlich gesehen befinden sich Handkarrennutzer in einer ähnlichen Situation wie andere Fußgänger, die eine kleinere Karre schieben, etwa einen Kinderwagen. Der einzige Unterschied ist, dass Handkarrennutzer, wenn sie mangels Gehweg oder wegen einer Sperrung auf die Straße ausweichen müssen, auf der rechten Straßenseite gehen sollten, während andere Fußgänger links gehen sollten. Die Polizei hat uns bislang nur einmal angehalten – aus Neugier.

Rechtlich gesehen befinden sich Nutzer von Handkarren in einer ähnlichen Situation wie andere Fußgänger, die eine kleinere Handkarre schieben, etwa einen Kinderwagen.

Wir konnten keine Verkehrsregeln finden, die die Größe eines Handwagens einschränken, zumindest nicht in den wenigen Ländern, die wir recherchiert haben, darunter Spanien. In der Praxis gibt es jedoch klare Grenzen. Ist das Fahrzeug breiter als der Abstand zwischen den Pollern, die Autos aus Fußgängerzonen fernhalten, bleiben Fußgängerzonen für Sie unzugänglich. Man muss auch andere Hindernisse auf dem Gehweg berücksichtigen, wie zum Beispiel Baugerüste. Deshalb ist es kaum sinnvoll, eine Handkarre mit mehr als einem Meter Breite zu bauen.

Barcelona hat in den meisten Stadtteilen sehr breite Gehwege. Wir müssen die Straße nur selten mit Autos oder Radfahrern teilen. Das ist natürlich nicht in jeder Stadt so, und dann wird der Einsatz einer Handkarre weniger attraktiv. Sie auf der Straße oder dem Radweg zu fahren ist ziemlich gefährlich, weil andere Fahrzeuge viel schneller sind.

Bild: Kozimo schiebt die Handkarre durch einen schmalen Durchgang. Foto: Kris De Decker.

Rücksicht auf andere Fußgänger

Das Schieben einer großen Handkarre auf dem Gehweg erfordert volle Aufmerksamkeit. Sie wollen nicht an irgendwelche Hindernisse stoßen, und noch viel weniger wollen Sie jemandem in die Beine fahren. Man muss sie mit Rücksicht auf andere Fußgänger und deren Haustiere fahren (manche Hunde fangen an, das Fahrzeug anzubellen). Im Allgemeinen ist die Handkarre sehr sicher zu benutzen, da sie mit sehr niedriger Geschwindigkeit fährt. Das macht Unfälle von vornherein unwahrscheinlicher und verringert die Folgen. Außerdem hat man einen guten Überblick über das Fahrzeug, viel besser als bei einem Auto oder Fahrrad. Solange man die Handkarre im Blick behält, ist es unwahrscheinlich, dass man etwas oder jemanden rammt.

Unsere Handkarre ist aber so leise, dass die Leute sie nicht kommen hören. Wir haben eine Fahrradklingel angebracht, um auf uns aufmerksam zu machen, hoffen aber, in Zukunft einen besseren Klang zu finden: Jedes Fahrzeug sollte seinen eigenen Klang haben. Wir brauchen die Klingel auch für entgegenkommende Fußgänger, die beim Gehen auf ihr Handy schauen und erwarten, dass andere Platz machen. Mit der Handkarre ist das schwierig. Unsere Handkarre verfügt zudem über Vorder- und Rücklichter, die an eine unter der Ladefläche montierte USB-Powerbank angeschlossen sind. Die Beleuchtung ist auf Gehwegen sowohl tagsüber als auch nachts sehr hilfreich, da sie das Fahrzeug besser sichtbar macht. Darüber hinaus ist die Beleuchtung unverzichtbar, wenn man nach Einbruch der Dunkelheit auf die Straße ausweichen muss.

Bilder: Kris De Decker fährt mit der Handkarre durch Barcelona. Fotos: Guillaume Lion.

Selbst in Barcelona können die Gehwege voll sein, und ein belebter Gehweg verlangsamt das Fahrzeug erheblich. Da man nur schwer überholen kann, bleibt man hinter den langsamsten Fußgängern hängen.

Eine Handkarre ist kein schwer zu steuerndes Fahrzeug, aber heutzutage haben die Menschen in industrialisierten Gesellschaften keine Erfahrung mehr damit. Neben einer aufmerksamen Fahrweise muss man auch bei unübersichtlichen Kurven vorsichtig sein (so weit wie möglich ausholen) und beim Herausfahren aus einer Garage oder einer anderen Ausfahrt (die Karre lieber ziehen statt schieben). Wenn man den Gegenverkehr sieht, befinden sich bereits 2 Meter der Handkarre auf der Straße oder um die Ecke.

Warum kein Fahrradanhänger?

Fast jeder, der die Handkarre zum ersten Mal sieht, stellt die gleiche Frage: Wie hängt man sie an ein Fahrrad? Gar nicht. Man schiebt sie beim Gehen. Wenn wir das sagen, folgt eine Pause. Eine Handkarre zu schieben, scheint selbst für Menschen, die sich für ein nachhaltigeres Leben einsetzen, einen Schritt zu weit zurück zu sein. Warum sollte man eine Handkarre schieben, wenn man genauso gut einen viel schnelleren Fahrradanhänger oder ein Lastenrad benutzen könnte?

Tatsächlich gibt es mehrere praktische Gründe, einer Handkarre gegenüber einem Fahrradanhänger den Vorzug zu geben, und viele davon haben wir bereits erwähnt. Erstens kann man mit einer Handkarre überall hingehen, wo auch Fußgänger hinkommen, während Radfahrer oft vom Fahrrad absteigen und es schieben müssen – genau wie eine Handkarre. Sie ist außerdem wendiger. Obwohl die Karre beispielsweise 2,5 Meter lang ist, braucht man nur zwei Sekunden und wenig Platz, um sie umzudrehen und in die entgegengesetzte Richtung zurück zu gehen.

Warum sollte man eine Handkarre schieben, wenn man genauso gut einen viel schnelleren Fahrradanhänger oder ein Lastenrad benutzen könnte?

Eine Handkarre kann außerdem größer gebaut werden als ein Fahrradanhänger. Zwar ist es durchaus möglich, einen Fahrradanhänger in der Größe unseres Handwagens zu bauen, doch würde dessen höhere Geschwindigkeit ein viel größeres Risiko für Unfälle und Schäden mit sich bringen – sowohl für den Anhänger selbst als auch für andere Verkehrsteilnehmer. Als Fahrradanhänger müsste er außerdem stabiler gebaut sein und über einen aufwendigeren Bremsmechanismus verfügen.

All das bedeutet nicht, dass Fahrradanhänger eine schlechte Idee sind. Wir haben die Handkarre hauptsächlich für Fahrten zwischen 5 und 10 km genutzt, was einer Gehzeit von ein bis zwei Stunden entspricht. Bei längeren Strecken hat der Fahrradanhänger den offensichtlichen Vorteil der Geschwindigkeit. Bei 40 km würde man mit der Handkarre acht Stunden brauchen, mit einem Fahrradanhänger nur zwei.

Bild: Guilhem Senges, der die Metallteile des Fahrzeugs gebaut hat, schiebt die Handkarre zu einem Schweißjob ein paar Straßen weiter im Viertel.

Lob der Langsamkeit

Auf die Frage, warum wir die Handkarre nicht als Fahrradanhänger nutzen, können wir auch anders antworten: Warum die Eile? Die Entscheidung, mit dem langsamsten Fahrzeug zu reisen, das es gibt, ist subversiv, weil sie Werte in Frage stellt, die wir in der modernen Welt für selbstverständlich halten, wie Geschwindigkeit und Nützlichkeit.

Für viele erscheint das Schieben einer Handkarre als Zeitverschwendung, aber unsere Erfahrung ist genau das Gegenteil. Jede Fahrt ist ein Abenteuer, und wir freuen uns immer darauf, sie wieder zu benutzen. Es macht Spaß, das Fahrzeug zu lenken – es ist mehr wie das Steuern eines Bootes als das Fahren eines Landfahrzeugs. Man kommt leicht mit anderen Fußgängern ins Gespräch, die meist sehr neugierig auf unser Gefährt sind. Dadurch dauert die Fahrt natürlich noch länger.

Für viele erscheint das Schieben einer Handkarre als Zeitverschwendung, aber unsere Erfahrung ist genau das Gegenteil.

Das Fahren einer Handkarre fühlt sich ganz anders an als jedes andere Verkehrsmittel. Wenn Menschen zu Fuß unterwegs sind, können sie gewöhnlich nicht viel mitnehmen, weder was das Gewicht noch was das Volumen angeht. Die Handkarre hingegen ermöglicht es, beim Gehen einiges dabei zu haben: Getränke, Essen, eine Lautsprecheranlage, Bücher, Ersatzkleidung. Außerdem hat man eine große Ladefläche, auf der man sich ausruhen und andere einladen kann, dasselbe zu tun. Sie wird so zu einem Fahrzeug zum Umherstreifen und Wandern und um Kontakte zu anderen Menschen zu knüpfen.

Bild: Es macht Spaß, das Fahrzeug zu lenken, mehr wie das Steuern eines Bootes als das Fahren eines Landfahrzeugs. Model: Rocío Sánchez. Foto: Kris De Decker.

Bild: Die Handkarre mit Regenschutz. Foto: Kris De Decker.

Zubehör

Nachdem sich die Handkarre als Transportfahrzeug bewährt hatte, begann Kozimo damit, weitere Konstruktionen zu entwerfen und zu bauen, um ihre Einsatzmöglichkeiten zu erweitern. Dieses Zubehör nutzt entweder die Lattenfläche oder die Ständerkonstruktion. Leider endete Kozimos Praktikum, bevor wir all diese Erweiterungen testen konnten, aber die wenigen Erfahrungen, die wir bisher gesammelt haben, zeigen, dass die Handkarre viel mehr als nur ein Transportfahrzeug sein kann.

Beifahrersitz

Die erste und vielleicht nützlichste Ergänzung ist ein Klappsitz. Obwohl unser Handwagen von nur einer Person gefahren werden kann (und dies in der Regel auch wird), lässt er sich insbesondere auf längeren Strecken besser von zwei Personen fahren. Dank des Sitzes kann eine Person den Wagen schieben, während die andere sich darauf ausruht.

Solange die Straße eben ist, erhöht das zusätzliche Gewicht des Beifahrers den Kraftaufwand zum Schieben kaum merklich. So können zwei Personen an einem Tag schneller oder weiter fahren. Beim Bewältigen von Steigungen oder Überqueren von Brücken steigt die zweite Person vom Sitz ab. Falls nötig, hilft er oder sie auch beim Schieben.

Eine Person kann die Karre schieben, während die andere sich im Fahrzeug ausruht, was die mögliche Tagesstrecke erhöht.

Ein zusätzliches Paar Augen auf der Straße ist ebenfalls praktisch. Der Sitz kann in zwei Positionen gebracht werden, sodass Beifahrer und Fahrer entweder in die gleiche Richtung schauen oder sich anblicken, was das Gespräch erleichtert und dem Beifahrer ermöglicht, als Rückspiegel zu fungieren.

Wir haben den Sitz auf einer 30 km langen Tagestour entlang der Küste Kataloniens in Spanien genutzt, als wir Sachen von meiner alten in meine neue Wohnung transportiert haben. Für eine Person allein wäre das eine ermüdende Strecke gewesen. Auf dem Hinweg waren jedoch mehrere Personen dabei, auf dem Rückweg zwei. Die Möglichkeit, sich zwischendurch auszuruhen – ohne anzuhalten –, machte einen großen Unterschied, besonders auf dem Rückweg. Eine zusätzliche Person erwies sich auch als nützlich, als unerwartete Hindernisse auftauchten. So war zum Beispiel eine Brücke in Reparatur, was uns zwang, die Karre die Felsen hinunter, über den Strand und wieder hoch zu tragen.

Bild: Ein Klappsitz auf der Lattenfläche. Foto: Kris De Decker.

Bild: Kozimo fährt die Handkarre entlang der Küste. Linda Osusky filmt, während sie sich im Sitz ausruht. Foto: Kris De Decker.

Bilder: Handkarre über die Felsen tragen. Fotos: Linda Osusky.

Mobiles Büro für digitale Nomaden

Als zweite Ergänzung haben wir den Sitz mit einem Arbeitstisch kombiniert, der gleichzeitig als Solaranlage dient, wodurch ein mobiles Büro für digitale Nomaden entstanden ist. Der Tisch lässt sich an den Seiten der Handkarre befestigen und hin- und her schieben. Das Solarpanel kann horizontal oder in verschiedenen Neigungswinkeln aufgestellt werden. Es kann einen Laptop oder jedes andere Gerät mit einem Leistungsbedarf von bis zu 100 Watt aufladen.

Wenn man zu zweit unterwegs ist, kann eine Person am Tisch arbeiten, während die andere fährt. Ist man allein, kann man das Fahrzeug in den nächsten Park oder an den Strand rollen, die vier Stützbeine aufstellen und den ganzen Tag arbeiten. Im Jahr 2016 habe ich mein Heimbüro mit Solarmodulen an den Fensterbänken netzunabhängig gemacht. ⁴ Zehn Jahre später sind sowohl das Büro als auch die Solarmodule mobil geworden.

Bilder: Mobiles Büro für digitale Nomaden. Fotos: Kris De Decker.

Bild: Mobiles Büro für digitale Nomaden. Foto: Kris De Decker.

Kraftwerk für regenerative Energien

Obwohl wir nur eine Halterung für ein Solarpanel gebaut haben, ist die Plattform des Handwagens groß genug, um insgesamt vier 100-Watt-Solarmodule aufzunehmen. Das würde uns beispielsweise 400 Watt Solarstrom für ein Konzert oder als Notstromversorgung liefern. Der Handwagen kann auch die beiden Fahrradgeneratoren transportieren, die das Low-tech Magazine in Barcelona besitzt. ⁵ Somit ermöglicht uns der Wagen, jederzeit und in einem Umkreis von mehreren Kilometern schnell Strom bereitzustellen. Die Handkarre könnte tagsüber auch an einen sonnigen Ort gerollt werden, um eine Reihe von Akkus aufzuladen, die einen Haushalt nachts und bei schlechtem Wetter mit Strom versorgen.

Mobiles Nachtlager

Wer am selben Tag zurück möchte, hat mit der Handkarre eine Reichweite von etwa 40–80 km (8–16 Stunden Fußmarsch, hin und zurück). In meinem Fall zwingt mich aber niemand, am selben Tag zurückzukehren. Ich könnte die Handkarre für längere Reisen nutzen, zumal sie mir einen Schlafplatz bietet.

Die vier Stützbeine, die das Be- und Entladen des Karrens erleichtern, können auch dazu genutzt werden, das Fahrzeug in ein Bett zu verwandeln. Nachdem Kozimo in die Niederlande zurückgekehrt war, kaufte ich eine Klappmatratze, die perfekt auf die Ladefläche passt. Auf der Reise kann ich die übrige Fracht nachts unter dem Wagen verstauen. Alternativ könnte ich einen liegenden Passagier schieben und das Fahrzeug in eine Erwachsenenversion eines Kinderwagens verwandeln.

Bilder: Eine Klappmatratze auf der Handkarre. Fotos: Kris De Decker.

Bild: Ein Moskitonetz bedeckt die Handkarre mit der Schlafmatratze. Foto: Kris De Decker.

Kozimo hat außerdem vier Stützbeine gefertigt, die fast zwei Meter lang sind. Damit kann ich ein Zelt um das Bett errichten und die Konstruktion mit modernen Zeltstoffen, Wolldecken oder einem Moskitonetz abdecken. An den langen Stangen lässt sich auch Wäsche trocknen. Außerdem könnte ich die Stützbeine in verschiedenen Kombinationen nutzen, um die Karre in ein Podium, einen Messestand, einen Marktstand oder eine Kino- bzw. Präsentationsleinwand zu verwandeln.

Sitz, Tisch, Solarpanel, Schlafmatratze und die längeren Stangen können alle gleichzeitig auf dem Handkarren mitgeführt werden, wobei noch genügend Platz für weiteres Gepäck bleibt. Das bedeutet, dass ich auf dem Fahrzeug potenziell arbeiten, leben und reisen könnte und es so als ein nomadisches Zuhause nutzen könnte. Es liegt irgendwo zwischen einem Tiny House auf Rädern, einem Tipi und einer Notunterkunft für Obdachlose. Die Mieten in Barcelona sind sehr teuer geworden, also warum nicht einen Versuch wagen.

Bild: Die Handkarre ist für eine längere Reise gepackt. Foto: Kris De Decker.

Mit Segel und Inline-Skates unterwegs

Schließlich fertigte Kozimo ein kleines Segel für die Handkarre an, um bei gutem Wind das Ziehen schwerer Lasten zu erleichtern; das Fahrzeug wird manchmal an der Küste eingesetzt. Die Inspiration kam natürlich von der Verwendung von Segeln auf der historischen chinesischen Schubkarre. Für längere Strecken lässt sich das Segel am Wagen befestigen, sodass ich es nutzen kann, wann immer es sich anbietet.

Bilder: Die Handkarre mit einem 1-m²-Segel. Model: Iris De Decker. Fotos: Kris De Decker.

Wir könnten die Geschwindigkeit der Handkarre erhöhen, indem wir ein größeres Segel verwenden und es mit Rollschuhen, Inline-Skates oder einem Skateboard kombinieren. In diesem Fall würde der Wagen den Fahrer bei gutem Wind ziehen. Es ist auch möglich, die Karre ohne Segel mit Rollschuhen, Inline-Skates oder einem elektrischen Einrad zu schieben. Bislang haben wir auf ebenem Gelände einen ersten kleinen Test mit Inline-Skates durchgeführt – mit sehr guten Ergebnissen. Mit ausreichend Ladung würde die kinetische Energie einer rollschuhgetriebenen Handkarre einen auch ohne Segel stetig vorwärtsziehen.

Die höheren Geschwindigkeiten dieser Konfigurationen bringen natürlich ein höheres Risiko mit sich und wahrscheinlich auch Ärger mit der Polizei. Höhere Geschwindigkeiten erfordern ausreichend Platz, frei von Fußgängern. Das zwingt die Handkarre fast immer auf die Straße, zwischen die Autos, da die meisten Radwege nicht breit genug sind. In jedem Fall zeigt es, dass nachhaltige Fahrzeuge viele verschiedene Formen annehmen könnten, wenn wir ihnen nur den Raum gäben, sich zu entfalten. Es gibt mehr als genug Straßen, die für segel- und rollschuhbetriebene Handkarren geeignet sind; wir müssen sie nur von Autos und Transportern befreien.

Bilder: Julia Steketee fährt die Handkarre mit Inline-Skates. Fotos: Kris De Decker.

Entwurf und Bau der Handkarre: Kozimo, Guilhem Senges.
Fotos: Kris De Decker, Linda Osusky, Guillaume Lion.
Besonderer Dank an: AkashaHub Barcelona, Carmen Tanaka, Gaston Quispe Castros, Linda Osusky, Guillaume Lion, Rocío Sánchez, Iris De Decker, Lili-Roos Noeyens, Julia Steketee, Tim Rudolph, Guilherme Maglio, Selcen Küçüküstel.
Marie Verdeil und Roel Roscam Abbing haben zur Auswahl der Bilder beigetragen.

Bulliet, Richard W. The wheel: inventions and reinventions. Columbia University Press, 2016. ↩︎ ↩︎
How to downsize a transport network: The Chinese wheelbarrow, Kris De Decker, Low-tech Magazine, 2011. https://solar.torvax.cloud/2011/12/how-to-downsize-a-transport-network-the-chinese-wheelbarrow/ ↩︎
Man könnte eine Handkarre mit stabileren Rädern bauen, entweder mit Hochlast-Rollstuhlrädern (bis 350 kg erhältlich) oder mit Lastenradrädern. Stabilere Räder sind jedoch wahrscheinlich breiter, was den Rollwiderstand erhöht. Außerdem wäre es schwieriger, diese schwereren Lasten einen steilen Hang hochzuschieben. ↩︎
Wie Sie Ihre Wohnung vom Netz nehmen, Kris De Decker, Low-tech Magazine, 2016. https://solar.torvax.cloud/de/2016/05/how-to-get-your-apartment-off-the-grid/ ↩︎
How to build a practical household bike generator, Kris De Decker & Marie Verdeil, Low-tech Magazine, 2022. https://solar.torvax.cloud/2022/03/how-to-build-a-practical-household-bike-generator/ ↩︎

Können wir Fahrräder wieder nachhaltig machen?

Wed, 03 Sep 2025 00:00:00 +0000

Bild: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Fahhradfahren ist nachhaltig, aber wie nachhaltig ist das Fahrrad?

Das Radfahren ist eine der nachhaltigsten Arten der Fortbewegung. Durch mehr Radfahrer wird der Verbrauch fossiler Brennstoffe und die Umweltverschmutzung verringert, wird Platz gespart und die öffentliche Gesundheit und Sicherheit verbessert sich. Das Fahrrad selbst hat es jedoch geschafft, sich der Umweltkritik zu entziehen. ¹² Studien, die die Umweltauswirkungen des Radfahrens berechnen, vergleichen es fast immer mit dem Autofahren, mit dem vorhersehbaren Ergebnis, dass das Fahrrad nachhaltiger ist als das Auto. Solche Untersuchungen mögen die Menschen ermutigen, öfter mit dem Fahrrad zu fahren, aber sie ermutigen die Hersteller nicht, ihre Fahrräder so nachhaltig wie möglich herzustellen.

Für diesen Artikel habe ich wissenschaftliche Studien herangezogen, die verschiedene Fahrradtypen miteinander vergleichen oder sich auf die Herstellung eines bestimmten Zweirads konzentrieren. Diese Art von Forschung war bis vor drei oder vier Jahren praktisch nicht vorhanden. Anhand des verfügbaren Materials vergleiche ich verschiedene Fahrradgenerationen. Im historischen Vergleich wird deutlich, dass der Ressourcenverbrauch bei der Herstellung eines Fahrrads steigt, während dessen Lebensdauer immer kürzer wird. Das Ergebnis ist ein wachsender ökologischer Fußabdruck. Dieser Trend hat einen leicht benennbaren Anfang. Die Fahrradtechnik entwickelte sich bis Anfang der 1980er Jahre sehr langsam und erfuhr dann plötzlich eine schnelle Abfolge von Veränderungen, die bis heute anhält.

Es gibt keine Studien über Fahrräder, die vor den 1980er Jahren gebaut wurden. Lebenszyklusanalysen, die den Ressourcenverbrauch eines Produkts “von der Wiege bis zur Bahre“ untersuchen, gibt es erst seit den 1990er Jahren. Der Maßstab für ein nachhaltiges Fahrrad steht jedoch in dem Raum, in dem ich diesen Text schreibe. Es ist mein 1980er Gazelle Champion Rennrad - jetzt 43 Jahre alt. Ich kaufte es vor zehn Jahren in Barcelona von einem großen deutschen Mann, der die Stadt verließ. Er hatte Tränen in den Augen, als ich es ihm abnahm. Ich habe noch ein zweites Rennrad, ein Mercier von 1978. Das ist mein Ersatzfahrzeug, falls das eine kaputt geht und ich keine Zeit habe, es gleich zu reparieren. Zwei weitere Rennräder habe ich in Belgien geparkt, wo ich aufgewachsen bin, und wohin ich immer noch ein paar Mal im Jahr reise (mit dem Zug, nicht mit dem Fahrrad). Dies sind ein Plume Vainqueur aus den späten 1960er Jahren und ein Ventura aus den 1970er Jahren.

Der Hauptgrund, warum ich mich für alte Fahrräder entschieden habe, ist, dass sie viel besser sind als neue. Die meisten Leute wissen das nicht, deshalb sind sie auch viel billiger. Meine vier Fahrräder haben mich insgesamt nur 500 Euro gekostet. Dafür könnte ich mir nur ein günstiges neues Rennrad kaufen, und so ein Gefährt hält sicher keine 40 bis 50 Jahre - wie wir sehen werden. Natürlich sind es nicht nur alte Rennräder, die besser sind. Das Gleiche gilt für andere Fahrradtypen, die vor den 1980er Jahren gebaut wurden. Ich fahre Rennrad, weil ich relativ lange Strecken zurücklege, meist zwischen 35 und 50 km hin und zurück.

Bild: Das Fahrrad, das ich meistens nutze, ein Gazelle Champion von 1980. Es hat mindestens 30,000 km zurückgelegt seitdem ich es 2013 gekauft habe.

Aus was Fahrräder gefertigt sind

Die erste bedeutende Veränderung in der Fahrradindustrie war die Umstellung von Stahl- auf Aluminiumfahrräder. Vor den 1980er Jahren waren praktisch alle Fahrräder aus Stahl gefertigt. Aus Stahl waren der Rahmen, die Räder, verschiedene Komponenten und Teile. Heutzutage sind die meisten Fahrradrahmen und -räder aus Aluminium gefertigt. Das Gleiche gilt für viele andere Fahrradteile. In jüngster Zeit werden bei immer mehr Fahrrädern Rahmen und Räder aus Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt. Einige Fahrradrahmen sind aus Titan oder Edelstahl gefertigt. Alle diese Materialien sind in der Herstellung energieintensiver als Stahl. Außerdem können Stahl und Aluminium recycelt und repariert werden, während Faserverbundwerkstoffe nur downgecycelt werden können und sich schlecht reparieren lassen. ³

In mehreren Studien wurden die Energie- und Kohlenstoffkosten von Fahrradrahmen und anderen Komponenten aus diesen verschiedenen Materialien verglichen, die alle ein unterschiedliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweisen. Diese Forschung hat einige Einschränkungen. Die Wissenschaftler verwenden grobe Methoden, weil ihnen detaillierte Energiedaten aus der Fahrradherstellung fehlen, und einige Studien stammen von Herstellern, die Forscher dafür bezahlen, die Nachhaltigkeit ihrer Produkte zu überprüfen. Dennoch sind die Ergebnisse insgesamt ziemlich einheitlich. Der Kürze halber konzentriere ich mich auf die Emissionen (CO2 = CO2-Äquivalente) und lasse andere Umweltauswirkungen außer Acht.

Vor den 1980ern waren praktisch alle Fahrräder aus Stahl gefertigt

Reynolds, ein britischer Hersteller, der für seine Fahrradschläuche bekannt ist, fand heraus, dass die Herstellung eines Stahlrahmens 17,5 kg CO2 kostet, während ein Titan- oder Edelstahlr ahmen etwa 55 kg CO2 pro Rahmen kostet - dreimal so viel. ⁴ Starling Cycles, einer der wenigen Hersteller von Mountainbikes aus Stahl, kam zu dem Schluss, dass ein typischer Carbonrahmen 16 Mal mehr Energie verbraucht wie ein Stahlrahmen. ⁵ (Das wären 280 kg CO2). Eine unabhängige Studie aus dem Jahr 2014 - die erste ihrer Art - berechnete den Fußabdruck eines Aluminium-Rennradrahmens mit Carbongabel der Marke „Specialized“ und kam zu dem Ergebnis, dass die Kosten bei 2.380 Kilowattstunden Primärenergie und über 250 kg Kohlenstoff liegen - etwa 14 Mal so hoch wie bei einem Stahlrahmen (ohne Gabel), wie von Reynolds berechnet. ²

Ein Fahrrad ist mehr als nur ein Rahmen. Lebenszyklusanalysen ganzer Fahrräder zeigen, dass der Kohlenstoff-Fußabdruck aller anderen Komponenten mindestens so groß ist wie der eines Stahlrahmens. ⁶ Wissenschaftler haben die Kohlenstoffemissionen eines Stahlfahrrads während der gesamten Lebensdauer auf 35 kg CO2 berechnet, verglichen mit 212 kg CO2 für ein Aluminiumfahrrad. ⁷⁸ Die detaillierteste Lebenszyklusanalyse beziffert den Kohlenstoff-Fußabdruck für ein 18,4 kg schweres Aluminiumfahrrad auf 200 kg CO2, einschließlich seiner Ersatzteile, bei einer Lebensdauer von 15 000 km. Die Phase mit dem stärksten Einfluss ist die Herstellung der Materialien (74 %; Aluminium, Edelstahl, Gummi), gefolgt von der Wartungsphase (15,5 % für 3,5 neue Reifensätze, sechs Bremsbeläge, eine Kette und eine Kassette) und der Montagephase (5 %). ⁹

Wo und wie Fahrräder gefertigt werden

Meine Stahlfahrräder stammen aus einer Zeit, in der die meisten Industrieländer eine alteingesessene Fahrradindustrie hatten, die den nationalen Markt bediente. ³ Diese Industrien brachen in Europa und Nordamerika im Zuge der neoliberalen Globalisierung Ende der 1970er Jahre zusammen. China öffnete sich für ausländische Investitionen und wurde schnell zum größten Fahrradhersteller der Welt. In den letzten zwei Jahrzehnten hat China zwei Drittel aller Fahrräder der Welt hergestellt (60-70 Millionen von 110 Millionen jährlich). Der Rest kommt aus anderen asiatischen Ländern. In Europa werden wieder zehn Millionen Fahrräder pro Jahr hergestellt, in den USA dagegen nur 60.000 Fahrräder pro Jahr. ³

Die Herstellung von Fahrrädern erforderte während des gesamten zwanzigsten Jahrhunderts einen beträchtlichen Einsatz an menschlicher Arbeit. ³ Laut dem Routledge Companion to Cycling wurden „Räder von Hand eingespeicht und zentriert; Rahmen wurden von Hand gebaut; die Sattelherstellung war mühsam; Steuersätze, Schaltgruppen (Blöcke), Bremszüge und Gangschaltungen wurden physisch angeschraubt.“ Seit den 2000er Jahren hat die Automatisierung den Bedarf an menschlicher Arbeit erheblich reduziert. Der größte chinesische Fahrradhersteller, der ein Fünftel aller Fahrräder weltweit herstellt, verfügt über 42 Fließbänder, an denen täglich 55.000 Fahrräder produziert werden - fast so viel wie in den USA in einem Jahr. ³

Nationale Fahrradindustrien in Europa und Nordamerika brachen in Folge der neoliberalen Globalisierung in den späten 1970er Jahren zusammen.

Die Globalisierung und Automatisierung der Fahrradindustrie machen Fahrräder weniger nachhaltig. Erstens verursachen sie zusätzliche Emissionen für den Transport (von Rohstoffen, Komponenten und Fahrrädern) sowie für die Herstellung und den Betrieb von Robotern und anderen Maschinen. Zweitens ist die Herstellung von Stahl, Aluminium, Kohlefaserverbundwerkstoffen und Elektrizität in China und anderen Fahrrad produzierenden Ländern energie- und kohlenstoffintensiver als in Europa und Nordamerika. ¹⁰ Am wichtigsten ist jedoch, dass die automatisierte Großproduktion versunkenes Kapital darstellt, das die meiste Zeit arbeiten muss, um die Gemeinkosten zu verteilen, was zu Überproduktion führt. ³

Wie lange ein Fahrrad fährt

Wie viel Energie und andere Ressourcen benötigt werden, um ein Fahrrad zu bauen und es an einen Radfahrer zu liefern, ist nur die halbe Geschichte. Mindestens ebenso wichtig ist, wie lange das Fahrrad hält. Je kürzer seine Lebensdauer ist, desto mehr Fahrzeuge müssen während der Lebenszeit eines Radfahrers gefertigt werden, und desto höher ist der Ressourcenverbrauch.

Um eine lange Lebensdauer zu erreichen, müssen einige Teile eines Fahrrads ersetzt werden. Dabei handelt es sich in der Regel um kleinere Teile wie Schalthebel, Ketten und Bremsen. ¹¹ Bis vor einigen Jahrzehnten war die Kompatibilität der Teile ein Markenzeichen der Fahrradhersteller. ¹² Meine Fahrräder sind ein perfektes Beispiel dafür. Die meisten Komponenten - wie Laufräder, Schaltung und Bremsen - sind zwischen den verschiedenen Rahmen austauschbar, auch wenn jedes Fahrzeug von einer anderen Marke und aus einem anderen Baujahr stammt. Die Kompatibilität der Komponenten ermöglicht eine einfache Wartung und Reparatur, wodurch sich die Lebensdauer eines Fahrrads verlängert. Fahrradläden selbst in den kleinsten Ortschaften können alle Arten von Fahrrädern mit einem begrenzten Satz von Werkzeugen und Ersatzteilen reparieren. ¹² Radfahrer können kleinere Reparaturen zu Hause durchführen.

Leider ist Kompatibilität in der Fahrradherstellung kaum noch ein Thema. Die Hersteller haben immer mehr eigene Teile eingeführt und ändern ständig die Normen, was zu Kompatibilitätsproblemen selbst bei älteren Fahrrädern derselben Marke führt. ¹³ Wenn beispielsweise die Gangschaltung eines modernen Fahrrads nach einigen Jahren der Nutzung kaputt geht, ist ein Ersatzteil wahrscheinlich nicht mehr erhältlich. Sie müssen einen neuen Satz einer neuen Generation bestellen, der nicht mit Ihrem Umwerfer und Schaltwerk kompatibel ist, die Sie ebenfalls ersetzen müssen. ¹² Bei Rennrädern hat der Wechsel von Kassettenkörpern mit zehn Ritzeln (um 2010) zu Kassettenkörpern mit elf, zwölf und neuerdings dreizehn Ritzeln viele Laufradsätze überflüssig gemacht, und das Gleiche gilt für den Rest des Antriebsstrangs einschließlich Schalthebel und Ketten. ¹²¹

Vor den 1980ern waren die meisten Komponenten zwischen den Rahmen verschiedener Produktgenerationen oder Marken austauschbar.

Die Scheibenbremsen, mit denen fast alle neuen Fahrräder ausgestattet sind, haben unterschiedliche Achsenkonstruktionen, was bedeutet, dass für jedes Fahrzeug eigene Ersatzteile benötigt werden. ¹ Scheibenbremsen erfordern auch neue Schaltungen, Gabeln, Rahmensets, Kabel und Räder, was diese Fahrräder mit früheren Designs inkompatibel macht. ¹² Durch die Zunahme der herstellerspezifischen Teile wird es immer schwieriger, ein Fahrrad durch Wartung, Wiederverwendung und Überholung auf der Straße zu halten. Mit der zunehmenden Zahl inkompatibler Komponenten wird es für Fahrradgeschäfte unmöglich, ein komplettes Ersatzteillager zu führen. ¹²

Die Inkompatibilität der Komponenten geht damit einher, dass die Qualität abnimmt. Ein Beispiel ist der Sattel, der kaum ein Rahmenteil überdauert, weil er an der Unterseite der Schale bricht. ¹² Mit ein wenig mehr Material würde er ewig halten - wie alle Sättel meiner 40 bis 50 Jahre alten Rennräder beweisen. Niedrige Qualität betrifft einige Teile von teuren Fahrrädern, ist aber besonders problematisch bei billigen Fahrrädern, die ausschließlich aus minderwertigen Komponenten bestehen. Billige Fahrräder - Fahrradmechaniker bezeichnen sie als „Built-to-fail-Bikes“ oder „fahrradförmige Objekte“ - haben oft Kunststoffteile, die leicht brechen und nicht ersetzt oder aufgerüstet werden können. Diese Fahrzeuge halten in der Regel nur wenige Monate. ¹³¹⁴

Illustration: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Wie ein Fahrrad angetrieben wird

Bisher haben wir uns nur mit Fahrrädern beschäftigt, die ausschließlich von menschlicher Kraft angetrieben werden, aber Fahrräder mit Elektromotoren werden immer beliebter. Die Zahl der weltweit verkauften E-Bikes stieg von 3,7 Millionen im Jahr 2019 auf 9,7 Millionen im Jahr 2021 (10 % der gesamten Fahrradverkäufe und bis zu 40 % in einigen Ländern wie Deutschland). Elektrofahrräder verstärken beide Trends, die Fahrräder weniger nachhaltig machen. Einerseits benötigen Elektromotoren und Batterien zusätzliche Ressourcen wie Lithium, Kupfer und Magnete, wodurch der Energieverbrauch und die Emissionen bei der Fahrradherstellung steigen. Forscher haben die Treibhausgasemissionen, die bei der Herstellung eines E-Bikes aus Aluminium entstehen, auf 320 kg berechnet. ⁸ Dem stehen 212 kg für die Herstellung eines Fahrrads ohne Unterstützung aus Aluminium und 35 kg für ein Fahrrad ohne Unterstützung aus Stahl gegenüber.

Zum zweiten ist die Lebensdauer eines Elektrofahrrads kürzer als die eines Zweirads ohne Unterstützung, weil es mehr Fehlerquellen gibt. Der Ausfall der zusätzlichen Komponenten - Motor, Batterie, Elektronik - führt aufgrund der Inkompatibilität der Komponenten zu einem kürzeren Lebenszyklus. In einer wissenschaftlichen Studie über die Kreislaufwirtschaft in der Fahrradindustrie wird ein erheblicher Anstieg defekter Komponenten im Vergleich zu Fahrrädern ohne Unterstützung festgestellt und die Schlussfolgerung gezogen, dass „die große Dynamik des Marktes aufgrund regelmäßiger Innovationen, Produkterneuerungen und des Mangels an Ersatzteilen für ältere Modelle die langfristige Nutzung durch die Kunden viel schwieriger macht als bei herkömmlichen Fahrrädern.“ ¹⁵

Elektroräder verstärken beide Trends, die Fahrräder weniger nachhaltig machen.

Hinzu kommt, dass Elektrofahrräder für ihren Betrieb Strom benötigen, was den Ressourcenverbrauch und die Emissionen weiter erhöht. Diese Auswirkungen sind im Vergleich zur Herstellungsphase relativ gering. Schließlich stellt der Mensch einen Teil der Antiebsleistung zur Verfügung, und der Stromverbrauch eines Elektrofahrrads (25 km/h) beträgt nur etwa 1 Kilowattstunde pro 100 km. Die durchschnittliche Treibhausgasemission durch Stromerzeugung in Europa lag 2019 bei 275 gCO2/kWh. ¹⁶ Wenn ein E-Bike 15.000 km hält, verursacht das Aufladen des Akkus nur 41 kg CO2, verglichen mit 320 kg für die Herstellung des (Aluminium-)Fahrrads. Selbst in den USA und China, wo die Kohlenstoffintensität des Stromnetzes 50-100 % über dem europäischen Wert liegt, dominiert die Produktion von Elektrofahrrädern die Gesamtemissionen und den Energieverbrauch.

Lastenfahrräder

Die Kombination aus energieintensiven Materialien, kurzer Lebensdauer und elektrischer Unterstützung kann die Emissionen während des gesamten Lebenszyklus in überraschende Höhen treiben, insbesondere bei Lastenfahrrädern. Diese Fahrzeuge sind größer und schwerer als Personenfahrräder und benötigen leistungsfähigere Motoren und Batterien. Es gibt nur sehr wenige Lebenszyklusanalysen für Lastenfahrräder. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurden jedoch die Lebenszyklusemissionen eines elektrischen Lastenfahrrads aus Kohlefaser auf 80 gCO2 pro Kilometer berechnet - nur halb so viel wie bei einem elektrischen Lieferwagen (158 gCO2/km). ¹⁷ Die Forscher erklären dies mit der unterschiedlichen Laufleistung - 34.000 km im Vergleich zu 240.000 km für den Transporter - und den Kohlefaserverbundwerkstoffen in vielen Komponenten, einschließlich des Fahrgestells des Fahrzeugs. Die Lebenszyklusemissionen des Lastenfahrrads, einschließlich des Stroms, der zum Aufladen der Batterie verbraucht wird, belaufen sich auf 2.689 kg. Das ist fast das 40-fache der Lebenszyklusemissionen von zwei Fahrrädern aus Stahl (mit einer Laufleistung von jeweils 15.000 km).

Die Verlängerung der Nutzungsdauer von Elektrofahrrädern hat im Vergleich zu Fahrrädern ohne Unterstützung geringere Auswirkungen auf die Lebenszyklusemissionen. Das liegt daran, dass die Batterie alle 3 bis 4 Jahre und der Motor alle zehn Jahre ausgetauscht werden muss, was den Ressourcenverbrauch für Ersatzteile erhöht. ¹¹ Dies zeigt eine Lebenszyklusanalyse eines elektrischen Stahl-Lastenfahrrads mit einer angenommenen Lebensdauer von 20 Jahren. ¹⁸ Während seiner Lebensdauer verbraucht das Fahrzeug fünf Batterien (jede wiegt 8,5 kg), zwei Motoren und 3,5 Reifensätze. Die meisten Lebenszyklusemissionen werden durch diese Ersatzteile verursacht, wobei die Batterien allein 40 % der Gesamtemissionen ausmachen. Im Vergleich dazu sind die Emissionen für den Stahlrahmen nahezu unbedeutend. ¹⁸ Dieses spezielle Lastenfahrrad wurde für afrikanische Straßen gebaut und ist nicht ganz repräsentativ für das durchschnittliche Lastenfahrrad, vor allem wegen seiner schweren Reifen.

Lastenfahrräder haben einen weiteren Nachteil. Personenfahrräder und Autos befördern in der Regel nur eine Person, d. h. ein Personenkilometer auf einem Fahrrad entspricht ungefähr einem Personenkilometer in einem Auto. Bei Lastenrädern ist der Vergleich von Tonnenkilometern jedoch komplizierter. Wenn die Ladung relativ leicht ist - in der Regel bis zu 150 kg - ist das elektrische Lastenfahrrad weniger kohlenstoffintensiv als ein Lieferwagen. Bei schwereren Lasten sind jedoch mehrere Lastenfahrräder erforderlich, um einen Lieferwagen zu ersetzen, wodurch sich die damit verbundenen Emissionen vervielfachen. ¹⁸ Die Umstellung auf Lastenfahrräder ohne eine erhebliche Verringerung des Ladevolumens wird wahrscheinlich nicht zu Emissionseinsparungen führen. Es liegt auf der Hand, dass Lastenfahrräder mit Stahlrahmen und ohne Elektromotoren und Batterien - die derzeit noch in der Mehrzahl sind - während ihrer Lebensdauer wesentlich weniger Kohlenstoffemissionen verursachen werden.

Wie Fahrrad gefahren wird

In den letzten Jahren haben viele Städte Leihfahrräder eingeführt. Theoretisch könnten Leihfahrräder die Zahl der produzierten Fahrräder verringern und damit die Umweltauswirkungen der Fahrradproduktion reduzieren. Der Aufbau und Betrieb von Leihfahrrad-Diensten ist jedoch mit einem erheblichen Energieaufwand und Emissionen verbunden. Außerdem halten gemeinsam genutzte Fahrräder nicht so lange wie Fahrräder in Privatbesitz. Folglich verstärken Leihfahrrad-Dienste die Trends, die Fahrräder weniger nachhaltig machen.

Eine Studie aus dem Jahr 2021 vergleicht die Umweltauswirkungen von gemeinsam genutzten und privaten Fahrrädern und berücksichtigt dabei auch die für jede Option erforderliche Infrastruktur. Sie kommt zu dem Schluss, dass private Fahrräder nachhaltiger sind als gemeinsam genutzte Fahrräder. ⁸ Die Studie basiert auf dem Vélib-System in Paris, Frankreich, das 19.000 Fahrzeuge umfasst, von denen etwa die Hälfte mit einem Elektromotor ausgestattet ist. Mehr als 90 % der Emissionen und des Energieverbrauchs entfallen auf die Fahrzeugherstellung und die Bike-Sharing-Infrastruktur. Die restlichen Emissionen entfallen auf den Bau von Radwegen (3,5 %), das Umladen der Fahrräder, um alle Stationen optimal zu versorgen (2 %), und den Stromverbrauch für das Laden der Batterien der Elektrofahrräder (0,3 %). Insgesamt hat ein gemeinsam genutztes Fahrrad des Vélib-Systems einen Emissionswert von 32 g CO2/km, der drei- bis zehnmal höher ist als der eines eigenen Fahrrads (zwischen 3,5 gCO2/km für ein Stahlfahrrad und 10,5 g CO2/km für ein Aluminiumfahrrad). ⁸

Leihfahrraddienste in den Markt zu bringen und zu betreiben erhöht Energieverbrauch und Emissionen signifikant

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Leihfahrrad-Dienst zu einem Rückgang des Fahrradbesitzes um 15 % führte. Allerdings berechneten sie auch, dass die durchschnittliche Lebensdauer eines gemeinsam genutzten Fahrrads nur 14,7 Monate beträgt, bei einer durchschnittlichen Laufleistung von 12.250 km. Im Vergleich dazu beträgt die durchschnittliche Lebensdauer eines eigenen Fahrrads in Frankreich laut einer Erhebung aus dem Jahr 2020 rund 20.000 km - fast 50 % mehr als bei gemeinsam genutzten Fahrrädern. Das Vélib-System umfasst 14.000 Fahrradstationen mit einer Gesamtfläche von 92.000 m2 und einer geschätzten Lebensdauer von zehn Jahren. Jede der 46.500 Stationen besteht aus 23 kg Stahl und 0,5 kg Kunststoff. Der Stromverbrauch jeder Bike-Sharing-Station beträgt rund 6.000 kWh pro Jahr. Aufgrund der hohen Belastung durch die Infrastruktur sind die Lebenszyklusemissionen von gemeinsam genutzten Elektrofahrrädern nur 24 % höher als die von gemeinsam genutzten nicht-elektrischen Rädern. ⁸

Der ökologische Fußabdruck von Leihfahrrad-Systemen kann von Stadt zu Stadt sehr unterschiedlich sein. Eine Lebenszyklusanalyse von Leihfahrrad-Diensten in den USA ergab Kohlenstoffemissionen von 65 g CO2/km - doppelt so hoch wie in Paris. ¹⁹ Das liegt vor allem daran, dass bei den US-Systemen die Fahrräder mit Dieselfahrzeugen transportiert werden, während der französische Dienst elektrische Zugmaschinen einsetzt. Die US-Studie befasst sich auch mit der neueren Generation der „dockless“ Leihfahrrad-Dienste, die noch schlechter abschneiden. Dockless-Leihfahrräder können überall abgestellt und über eine Smartphone-Anwendung geortet werden. Dadurch werden zwar keine Stationen mehr benötigt, aber jedes Fahrrad benötigt energieintensive elektronische Komponenten, und das System verursacht auch Emissionen durch die Kommunikationsnetze. ¹⁹¹⁰ Darüber hinaus werden für dockless-Systeme mehr Fahrräder benötigt und es muss mehr umgeschichtet werden.

Eine Lebenszyklusanalyse chinesischer Leihfahrrad-Dienste, darunter viele “dockless”-Systeme, zeigt hohe Schadensraten und niedrige Wartungsraten für Fahrräder. Die jährliche Schadensquote beträgt 10-20 % bei verstärkten Fahrrädern und 20-40 % bei leichteren Fahrzeugen, die immer häufiger eingesetzt werden. In der Praxis wird ein gemeinsam genutztes Fahrrad zu Schrott, wenn das Fahrradteil mit der schlechtesten Haltbarkeit kaputt geht. Eine Reparatur findet praktisch nicht statt. ¹⁰ Wenn die Unternehmen schließlich in Konkurs gehen, entstehen beim Leihfahrrad-Dienst Berge von Abfall - auch von Fahrrädern in gutem Zustand. ¹⁰ ¹

Bild: Lebenszyklus-Kohlenstoffemissionen pro Kilometer Fahrradfahren. Diagramm: Marie Verdeil. Daten: [^8][^17][^19][^26].

Nicht jedes Fahrrad ersetzt ein Auto

All dies sollte nicht vom Radfahren abhalten. Selbst die Fahrräder, die in punkto Nachhaltigkeit nicht an der Spitze stehen, sind dennoch nachhaltiger als Autos. Der Kohlenstoff-Fußabdruck für die Herstellung eines benzin- oder dieselbetriebenen Autos liegt zwischen 6 Tonnen (Citroen C1) und 35 Tonnen (Land Rover Discovery). ²⁰ Der Bau eines Kleinwagens wie des C1 verursacht also so viele Emissionen wie die Herstellung von 171 Stahlfahrrädern oder 28 Aluminiumfahrrädern. Darüber hinaus haben Autos auch einen hohen Kohlenstoff-Fußabdruck durch den Kraftstoffverbrauch, während Fahrräder ganz oder teilweise von Menschen angetrieben werden. ²¹ Elektroautos haben höhere Emissionen bei der Herstellung, aber geringere Emissionen beim Betrieb (wobei letzteres ganz von der Kohlenstoffintensität des Stromnetzes abhängt).

Das Fahrrad ist sogar dann im Vorteil, wenn man seine viel geringere Lebensleistung berücksichtigt. ²² Benzin- und dieselbetriebene Autos erreichen heute mehr als 300.000 km, das ist das Doppelte ihrer Lebensdauer in den 1960er und 1970er Jahren. ²³ Wenn ein Fahrrad 20.000 km hält, bräuchte man 15 Fahrräder, um 300.000 km zurückzulegen. Wenn es sich dabei um Stahlfahrräder ohne Elektromotor handelt, ist der gesamte Kohlenstoff-Fußabdruck bei der Herstellung immer noch sechsmal geringer als bei einem Kleinwagen: 1.050 kg CO2. Sind die Fahrräder aus Aluminium und haben einen Elektromotor, steigen die Emissionen auf 4.800 kg CO2, was immer noch unter dem CO2-Fußabdruck der Herstellung eines Kleinwagens liegt.

Allerdings ersetzt nicht jedes Fahrrad ein Auto. Dies gilt insbesondere für Gemeinschaftsfahrräder und Elektrofahrräder: Studien zeigen, dass sie hauptsächlich nachhaltigere Verkehrsalternativen ersetzen, wie z. B. zu Fuß gehen, ein Fahrrad ohne Unterstützung oder ein privates Fahrrad benutzen oder mit der U-Bahn fahren. ¹⁹ ²⁴ In Paris sind die Emissionen von gemeinsam genutzten Fahrrädern dreimal so hoch wie die von elektrischen öffentlichen Verkehrsmitteln. ⁸ Außerdem werden viele kohlenstoffintensive Fahrräder zu Freizeitzwecken gekauft und sind keineswegs als Ersatz für das Auto gedacht - sie können sogar zu einer verstärkten Autonutzung führen, wenn die Radfahrer für einen Ausflug in die Natur aus der Stadt fahren. In all diesen Fällen steigen die Emissionen, sie sinken nicht.

Wie kann man Fahrräder wieder nachhaltiger machen?

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es mehrere Gründe gibt, warum Fahrräder weniger nachhaltig geworden sind: die Umstellung von Stahl auf Aluminium und andere energieintensivere Materialien, die Globalisierung der Fahrradindustrie, die zunehmende Inkompatibilität und sinkende Qualität der Komponenten, der wachsende Erfolg von Elektrofahrrädern und die Nutzung von Leihfahrrad-Diensten. Die meisten dieser Faktoren sind für sich genommen nicht problematisch. Vielmehr ist es die Kombination von Trends, die zu erheblichen Unterschieden zu den Fahrrädern früherer Generationen führt.

Die Herstellung eines Elektrofahrrads aus Stahl hätte beispielsweise einen CO2-Fußabdruck von 143 kg. Das ist zwar viermal so viel wie die Emissionen eines Fahrrads ohne Unterstützung aus Stahl, liegt aber unter dem CO2-Fußabdruck eines Aluminiumfahrrads ohne Elektromotor (212 kg). Vor allem wenn die Batterie mit erneuerbarer Energie aufgeladen wird, kann das Fahren mit einem Elektrofahrrad also nachhaltiger sein als mit einem Fahrrad ohne Motor. Ebenso könnte ein Aluminiumfahrrad mit einer langen Lebensdauer - z. B. durch Kompatibilität der Komponenten - einen geringeren CO2-Fußabdruck haben als ein Stahlfahrrad mit einer begrenzten Lebensdauer.

Viele Forscher plädieren dafür, Fahrräder wieder aus Stahl statt aus Aluminium und anderen energieintensiven Materialien herzustellen. Das würde bei relativ geringen Nachteilen - etwas schwerere Fahrräder - einen erheblichen Gewinn an Nachhaltigkeit bringen. Stahlrahmen würden auch die Kohlenstoffintensität von Elektrofahrrädern und Fahrrädern, die gemeinsam genutzt werden, verringern. Einige Forscher werben für Fahrradrahmen aus Bambus, aber der Nutzen im Vergleich zu altmodischen Stahl- oder sogar Aluminiumrahmen ist unklar. ²⁵ Ein „Bambusfahrrad“ benötigt immer noch Räder und viele andere Teile aus Metall oder Kohlefaserverbundwerkstoffen, und die Rahmenrohre werden in der Regel durch Kohlefaser- oder Metallteile zusammengehalten. ⁶ Außerdem wird der Bambus chemisch gegen Fäulnis behandelt und ist nicht biologisch abbaubar. ¹

Um nachhaltige Fahrräder zu bekommen, sollte man zu lokaler und weniger automatisierter Herstellung zurückfinden

Eine bessere Kompatibilität der Komponenten würde die Lebensdauer von Fahrrädern - auch von Elektrofahrrädern - durch Reparatur und Aufarbeitung erhöhen. Sie würde den Verbrauchern keine Nachteile bringen, ganz im Gegenteil. Im Gegensatz zu einer Umstellung auf Stahlrahmen würde eine bessere Kompatibilität der Komponenten jedoch den Verkauf von neuen Fahrrädern beeinträchtigen. Eine Studie kommt zu dem Schluss, dass „der Verzicht auf Normung ein profitables Geschäftsmodell ist, weil er dafür sorgt, dass Fahrräder nur eine bestimmte Zeit lang gefahren werden können.“ ¹ Die abnehmende Nachhaltigkeit von Fahrrädern ist kein technologisches Problem und nicht nur bei Fahrrädern der Fall. Wir sehen es auch bei der Herstellung anderer Produkte, wie Computern. Ein Fahrradmechaniker stellt fest: „Das Problem hier ist der Kapitalismus, nicht die Fahrräder.“ ¹⁴

Die Umstellung auf eine lokale und weniger automatisierte Fahrradherstellung ist eine Voraussetzung für nachhaltige Fahrräder. Der Hauptgrund ist nicht der zusätzliche Energieverbrauch durch Transport und Maschinen, der relativ gering ist. Beispielsweise verursacht der Transport aus China bei gemeinsam genutzten Fahrrädern etwa 0,7 bis 1,2 gCO2/km. ⁸ Viel wichtiger ist, dass die heimische und handwerkliche Herstellung von Fahrrädern eine wesentliche Voraussetzung dafür ist, dass die Reparatur und Aufarbeitung die wirtschaftlich attraktivere Option ist. Die Reparatur ist per definitionem lokal und manuell, so dass sie schnell teurer wird als die Herstellung eines neuen Fahrzeugs in einer großen, automatisierten Fabrik. ¹⁰ Vor Ort hergestellte Fahrräder würden den Kaufpreis für die Verbraucher erhöhen. Eine bessere Reparierbarkeit würde jedoch eine längere Lebensdauer und langfristig niedrigere Kosten ermöglichen. Die Lösung von Fahrraddiebstahl- und Parkproblemen ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da sie häufig ein Grund für den Kauf billiger, kurzlebiger Fahrräder sind. ²⁶

Schließlich können auch gemeinsam genutzte Fahrräder ihren Platz haben, und wir werden wahrscheinlich weitere Verbesserungen ihrer Ressourceneffizienz erleben - die neuesten Leihfahrrad-Stationen in Paris haben ihren Stromverbrauch um den Faktor sechs reduziert. ⁸ Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass gemeinsam genutzte Fahrräder nachhaltiger sind als private Fahrräder, da sie immer wieder neu räumlich verteilt werden müssen und eine High-Tech-Infrastruktur benötigen, damit der Dienst funktioniert. Außerdem kann die Bindung an das eigene Fahrrad ein starker Anreiz sein, es gut zu pflegen und so seine Lebensdauer zu erhöhen, wie ich bezeugen kann.

Szto, Courtney, and Brian Wilson. “Reduce, re-use, re-ride: Bike waste and moving towards a circular economy for sporting goods.” International Review for the Sociology of Sport (2022): 10126902221138033. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/10126902221138033 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Johnson, Rebecca, Alice Kodama, and Regina Willensky. “The complete impact of bicycle use: analyzing the environmental impact and initiative of the bicycle industry.” (2014). https://dukespace.lib.duke.edu/dspace/bitstream/handle/10161/8483/Duke_MP_Published.pdf ↩︎ ↩︎
Norcliffe, Glen, et al., eds. Routledge Companion to Cycling. Taylor & Francis, 2022. https://www.routledge.com/Routledge-Companion-to-Cycling/Norcliffe-Brogan-Cox-Gao-Hadland-Hanlon-Jones-Oddy-Vivanco/p/book/9781003142041 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Cole, Emma. “What’s the environmental impact of a steel bicycle frame?” Cyclist, November 7, 2022. https://www.cyclist.co.uk/in-depth/11003/steel-bike-frame-environmental-impact ↩︎
Mercer, Liam. “Starling Cycles publishes environmental footprint assessment and policy.” Off-road.cc, July 2022. https://off.road.cc/content/news/starling-cycles-publishes-environmental-footprint-assessment-and-policy-10513 ↩︎
Chang, Ya-Ju, Erwin M. Schau, and Matthias Finkbeiner. “Application of life cycle sustainability assessment to the bamboo and aluminum bicycle in surveying social risks of developing countries.” 2nd World Sustainability Forum, Web Conference. 2012. https://sciforum.net/manuscripts/953/original.pdf ↩︎ ↩︎
Chen, Jingrui, et al. “Life cycle carbon dioxide emissions of bike sharing in China: Production, operation, and recycling.” Resources, Conservation and Recycling 162 (2020): 105011. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344920303281 ↩︎
De Bortoli, Anne. “Environmental performance of shared micromobility and personal alternatives using integrated modal LCA.” Transportation Research Part D: Transport and Environment 93 (2021): 102743. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S136192092100047X ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Roy, Papon, Md Danesh Miah, and Md Tasneem Zafar. “Environmental impacts of bicycle production in Bangladesh: a cradle-to-grave life cycle assessment approach.” SN Applied Sciences 1 (2019): 1-16. https://link.springer.com/article/10.1007/s42452-019-0721-z ↩︎
Mao, Guozhu, et al. “How can bicycle-sharing have a sustainable future? A research based on life cycle assessment.” Journal of Cleaner Production 282 (2021): 125081. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652620351258 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Leuenberger, Marianne, and Rolf Frischknecht. “Life cycle assessment of two wheel vehicles.” ESU-Services Ltd.: Uster, Switzerland (2010). https://treeze.ch/fileadmin/user_upload/downloads/Publications/Case_Studies/Mobility/leuenberger-2010-TwoWheelVehicles.pdf ↩︎ ↩︎
Erik Bronsvoort & Matthijs Gerrits. “From marginal gains to a circular revolution”. Paperback (full-colour): 160 pages, ISBN: 978-94-92004-93-2, Warden Press, Amsterdam. https://circularcycling.nl/product/from-marginal-gains-to-a-circular-revolution/ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
US petition that calls for end o built to fail bikes gaining support in BC. https://vancouversun.com/news/local-news/u-s-petition-that-calls-for-end-of-built-to-fail-bikes-gaining-support-in-b-c ↩︎
Aaron Gordon. “Mechanics Ask Walmart, Major Bike Manufacturers to Stop Making and Selling ‘Built-to-Fail’ Bikes”, Vice, January 13, 2022. https://www.vice.com/en/article/wxdgq9/mechanics-ask-walmart-major-bike-manufacturers-to-stop-making-and-selling-built-to-fail-bikes ↩︎ ↩︎
Koop, Carina, et al. “Circular business models for remanufacturing in the electric bicycle industry.” Frontiers in Sustainability 2 (2021): 785036. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frsus.2021.785036/full ↩︎
https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/indicators/overview-of-the-electricity-production-3/assessment ↩︎
Temporelli, Andrea, et al. “Last mile logistics life cycle assessment: a comparative analysis from diesel van to e-cargo bike.” Energies 15.20 (2022): 7817.. https://www.mdpi.com/1996-1073/15/20/7817 ↩︎
Schünemann, Jaron, et al. “Life Cycle Assessment on Electric Cargo Bikes for the Use-Case of Urban Freight Transportation in Ghana.” Procedia CIRP 105 (2022): 721-726. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827122001214 ↩︎ ↩︎ ↩︎
Luo, Hao, et al. “Comparative life cycle assessment of station-based and dock-less bike sharing systems.” Resources, Conservation and Recycling 146 (2019): 180-189. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344919301090 ↩︎ ↩︎ ↩︎
https://www.theguardian.com/environment/green-living-blog/2010/sep/23/carbon-footprint-new-car ↩︎
Fahrräder werden ganz oder teilweise durch Nahrungskalorien angetrieben. Einige Leute argumentieren, dass der Lebenszyklus-Energiebedarf von Fahrrädern höher ist als der anderer Verkehrsmittel, wenn man die Auswirkungen der Lebensmittel berücksichtigt, die für die Bereitstellung zusätzlicher Kalorien erforderlich sind, die während der Fahrradnutzung verbrannt werden. Die Mehrheit der Menschen in autozentrierten Gesellschaften nimmt jedoch mehr Kalorien zu sich, als ihre sitzende Lebensweise erfordert. Mehr Radfahren würde zu geringeren Fettleibigkeitsraten führen, nicht zu einer höheren Kalorienaufnahme. ↩︎
Dies ist eine rein theoretische Berechnung, denn Autos laden zu viel längeren Fahrten ein als Fahrräder. ↩︎
Ford, Dexter. “As Cars Are Kept Longer, 200,000 Is New 100,000.” New York Times, March 16, 2012. https://www.nytimes.com/2012/03/18/automobiles/as-cars-are-kept-longer-200000-is-new-100000.html?_r=2&ref=business&pagewanted=all& ↩︎
Zheng, Fanying, et al. “Is bicycle sharing an environmental practice? Evidence from a life cycle assessment based on behavioral surveys.” Sustainability 11.6 (2019): 1550. https://www.mdpi.com/2071-1050/11/6/1550 ↩︎
Ein Vergleich der Lebenszyklusemissionen eines Bambusfahrrads mit denen eines Aluminiumfahrrads ergab kaum Unterschiede (233 vs. 238 kg CO2), siehe [6]. ↩︎
Larsen, Jonas, and Mathilde Dissing Christensen. “The unstable lives of bicycles: the ‘unbecoming’of design objects.” Environment and Planning A: Economy and Space 47.4 (2015): 922-938. https://orca.cardiff.ac.uk/id/eprint/131212/1/M%20Christensen%202015%20the%20unstable%20lives%20of%20bicycles%20ver2%20postprint.pdf ↩︎

Direkte Sonnenenergie: Netzunabhängig ohne Batterie

Fri, 11 Apr 2025 00:00:00 +0000

Bild: ein Laptop der mit direkter Sonnenenergie betrieben wird. Foto: Marie Verdeil.

Herkömmliche Solaranlagen stellen unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und den daraus resultierenden energiefressenden Lebensstil nicht in Frage. Sowohl Solarzellen auf Dächern als auch große Solarparks versorgen uns mit dem Strom, den wir brauchen, auch wenn die Sonne nicht scheint. Das liegt daran, dass diese Systeme das zentrale Stromnetz, das größtenteils mit fossilen Brennstoffen betrieben wird, als eine Art Batterie zur Überbrückung von Stromengpässen nutzen.

Obwohl netzgekoppelte Solarpaneele den Verbrauch fossiler Brennstoffe in Wärmekraftwerken verringern können, werden diese Einsparungen zumindest teilweise durch die zusätzlichen fossilen Brennstoffe untergraben, die für den Bau und die Instandhaltung einer dualen Energieinfrastruktur erforderlich sind. Die Kombination von Solar- und Windenergie kann den Anteil der erneuerbaren Energien im Stromnetz weiter erhöhen, doch erfordert dies einen weiteren Ausbau der Infrastruktur. Dies erfordert nicht nur Energie, sondern auch eine Menge Geld und Zeit.

Das gleiche Problem stellt sich, wenn fossil befeuerte Kraftwerke durch Energiespeicher ersetzt werden sollen, um an sonnigen Tagen erzeugten Überschussstrom für Zeiten ohne oder mit unzureichender Sonneneinstrahlung zu speichern. Energiespeicher, ob sie nun in ein Stromnetz integriert sind oder sich in einzelnen Haushalten befinden (netzunabhängige Systeme), sind sehr teuer und kohlenstoffintensiv in Bau und Wartung.

Autonome Solaranlage

Die Herstellung von Solarmodulen kostet natürlich Geld und Energie. Die finanziellen und energetischen Kosten für die zugehörige Back-up-Infrastruktur sind jedoch um ein Vielfaches höher. Bei netzgekoppelten Solaranlagen sind diese Kosten sehr schwer genau zu berechnen, aber bei autonomen Solaranlagen (ohne Netzanschluss und mit eigener Energiespeicherung) ist es viel einfacher. Als Beispiel nehme ich daher die kleine autonome Solaranlage, die mein Wohnzimmer in Barcelona mit Strom versorgt.

Dieses System besteht aus zwei 50-W-Solarmodulen auf dem Balkon, einer 100-Ah-Blei-Säure-Batterie und einem 10-A-Laderegler. Die erzeugte Energie wird u. a. für die Beleuchtung, die Musikanlage und das Aufladen von Laptops und anderen elektronischen Geräten verwendet. Die anfängliche finanzielle Investition betrug 340 Euro: 120 Euro für die Solarmodule, 170 Euro für die Batterie und 50 Euro für den Laderegler.

Aber während die Solarmodule 30 Jahre und der Laderegler etwa 10 Jahre halten dürften, muss ich die Bleibatterie im Durchschnitt alle drei bis fünf Jahre ersetzen. ¹ Bei einer Lebensdauer von 30 Jahren belaufen sich die Kosten auf 120 Euro für die Solarmodule, 150 Euro für die Laderegler und - im günstigsten Fall - 1020 Euro für die Batterien. Auf die Batterien (und die zugehörigen Laderegler) entfallen also etwa 90 % der gesamten Lebenszykluskosten.

Die Energiespeicherung dominiert auch die graue Energie der Anlage (und die daraus resultierenden Kohlenstoffemissionen). Für die Herstellung meiner Blei-Säure-Batterie wurden 1200 Megajoule (MJ) an Energie benötigt. ² Bei einer Lebensdauer von 30 Jahren (bestenfalls sechs Batterien) entspricht das 7200 MJ. Die drei Laderegler fügen über eine Lebensdauer von 30 Jahren weitere 360 MJ hinzu, so dass sich der Gesamtenergieverbrauch für das Batteriesystem auf 7560 MJ beläuft. ³ Im Gegensatz dazu kostet die Herstellung der Solarmodule nur 2275 MJ von insgesamt 9835 MJ. ⁴ Fazit: Mehr als 75 % des gesamten fossilen Energieverbrauchs entfallen auf die Energiespeicherung.

Bild: Auf der rechten Seite des Balkons sind die zwei 50W-Solarpaneele angebracht, die mein Wohnzimmer mit Energie versorgen. Daneben ist das 30W-Solarpaneel, mit dem diese Webseite betrieben wird. Foto: Marie Verdeil.

Bild: Der Unterbau für die Solarpaneele, gebaut aus Holzabfällen. Foto: Kris De Decker.

Bild: Die 100 Ah-Blei-Säure-Batterie, die nach Sonnenuntergang das Wohnzimmer versorgt. Foto: Kris De Decker.

Andere Batterietypen würden an diesem Fazit nichts Wesentliches ändern. Bei einem vergleichbaren netzunabhängigen System mit Lithium-Ionen-Batterien würde die Energiespeicherung etwa 95 % der gesamten Lebenszykluskosten ausmachen (das ist fast doppelt so viel wie bei einem System mit Bleibatterien). Wenn man von einer optimistischen Lebensdauer (10 Jahre) ausgeht und die Laderegler einbezieht, macht die Lithium-Energiespeicherung etwa 70 % der in ein Solarnetzsystem investierten Energie aus. ⁵ ⁶ Bei Nickel-Eisen-Batterien würde die Energiespeicherung 85 % der gesamten Lebenszykluskosten ausmachen (es gibt keine Daten zu den Energiekosten). ⁷

Auch die Größe und der Standort der Solaranlage machen keinen Unterschied. Eine größere Anlage benötigt mehr Solarmodule, aber auch größere Batterien und teurere und leistungsfähigere Laderegler. Die Verhältnisse bleiben die gleichen. ⁸ Der einzige Faktor, der den Anteil der Solarmodule an den Gesamtkosten etwas erhöhen kann, sind die Strukturen, auf denen sie montiert sind. Ich berücksichtige das nicht, weil ich sie aus Holzabfällen selbst gebaut habe. Wenn die Solarmodule jedoch auf einem Dach montiert werden, ist eine Selbstbaulösung weniger naheliegend. Aber auch in diesem Fall sind die Kosten für die Energiespeicherung bei weitem der wichtigste Faktor.

Direkte Sonnenenergie: viel billiger und nachhaltiger

Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen sind Sonne und Wind nicht auf Abruf verfügbar. Das Problem mit unserem Ansatz für erneuerbare Energien ist, dass wir darauf bestehen, dass Energie immer unbegrenzt verfügbar sein sollte, unabhängig von Wetter, Jahres- oder Tageszeit. Eine Anpassung der Energienachfrage an das Angebot - wie in der Vergangenheit - würde zu einer dramatischen Senkung der Kosten und des Verbrauchs fossiler Brennstoffe führen.

Wenn ich zum Beispiel den Batteriespeicher meiner Solaranlage weglassen würde, wäre mein System etwa zehnmal billiger: 120 Euro statt 1.290 Euro über eine Lebensdauer von 30 Jahren. Alternativ könnte ich 1.290 Euro allein für Solarmodule ausgeben, was mir eine Solaranlage mit 1075 Watt bescheren würde. Das ist das Zehnfache der Kapazität der Anlage mit Batterien, mehr als auf den Balkon passt.

Ohne Batterie und Laderegler sinken auch die Energiekosten der Anlage von 9835 MJ auf 2275 MJ. Mit anderen Worten: ich könnte mit der gleichen Investition in fossile Brennstoffe mindestens viermal so viel Sonnenenergie erzeugen.

Wie lässt sich direkte Sonnenenergie in die Praxis umsetzen?

Schön und gut, aber die Sonne scheint nicht nach Sonnenuntergang und die Menge der Sonnenenergie schwankt im Laufe des Tages und des Jahres. Wie also kann der Einsatz von Solarmodulen ohne Batterien (oder andere Back-up-Infrastrukturen im Falle von netzgekoppelten Anlagen) praktikabel sein?

Um diese Frage zu beantworten, werfen wir einen Blick auf einen Pionier der „direkten Sonnenenergie“: die Living Energy Farm. Dieses Wohnprojekt im US-Bundesstaat Virginia ist dank der Sonnenenergie völlig „netzunabhängig“, aber nur 10 % des erzeugten Solarstroms fließen durch eine (Nickel-Eisen-)Batterie. Die Sonnenkollektoren versorgen jedoch mehrere Häuser, eine Gemeinschaftsküche, eine Metallwerkstatt und eine Farm mit Strom. ⁹ ¹⁰

Bild: Direkte Sonnenenergie im Einsatz bei der Living Energy Farm.

Die Solaranlage ist seit 2011 in Betrieb und besteht aus einzelnen Systemen mit einer Gesamtspitzenleistung von 1400 Watt. ¹¹ Zum Vergleich: Die durchschnittliche Spitzenleistung einer privaten Solaranlage in Großbritannien und den USA - für einen Haushalt - beträgt 4000 Watt bzw. 6500 Watt. Wie in meiner Wohnung wird auch in der Living Energy Farm sparsam mit Energie umgegangen, aber die Tatsache, dass kaum Batterien verwendet werden, hat andere Gründe.

Einige Geräte werden nur tagsüber benutzt

Ein erster Grund liegt auf der Hand: Einige elektrische Geräte und Maschinen werden nur tagsüber benutzt. Das gilt zum Beispiel für alle Maschinen in der Metallwerkstatt, wie Bandsäge, Kompressor, Schleifmaschine, Kreissäge, Drehbank, Fräse und Bohrmaschine. Das gilt auch für landwirtschaftliche Maschinen wie eine Getreidemühle und eine Tiefbrunnenpumpe. Diese Maschinen sind direkt an Sonnenkollektoren angeschlossen und bieten alle Möglichkeiten moderner netzbetriebener Technik, mit der Ausnahme, dass sie nur tagsüber genutzt werden können. ¹⁰

In viel kleinerem Maßstab habe ich zu Hause direkten Solarstrom für einen Lötkolben, eine Klebepistole und eine Bewässerungspumpe (für den Balkon) verwendet. Weitere Beispiele für Geräte und Maschinen, die nur tagsüber genutzt werden könnten, sind Staubsauger, Nähmaschinen, Waschmaschinen, Spielkonsolen, Laserschneider und 3D-Drucker. Es ist gar nicht so schwer, sich eine moderne Gesellschaft vorzustellen, in der Tätigkeiten wie Staubsaugen und Heimwerkerarbeiten nur noch tagsüber stattfinden. Eine Rückkehr ins Mittelalter ist das sicher nicht.

Bild: Verschiedene Werkstattwerkzeuge auf der Living Energy Farm, von denen die meisten mit direktem Solarstrom betrieben werden. Aufnahme: Alexis Zeigler.

Bild: Mit direkter Sonnenenergie betriebene Metalldrehbank, Living Energy Farm. Aufnahme: Alexis Zeigler.

Bild: Löten mit direkter Sonnenenergie. Aufnahme: Marie Verdeil. [Video](https://www.youtube.com/watch?v=qozZCJU4IOc).

Außerdem müssen nicht alle elektrischen Geräte ständig überwacht werden. Waschmaschinen oder Geschirrspüler, die sich automatisch einschalten, wenn die Sonne scheint, werden oft als Beispiele für ein „intelligentes“ Stromnetz angeführt. Dieser Ansatz setzt jedoch eine umfangreiche Infrastruktur aus Stromübertragungs- und Kommunikationsnetzen sowie elektronisch gesteuerten Geräten voraus.

Im Gegensatz dazu wird bei einem dezentralen, direkten Solaransatz die Intelligenz von der Sonne und der Drehung unseres Planeten bereitgestellt. Eine direkt solarbetriebene Wasch- oder Geschirrspülmaschine kann am Abend vollständig geladen und eingeschaltet werden. Die Maschine springt dann morgens „automatisch“ an. Sie können sogar Zeitschaltuhren (elektronisch oder mechanisch) verwenden, um verschiedene Geräte nacheinander zu betreiben.

Ob und inwieweit Wolken eine zusätzliche Einschränkung für eine direkte Solaranlage darstellen, hängt von der Größe der Solarmodule ab. Eine Verdopplung der Fläche der Solarmodule garantiert bei mäßiger Bewölkung eine ausreichende Sonnenenergie, während die Anlage viel billiger und nachhaltiger bleibt als ein System mit Batterien oder einer anderen Backup-Infrastruktur.

Eine noch größere Fläche mit Sonnenkollektoren könnte selbst bei starker Bewölkung ausreichend Energie liefern, aber eine Verzehnfachung der Größe des Systems bringt die Kosten wieder auf das Niveau eines autonomen Systems mit Batterien. Eine Vervierfachung der Fläche macht das System wieder gleichermaßen abhängig von fossilen Brennstoffen.

Viele Geräte haben bereits Batterien

Bei direkter Sonnenenergie lassen sich elektrische Geräte auch nach Sonnenuntergang nutzen. Wie bereits erwähnt, verfügt die Living Energy Farm über ein bescheidenes Batteriesystem, das nach Sonnenuntergang u. a. Strom für Beleuchtung, Ventilatoren und elektronische Geräte liefert. ¹⁰ Darüber hinaus verfügen viele moderne Geräte bereits über eingebaute Energiespeicher. Dies gilt für alle Arten von Elektrofahrzeugen, für die meisten elektronischen Geräte und für ältere Elektrogeräte mit AA-Batterien.

So können diese Geräte tagsüber mit direkter Sonnenenergie aufgeladen und nach Sonnenuntergang dank des eingebauten Akkus noch mehrere Stunden lang genutzt werden. In Kombination mit einer Lithium-Ionen-Powerbank kann ein direktes Solarpaneel USB-Geräte auch nach Sonnenuntergang laden. Das kann sogar für die Beleuchtung funktionieren, denn es gibt viele batteriebetriebene Lampen, die man als moderne Taschenlampen verwenden kann, aufgehängt an verschiedenen Stellen in Räumen und Gebäuden.

Bild: Ein mobiles Telefon, mit direkter Sonneneergie betrieben. Foto: Marie Verdeil.

Natürlich ist die Auslagerung der chemischen Energiespeicherung in das Gerät nicht die nachhaltigste Option. Für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien werden fossile Brennstoffe benötigt, und sie werden (im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien) nicht recycelt. Die beste Lösung ist natürlich, den Gebrauch von Elektrogeräten zu reduzieren. Aber sie mit direkter Sonnenenergie aufzuladen ist viel nachhaltiger und effizienter als über zusätzliche Batterien oder ein mit fossilen Brennstoffen betriebenes Stromnetz. Wenn wir schon High-Tech-Geräte verwenden, dann möglichst auf die intelligenteste Art und Weise.

Nicht-elektrische Energiespeicherung

Ein dritter Grund, warum direkte Sonnenenergie praktischer ist, als es auf den ersten Blick scheint, ist die Tatsache, dass einige elektrische Geräte dank thermischer Energiespeicherung auch nach Sonnenuntergang genutzt werden können. Dies ist viel billiger und nachhaltiger als die Speicherung elektrischer Energie. Die thermische Energiespeicherung ist für Raum- und Warmwasserheizungssysteme bereits recht gut etabliert, bei denen das solar erwärmte Wasser in einem isolierten Heizkessel oder (nur für die Raumheizung) in der Gebäudehülle gespeichert wird. Es ist keine Überraschung, dass die Living Energy Farm über solche Systeme verfügt, und die Solarthermie sorgt auch in meiner Wohnung für Warmwasser.

Der gleiche Ansatz funktioniert aber auch für zwei wichtige Haushaltsgeräte, die nach Sonnenuntergang funktionieren müssen und ebenfalls viel Strom verbrauchen: den Kühlschrank und den Herd. Anstatt den Strom aus einem Solarmodul in einer Batterie zu speichern, um dann nach Sonnenuntergang einen Kühlschrank oder einen Herd zu betreiben, verwenden diese Geräte auf der Living Energy Farm eine Wärmedämmung. Dadurch wird die Wärme im Inneren (im Falle des Herdes) oder außerhalb (im Falle des Kühlschranks) gehalten, wenn kein Strom vorhanden ist. Die Wärmedämmung sorgt auch für eine sehr hohe Energieeffizienz, so dass jedes dieser Geräte bereits mit einem Solarpaneel von nur 100-200 Watt betrieben werden kann.

Ein Kühlschrank, mit direkter Sonnenenergie betrieben

Es ist durchaus möglich, einen herkömmlichen Kühl- oder Gefrierschrank direkt an ein Solarmodul anzuschließen, aber ein solches Gerät würde sich in der Nacht sehr schnell aufheizen. Selbst Kühlschränke der energieeffizientesten Kategorie haben eine relativ geringe Isolierstärke (normalerweise 2,5 cm). Wird diese Dämmstärke jedoch auf etwa 12,5 cm erhöht, sinkt der Energieverbrauch eines Kühlschranks um das Vierfache. ¹² ¹³ Die passive Kühlleistung eines Kühlschranks kann durch Hinzufügen einer thermischen Masse in Form eines Wassertanks im Inneren des Geräts weiter erhöht werden. Tagsüber kühlt das Solarmodul das Wasser oder wandelt es in Eis um. In der Nacht verlangsamt dieses kalte Wasser oder Eis die Erwärmung des Kühlschranks. ¹⁴

Ein Kühlschrank, der mit direkter Sonnenenergie betrieben wird, lässt sich auch oben und nicht nur vorne öffnen. Kalte Luft ist schwer, und so geht auf diese Weise viel weniger Energie verloren, wenn jemand die Tür öffnet. All diese Design-Entscheidungen führen zu einer spektakulären Energieeffizienz. Eine Studie über Kühlschränke mit direkter Sonneneinstrahlung in sehr sonnigen Regionen (Texas und New Mexico, USA) zeigte, dass sie ihre Kühlleistung 6 oder 7 Tage lang ohne Stromzufuhr aufrechterhalten konnten. Die Geräte wurden das ganze Jahr über mit Sonnenkollektoren von nur 80 bis 120 Watt betrieben. ¹⁵ Die Living Energy Farm betreibt ihren Solarkühlschrank mit einem 200-W-Panel. ¹⁰

Bild: Der Sundanzer DDR165. Ein Kühlschrank, der eigens für direkte Sonnenenergie entwickelt wurde. Foto: Sundanzer.

Im Gegensatz zur solaren Heizung ist die solare Kühlung optimal auf die jahreszeitlichen Schwankungen der Sonneneinstrahlung abgestimmt. Im Sommer, wenn mehr Sonnenenergie vorhanden ist, wird mehr Energie für die Kühlung benötigt. Der oben erwähnte Kühlschrank in New Mexico verzeichnete einen Energieverbrauch von 406 Wattstunden pro Tag im Sommer und nur 230 Wattstunden im Winter. ¹⁶ Außerdem kann die Technologie in der gesamten Kühlkette eingesetzt werden, von der der Haushaltskühlschrank nur ein kleiner (aber wesentlicher) Teil ist. Eine weitere Anwendung ist die Luftkühlung, die allerdings weniger gut erforscht und schwieriger zu realisieren ist. ¹⁷

Ein Elektroherd, mit direkter Sonnenenergie betrieben

Im Prinzip kann auch ein herkömmlicher Herd direkt an ein Solarmodul angeschlossen werden, aber wie bei einem herkömmlichen Kühlschrank ist das nicht sehr praktisch. Man kann nur tagsüber kochen, und man muss viele Solarpanels installieren. Eine einzige Kochplatte benötigt 1000 Watt elektrische Leistung. Ein elektrischer Solarkocher löst diese Probleme, indem er das Kochfeld mit einer Wärmedämmung ausstattet. Die Technologie ist im Grunde eine Kombination aus einem Elektrokochfeld und einer Kochkiste.

Bild: Test eines elektrischen Solarkochers. Foto: California Polytechnic State University (Cal Poly).

Dank der Wärmedämmung speichert ein elektrischer Solarkocher tagsüber langsam Wärme, die dann nach Sonnenuntergang zum Kochen genutzt werden kann. Auf diese Weise kann eine viel geringere Stromzufuhr ausreichen, um hohe Temperaturen zu erreichen. Stellen Sie sich vor, Sie „laden“ Ihren Herd nicht mit Strom, sondern mit Wärme auf.

Forscher der US-amerikanischen California Polytechnic State University (Cal Poly) haben 2015 den ersten elektrischen Solarkocher gebaut. Ihr 12-Volt-Gerät, das inzwischen weiterentwickelt wurde, benötigt nur ein 100-W-Solarpanel, um zu funktionieren. Es kocht einen Liter Wasser in einer Stunde. Bei einem ganzen Tag Sonnenlicht können damit fast 5 kg Bohnen, Reis, Eintopf oder Kartoffeln gekocht werden. ¹⁸

Das Kochen nach Sonnenuntergang ist möglich, wenn ein Kochtopf mit einem viel dickeren Boden (5-10 kg) verwendet wird. Dem Forschungsteam des Cal Poly gelang es, die Temperatur dieses festen Wärmespeichers mit einem 100-W-Sonnenkollektor in fünf Stunden auf 250 °C zu bringen. Anschließend konnten sie einen Liter Wasser nach Sonnenuntergang in drei Sekunden zum Kochen bringen. In einem anderen Test haben sie 1 kg Gemüse in zwei Minuten angebraten. Die ideale Konfiguration besteht aus zwei Kochtöpfen: einem mit und einem ohne Wärmespeicher. So kann ein elektrischer Solarkocher sowohl langsam als auch schnell kochen, je nach Tageszeit und Gericht. ¹⁹

Bild: Das Prinzip eines elektrischen Solarkochers mit festem Wärmespeicher. Zeichnung: California Polytechnic State University (Cal Poly).

Thermisch oder elektrisch?

Wie die solare Warmwasserbereitung und Raumheizung können auch Kochen und Kühlen sowohl mit als auch ohne Strom funktionieren - mit PV-Paneelen einerseits und solarthermischen Kollektoren andererseits. Doch während die solare Raumheizung und Warmwasserbereitung ohne Strom kosten- und energieeffizienter sind, ist es bei der solaren Kühlung und dem solaren Kochen genau umgekehrt.

Für die Raumheizung und die Warmwasserbereitung sind relativ geringe Temperaturunterschiede erforderlich, die durch kostengünstige thermische Solarkollektoren aus Glasplatten und Wasserrohren erzeugt werden können. Zum Kühlen und Kochen hingegen sind größere Temperaturunterschiede erforderlich, für die anspruchsvollere (Vakuumröhren- oder Parabolrinnen-) Sonnenkollektoren benötigt werden - und diese sind teurer als PV-Module. ²⁰ ²¹

Die einzige Ausnahme ist ein einfacher Solarkocher - ein isolierter Kasten mit einer Glasplatte. Allerdings kann er keine so hohen Temperaturen erreichen. Außerdem hat ein elektrischer Solarkocher einige zusätzliche Vorteile. Mit einem nicht-elektrischen Gerät muss man draußen kochen, was weniger praktisch, aber auch weniger effizient ist, vor allem im Winter: Ein thermischer Solarkocher verliert mehr Wärme an die Umgebung. Ein elektrischer Solarkocher ist außerdem energieeffizienter, da er von allen Seiten isoliert ist. Er funktioniert auch besser bei bewölktem Wetter und kann nach Sonnenuntergang verwendet werden. Auf der Living Energy Farm wird der Parabolspiegel-Solarkocher nur unter optimalen Bedingungen eingesetzt - bei voller Sonne und hohen Außentemperaturen.

Worin besteht die technische Herausforderung?

Obwohl die Living Energy Farm all diese Anwendungen der direkten Sonnenenergie in die Praxis umsetzt, gibt es einige technische Herausforderungen für diejenigen, die diesem Beispiel folgen wollen. Fast alle unsere modernen Technologien sind darauf ausgelegt, mit einer stabilen und nicht unterbrochenen Stromversorgung zu arbeiten. Das muss nicht so sein, aber im Moment erfordert die direkte Sonnenenergie in der Regel etwas Bastelei. Ein direktes Solarsystem ist viel einfacher zu bauen als ein autonomes System mit Batterien, aber es erfordert oft Modifikationen auf der Geräteseite.

Einige Geräte können direkt an ein Solarmodul angeschlossen werden: Es genügt, die positiven und negativen Kontakte des Solarmoduls und des Geräts zu verbinden. Maschinen mit Gleichstrommotor zum Beispiel vertragen große Schwankungen in der Stromversorgung. Die Metallwerkstatt und die landwirtschaftlichen Maschinen auf der Living Energy Farm funktionieren auf diese Weise. Wenn die Sonne durch Wolken verdeckt wird, kann die kombinierte elektrische Last größer werden als die von den Solarmodulen gelieferte Energie, aber das stoppt die Maschinen nicht. Alle Motoren werden langsamer, weil sie sich die verfügbare Energie teilen, aber sie verrichten alle weiterhin nützliche Arbeit. ¹⁰ ²²

Das Gleiche gilt für alle Geräte, die auf der Basis von Widerstandsheizelementen arbeiten, wie Wasserkocher, Kochplatten oder elektrische Heizsysteme. Sie arbeiten unabhängig von Leistung und Spannung, nur eben langsamer oder schneller. Ein direkt solarbetriebener Kühlschrank arbeitet vorzugsweise mit einem variablen Gleichstromkompressor, der seine Geschwindigkeit an die schwankende Solarstromproduktion anpassen kann. ¹⁰ ²³

Viele andere Geräte benötigen eine bestimmte und stabile Eingangsspannung, die in der Regel nicht mit der vom Solarmodul erzeugten Spannung übereinstimmt. Dieses Problem lässt sich lösen, indem man einen DC-DC-Wandler (einen „Buck“- oder „Boost“-Wandler) zwischen das Solarpanel und das Gerät schaltet. Dabei handelt es sich um ein kleines elektronisches Modul, das die schwankende Gleichspannung eines Solarmoduls in eine konstante Ausgangsspannung für ein Gerät mit niedriger Spannung umwandelt (5 V, 12 V oder höher). ²⁴

Bild: Experimente mit direkter Sonnenenergie. Foto: Marie Verdeil.

Wenn sie zusätzlich einen Wechselrichter verwenden, können sogar Wechselstrom-Geräte direkt an einem Solarpanel betrieben werden. ²⁵ DC-DC-Wandler sind für alle Geräte, die elektronische Komponenten enthalten, unerlässlich. Das ist heute bei vielen Geräten der Fall, auch bei solchen, die bis vor kurzem noch ohne Elektronik auskamen, wie z. B. Waschmaschinen oder Kaffeemaschinen. Daher gibt es oft zwei Möglichkeiten, solche Geräte mit direktem Solarstrom zu betreiben. Entweder man baut einen Gleichspannungswandler ein oder man modifiziert das Gerät, indem man die Elektronik umgeht.

Selbstbauanleitungen und kommerzielle Geräte

Die meisten Anwendungen der direkten Solarenergie arbeiten mit Kleinspannung, so dass man in den Selbstbau einsteigen kann. Das Low-tech Magazine wird demnächst eine Anleitung dazu veröffentlichen. Die Living Energy Farm verwendet jedoch für eine Reihe von Anwendungen Gleichstrom mit höheren Spannungen. Beispiele dafür sind die Werkzeugmaschinen in der Metallwerkstatt (90V) und eine Reihe von leistungsstarken elektrischen Solarkochern (48V, 180V). Es ist keine gute Idee, diese Systeme selbst zu bauen, wenn Sie nicht die Hilfe eines qualifizierten Elektrikers haben, da diese Spannungen zu tödlichen Unfällen führen können.

Wer seinen eigenen elektrischen Solarkocher (mit niedriger Spannung) bauen möchte, findet sowohl bei Living Energy Farm als auch bei Cal Poly umfassende Anleitungen. ²⁶ Die Geräte können mit einfachen Materialien hergestellt werden. Das Isoliermaterial sollte feuerfest sein. Beispiele sind Steinwolle, Glasfaser, Naturwolle oder Ton.

Für Heizelemente können verschiedene Technologien verwendet werden, aber das Einbetten von Nickelchromdrähten in Zement ist die einfachste Möglichkeit. Diese Drähte können von einer Vielzahl von Geräten wie Toastern, Öfen und Kochplatten übernommen werden. Im Prinzip können die Heizdrähte direkt am Kochtopf angebracht werden, aber es ist praktischer, ein beheiztes „Nest“ zu bauen, in das ein Topf gestellt werden kann.

Bild: Von der Arbeit von Cal Poly inspiriert entwickelte Living Energy Farm auch eine gewisse Zahl von elektrischen Solarkochern. Einer wird [auf ihrer Website zum Verkauf angeboten](https://livingenergylights.com/product/roxy-solar-electric-oven/). Der "Roxy Oven" kann als Kochplatte oder als Ofen verwendet werden, zum Beispiel, um Brot zu backen. Die Tür bleibt auch dann geschlossen wenn das Gerät als Kochplatte genutzt wird. Dieser Solarkocher speichert keine Energie.

Bild: Der "Roxy Oven" ohne Tür und mit Sicht auf die Isolierung mit Glaswolle. Das Gerät - das in der Metallwerkstätte mit direkter Sonnenenergie hergestellt wurde - benötigt 48V und ein Solarpanel mit 200 bis 500 Watt. Living Energy Farm bietet außerdem den Solarkühlschrank von Sunstar [im online-Verkauf an](https://livingenergylights.com/product/sunstar-direct-drive-8-cuft-chest-style-refrigerator-freezer/).

Wird Energie verschwendet bei direkter Sonnenenergie?

Die Nachhaltigkeit einer Solaranlage hängt nicht nur von der Energie ab, die für die Herstellung und Wartung der Infrastruktur benötigt wird, sondern auch von der Energie, die von den Solarmodulen während ihrer Lebensdauer erzeugt wird. Einige mögen argumentieren, dass die direkte Nutzung von Solarenergie in dieser Hinsicht herkömmlichen netzgekoppelten oder batteriebetriebenen Solaranlagen unterlegen ist.

Schließlich werden Staubsauger, Waschmaschine und Bohrmaschine nicht jeden Tag benutzt, und wenn kein elektrisches Gerät angeschlossen ist, wird auch ein Solarmodul keinen Strom erzeugen. Folglich nimmt die vom Modul erzeugte Strommenge im Laufe seiner Lebensdauer ab, während der Energiebedarf für die Herstellung des Moduls gleich bleibt. Dies macht den Strom aus einem direkten Solarmodul kohlenstoffintensiver.

Da jedoch die Energiespeicherung in Batterien (oder die netzgekoppelte Alternative) einen so großen Anteil an der investierten Gesamtenergie ausmacht, kann ein eigenständiges Solarmodul ziemlich viel Energie verschwenden, bevor es weniger nachhaltig ist als sein Gegenstück mit Batteriespeicher oder Netzanschluss.

Außerdem entfallen bei der direkten Nutzung von Solarstrom die durch Batterien verursachten Lade- und Entladeverluste oder die Energieverluste in der Übertragungsinfrastruktur bei netzgekoppelten Systemen. Beides muss durch zusätzliche Solarmodule ausgeglichen werden. Außerdem vergeuden an Batterien oder das Netz angeschlossene Solarmodule auch Energie - eine Folge des großen Unterschieds in der Energieerzeugung zwischen Sommer und Winter.

Maximierung der direkten Sonnenenergie mit kollektiven Dienstleistungen

Dennoch ist es wichtig, die Energieproduktion eines direkten Solarmoduls zu maximieren. In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, kurz auf das ursprüngliche Beispielsystem auf meinem Balkon zurückzukommen. Direkte Sonnenenergie könnte eine schöne Ergänzung zu diesem System sein, insbesondere für den Kühlschrank und den Herd. Wegen dieser Geräte bin ich 2016 zu dem Schluss gekommen, dass es unmöglich ist, meine Wohnung vollständig vom Stromnetz zu trennen.

Die Living Energy Farm zeigt jedoch, dass das möglich ist: Auf dem Balkon ist Platz für weitere 200 Watt Solarmodule (4 x 50 W), genug, um sowohl einen wärmeisolierten Kühlschrank als auch ein Kochfeld zu betreiben. Eine zusätzliche Batteriekapazität wäre nicht erforderlich.

Für andere Geräte ist direkter Solarstrom in meinem Fall jedoch kaum von Nutzen. Es wäre nicht sehr effizient, ein zusätzliches Solarpanel für die Waschmaschine oder die Bohrmaschine zu installieren, da sie nur gelegentlich benutzt werden. Das scheint einem „intelligenten“ Stromnetz in die Hände zu spielen, denn auf diese Weise können viele Haushalte denselben Solarstrom nutzen - es gibt immer jemanden, der Wäsche waschen oder ein Loch bohren muss.

Ein solches intelligentes Netz erfordert jedoch eine umfangreiche Infrastruktur, selbst wenn direkte Sonnenenergie in dieser Größenordnung genutzt werden würde. Es braucht vielleicht keine Batterien oder fossile Brennstoffe als Backup, aber es braucht eine Übertragungs- und Kommunikationsinfrastruktur.

Bild: Ein Schallplattenspieler, mit direkter Sonnenenergie betrieben. Foto: Marie Verdeil. [Video](https://www.youtube.com/watch?v=_LjSigJv0-0).

Die Living Energy Farm zeigt eine alternative Lösung: die gemeinschaftliche Organisation von Haushaltsaufgaben und Arbeit. Anstelle eines kommunalen Stromnetzes, das Energie an viele einzelne Haushalte verteilt, können wir kollektive Dienste mit dezentraler Energieerzeugung einrichten.

In der Gemeinschaftswerkstatt der Living Energy Farm kann direkter Solarstrom viel effizienter genutzt werden als in einer einzelnen Werkstatt, die nur gelegentlich genutzt wird. Eine kollektive Wäscherei in jeder Straße würde ebenfalls die direkte Sonnenenergie viel effizienter nutzen. Außerdem sparen wir auf diese Weise eine Menge Energie bei der Herstellung von Geräten und gewinnen eine Menge Platz.

Direkte Windenergie?

Diese Strategie wird noch wichtiger, wenn wir uns nicht für direkte Sonnenenergie, sondern für direkte Windenergie entscheiden - oder für eine Kombination aus beidem. Die Living Energy Farm befindet sich in einer sonnigen Region, aber der gleiche Ansatz könnte auch an windigen Orten funktionieren.

Es gibt jedoch einen wichtigen Unterschied zwischen Solarenergie und Windenergie. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls hängt nicht von seiner Größe ab, was die Solarenergie ideal für die dezentrale Energieerzeugung macht. Im Gegensatz dazu steigt der Wirkungsgrad einer Windturbine mit zunehmendem Rotordurchmesser überproportional. Viel besser als eine Windturbine pro Haushalt ist daher eine etwas größere Windturbine für eine Gemeinschaft von Haushalten, z. B. für den Betrieb einer gemeinsamen Wäscherei oder Werkstatt.

Die Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien hängt von vielen Faktoren ab. Wenn sie zu tief entladen oder nicht regelmäßig vollständig aufgeladen werden, kann die Lebensdauer kürzer als drei Jahre sein. Andererseits kann eine Blei-Säure-Batterie, die kaum oder gar nicht entladen wird, viel länger als fünf Jahre halten. In der Fachliteratur wird jedoch eine Lebenserwartung von drei bis fünf Jahren angegeben, und dies ist auch meine Erfahrung mit den Batterien, die ich seit 2016 verwende. Siehe, zum Beispiel “Optimal Sizing and Life Cycle Assessment of Residential Photovoltaic Energy Systems With Battery Storage”, A. Celik, in “Progress in Photovoltaics: Research and Applications”, 2008. und “Energy pay-back time of photovoltaic energy systems: present status and prospects”, E.A. Alsema, in “Proceedings of the 2nd World Conference and Exhibition on photovoltaics solar energy conversion”, July 1998. ↩︎
Um eine Blei-Säure-Batterie herzustellen (in weiten Teilen aus wiederverwendetem Material) braucht es etwa 1 MJ Energie je Wattstunde Speicherkapazität. Meine Batterie mit 100 Ampèrestunden entspricht einer Speicherkapazität von 1200 Wattstunden, und demnach beträgt die graue Energie 1200 MJ. In 30 Jahren brauche ich im besten Fall sechs dieser Batterien, das ergibt also 7200 MJ insgesamt. Quelle: “Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements)” and “Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies)” (PDF). Energy Conversion and Management 46, 2005. ↩︎
Über die graue Energie von Ladereglern gibt es nicht viel Forschung. Die klarste Aussage, die ich gefunden habe, geht von einem Wert von 1 MJ pro Watt Spitzenleistung aus: Kim, Bunthern, et al. “Life cycle assessment for a solar energy system based on reuse components for developing countries.” Journal of cleaner production 208 (2019): 1459-1468. Bei einer Leistung von 120W (mein Laderegler hat eine Maximalleistung von 10A x 12V = 120W), entspricht dies 120 MJ. Die geschätzte Lebensdauer wird mit Werten zwischen 7 und 12.5 Jahren angegeben: gleiche Literatur wie oben und außerdem: Kim, Bunthern, et al. “Second life of power supply unit as charge controller in PV system and environmental benefit assessment.” IECON 2016-42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2016. Deshalb habe ich eine geschätzte Lebensdauer von 10 Jahren berechnet. ↩︎
Nawaz, I., and G. N. Tiwari. “Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) system based on macro-and micro-level.” Energy Policy 34.17 (2006): 3144-3152. Folgt man dieser häufig zitierten Quelle braucht man 3500 MJ, um 1 qm Solarpanelfläche herzustellen. Meine zwei Solarpaneele haben zusammen eine Fläche von 0,65 qm, was Gesamtenergiekosten von 2275 MJ entspräche. Eine neuere Literaturübersicht schätzt die Energiekosten für die Herstellung verschiedenartiger Solarpaneele auf den Bereich zwischen 1034 and 5150 MJ/qm. Die dort enthaltenen jüngsten Untersuchungen zu Solarmodulen aus Silizium schätzen die Energiekosten auf etwa 1000 MJ/qm, viel geringer als die Zahl, die ich verwende. Siehe: Ludin, Norasikin Ahmad, et al. “Prospects of life cycle assessment of renewable energy from solar photovoltaic technologies: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 96 (2018): 11-28. ↩︎
Lithium-Ionen-Batterien sind wesentlich teurer als Blei-Säure-Batterien, aber im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien können sie tiefer entladen werden (bis zu 15 % ihrer Gesamtkapazität) und haben eine längere Lebensdauer (7 bis 10 Jahre). Folglich werden weniger und kleinere Batterien benötigt. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren belaufen sich die Kosten für die Lebensdauer der Batterie auf 750 Euro im Vergleich zu 1020 Euro für Bleibatterien. Andererseits erfordern Lithium-Ionen-Batterien einen anspruchsvolleren und teureren Laderegler: Ein 10-A-Laderegler kostet je nach Qualität zwischen 200 und 600 Euro. Geht man von einem Preis von 400 Euro für den Laderegler und einer Lebensdauer von 10 Jahren sowohl für die Batterie als auch für den Laderegler aus, so macht die Batteriespeicherung 95 % der Gesamtkosten über die gesamte Lebensdauer aus (insgesamt 2070 Euro, viel mehr als die Gesamtkosten für das System mit Blei-Säure-Batterien). Quellen: https://www.lithiumion-batteries.com/products/product/12v-50ah-lithium-ion-battery & https://www.lithiumion-batteries.com/products/12v-lithium-ion-battery-chargers/ ↩︎
Die Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie kostet zwar mehr Energie als die einer Blei-Säure-Batterie (1,4-1,9 MJ/Wh gegenüber 1 MJ/Wh), doch wird dies durch eine längere Lebensdauer und eine höhere Entladekapazität ausgeglichen. Die Energiekosten von Lithium-Ionen-Batterien über eine Lebensdauer von 30 Jahren liegen dann bei etwa 3000 MJ und damit deutlich unter denen eines vergleichbaren Blei-Säure-Batteriesystems. Im Gegensatz dazu enthält der Laderegler eine komplexere Elektronik. Leider gibt es keine Angaben zu den Energiekosten eines solchen Ladereglers. Es bleibt also nichts anderes übrig, als die Energiekosten auf der Grundlage der finanziellen Kosten zu schätzen, die vier- bis zwölfmal so hoch sind wie die eines Ladereglers für eine Blei-Säure-Batterie. Geht man von viermal höheren Kosten aus, steigt die eingebettete Energie des Ladereglers auf 480 MJ bzw. 1440 MJ über einen Zeitraum von 30 Jahren. Die Gesamtenergiekosten für das System betragen dann 6685 MJ, weniger als bei einem vergleichbaren System mit Blei-Säure-Batterien. Davon entfallen fast 70 % auf den Batteriespeicher. ↩︎
Nickel-Eisen-Batterien sind noch größer und schwerer als Blei-Säure-Batterien und müssen regelmäßig gewartet werden. Aber sie können vollständig entladen werden und haben eine sehr lange Lebensdauer (20 Jahre). Außerdem können sie mit denselben Ladereglern wie Blei-Säure-Batterien verwendet werden. Die Lebensdauerkosten über 30 Jahre für die Batterie betragen 750 € und sind damit günstiger als die sechs Bleibatterien mit ähnlicher Kapazität. Die Gesamtkosten für die Lebensdauer eines Nickel-Eisen-Batteriesystems mit 100-W-Solarmodulen belaufen sich auf 1.020 €, wovon 85 % auf die Energiespeicherung entfallen. Leider sind Nickeleisenbatterien schwer zu finden, vor allem die kleineren Modelle. Quellen: https://beyondoilsolar.com/product/nickel-iron-battery-industrial-series/ und https://beyondoilsolar.com/product-category/batteries/nickel-iron/ ↩︎
Bei einer etwas größeren Solaranlage wäre der Preis der Solarmodule proportional sogar noch geringer. Das liegt daran, dass Solarmodule mit kleinen Abmessungen (z. B. 50 W) pro Watt Spitzenleistung proportional teurer sind als Solarmodule mit herkömmlichen Abmessungen (ab 250 W). Mehr oder weniger dasselbe gilt für die Energiekosten. ↩︎
https://livingenergyfarm.org ↩︎
Alexis Zeigler, der Gründer der Living Energy Farm, hat ein Buch über das Projekt geschrieben, das online erhältlich ist: Empowering Communities. A Practical Guide to Energy Self Sufficiency and Stopping Climate Change. Es kann auch als gedrucktes Buch bestellt werden. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Da bei direkter Sonnenenergie kein Laderegler für jedes einzelne System erforderlich ist, verursacht die Aufteilung einer Solaranlage keine zusätzlichen Kosten und keinen zusätzlichen Energieverbrauch. ↩︎
Untersuchungen zeigen, dass eine Verdoppelung der Isolierstärke von 2,5 cm (Standardisolierung) auf 5 cm den jährlichen Stromverbrauch eines Kühlschranks (50 Liter Fassungsvermögen) von 250 auf 125 Kilowattstunden reduziert. ¹³ Bei einer Dämmdicke von 10 bis 12,5 cm halbiert sich der Stromverbrauch nochmals auf etwa 60 Kilowattstunden pro Jahr. Eine noch dickere Isolierung führt zu einer geringeren Verringerung des Stromverbrauchs und ist nicht mehr attraktiv, da eine dickere Isolierung auch die Kosten und die Größe des Kühlschranks erhöht. Die Studie bezieht sich auf einen solarbetriebenen Wechselstrom-Kühlschrank, der mit einem Wechselrichter und einer Batterie betrieben wird, was weniger energieeffizient ist als ein direkt solarbetriebener Kühlschrank. ↩︎
Gupta, B. L., Mayank Bhatnagar, and Jyotirmay Mathur. “Optimum sizing of PV panel, battery capacity and insulation thickness for a photovoltaic operated domestic refrigerator.” Sustainable Energy Technologies and Assessments 7 (2014): 55-67. ↩︎ ↩︎
Diese thermische Masse kann im wahrsten Sinne des Wortes ein Behälter mit Wasser sein, der im Inneren des Kühlschranks platziert wird, oder einige Wasserflaschen zum Trinken. Das Wasser kann aber auch in Behältern an der Seite des Geräts aufbewahrt werden, hinter einer Innenverkleidung, die sie an Ort und Stelle hält und vor Blicken verbirgt. Wasser hat eine höhere Wärmespeicherdichte als Luft und hält die Temperatur länger stabil. ↩︎
Ewert, M., et al. “Photovoltaic direct drive, battery-free solar refrigerator field test results.” Proceedings of the solar conference. American solar energy society; American institute of architects, 2002. ↩︎ ↩︎
Dieser Vorteil gilt nur, wenn der Kühlschrank in einem unbeheizten Raum aufgestellt wird. Die moderne Gewohnheit, einen Kühlschrank in einer beheizten Küche aufzustellen, wenn die Außentemperatur im Winter gleich oder niedriger ist als die Temperatur im Kühlschrank, ist natürlich eine absurde Verschwendung. Aber auch in tropischen Ländern, in denen das ganze Jahr über hohe Temperaturen herrschen, gilt dieser Vorteil nicht. ↩︎
Die Nutzung direkter Sonnenenergie zur Raumkühlung wurde nicht so gründlich untersucht wie die Nutzung von Haushaltskühlschränken. Siehe: Luerssen, Christoph, et al. „Life cycle cost analysis (LCCA) of PV-powered cooling systems with thermal energy and battery storage for off-grid applications.“ Applied Energy 273 (2020): 115145. Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich, dass damit gleichgroße Energieeinsparungen erzielt werden. Ein Kühlschrank ist immer isoliert, aber im Falle eines luftgekühlten Raums oder Gebäudes ist dies nicht unbedingt der Fall. Außerdem wird ein Kühlschrank in einem Raum aufgestellt, in dem eine stabile Temperatur herrscht. Ein Gebäude ist größeren Temperaturschwankungen unterworfen und kann auch durch direkte Sonneneinstrahlung aufgeheizt werden. Die direkte solare Luftkühlung ist also viel komplizierter. Siehe: Qi, Ronghui, Lin Lu, and Yu Huang. “Parameter analysis and optimisation of the energy and economic performance of solar-assisted liquid desiccant cooling system under different climate conditions.” Energy conversion and management 106 (2015): 1387-1395. ↩︎
Solarelektrisches Kochen, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Siehe auch diese Präsentation vom gleichen Autor. ↩︎
Isolierter Solarelektrischer Kocher mit Wärmespeicherung, Andrew McCombs et al., 2022. Siehe auch dieses Video. ↩︎
Siehe: Ferreira, Carlos Infante, and Dong-Seon Kim. “Techno-economic review of solar cooling technologies based on location-specific data.” International Journal of Refrigeration 39 (2014): 23-37. ///// Riffat, James, et al. “Development and testing of a PCM enhanced domestic refrigerator with use of miniature DC compressor for weak/off grid locations.” International Journal of Green Energy 19.10 (2022): 1118-1131. ///// Du, Wenping, et al. “Dynamic energy efficiency characteristics analysis of a distributed solar photovoltaic direct-drive solar cold storage.” Building and Environment 206 (2021): 108324. ///// Alsagri, Ali Sulaiman. “Photovoltaic and photovoltaic thermal technologies for refrigeration purposes: an overview.” Arabian journal for science and engineering 47.7 (2022): 7911-7944. ↩︎
Mangels Forschungsergebnissen ist nicht klar, ob dies auch für die graue Energie gilt. ↩︎
In beiden Fällen ist es jedoch notwendig, den Schalter des Geräts zu umgehen, da Gleichstrom mehr Wärme erzeugt als Wechselstrom. Stattdessen kann ein geeigneter externer Schalter helfen, aber damit umgeht man den Sicherheitsmechanismus des Geräts, was natürlich ein Risiko darstellt. ¹⁰ Auch dies muss nicht der Fall sein: Es ist technisch möglich, Geräte zu bauen, die für direkten Solarstrom geeignet sind. ↩︎
Ein Kompressor mit fester Drehzahl kann nur 50 % des erzeugten Solarstroms sinnvoll nutzen, während ein Kompressor mit variabler Drehzahl etwa 75 % sinnvoll nutzt. ¹⁵ Ein Kondensator wird benötigt, um dem Kompressor in der Startphase einen Energieschub zu geben. ↩︎
Anstelle eines DC-DC-Wandlers können Sie auch eine kleine „Pufferbatterie“ und einen Laderegler einbauen. Wie ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler sorgt der Laderegler für eine stabile Ausgangsspannung. Darüber hinaus kann die kleine Batterie einen begrenzten Energiespeicher bereitstellen, der nützlich sein kann, um kurze Stromspitzen zu verarbeiten. Einige Geräte weisen beispielsweise beim Aufladen eine Stromspitze auf. Der Nachteil einer Pufferbatterie ist, dass die Kosten und die eingebaute Energie steigen und zusätzliche Komponenten ausfallen können. Ein Kondensator wäre eine andere Technologie zum Abfangen von Stromspitzen. ↩︎
Die Verwendung von Niederspannungs-Gleichstromgeräten ist jedoch wesentlich energieeffizienter, da Solarmodule ebenfalls Niederspannungs-Gleichstrom erzeugen: https://solar.torvax.cloud/2016/04/slow-electricity-the-return-of-dc-power/ ↩︎
Bauanleitung für isolierten Solarkocher, Living Energy Farm. Bedienungsanleitung für isolierten Solarkocher, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Bedienungsanleitung Roxy Oven, Living Energy Farm. Videopräsentation solarelektrische Kocher, Alexis Zeigler, Living Energy Farm. Video-Handbuch für die Herstellung von Heizdrähten. Thermische Wärmespeicherung: Isolierter solarelektrischer Kocher mit Wärmespeicher, Andrew McCombs et al., 2022. Siehe auch dieses Video. ↩︎