Elektromobilität und Nachhaltigkeit – sind E-Autos wirklich grüner?

Elektromobilität: Wir müssen Elektroautos grüner machen!
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Elektroautos fahren ohne direkten Schadstoffausstoß, die Elektromobilität ist daher also „grün“ in ihrer unmittelbaren Umgebung. Doch in Sachen Nachhaltigkeit bleibt bei der Elektromobilität trotzdem noch reichlich Entwicklungsbedarf…

Mit Modellen wie dem Tesla oder dem schicken BMW i3 ist mittlerweile auch der Fahrspaß in der Elektromobilität angekommen. Selbst Harley Davidson, altehrwürdiger Hersteller von zweiträdrigen „Vierzylinder-Donnerbalken“, entwickelt ein Elektro-Motorrad. Allerdings wird dessen Reichweite wohl eher nicht für längere Touren über kurvenreiche Landstraßen reichen. Überhaupt sind Elektroautos modernen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor noch in vielerlei Hinsicht unterlegen. Das verhindert ihren Durchbruch. Viel muss noch entwickelt werden – und auch in Sachen Nachhaltigkeit hat das Elektroauto noch Tuning nötig.

Elektromobilität: elektrisch oft nur der Zweitwagen

Es beginnt damit, dass die Mehrzahl der elektrifizierten Autofahrer anders als erwartet nicht in Ballungszentren wohnt, sondern in Klein- und Mittelstädten. Das fand das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Studie „Erstnutzer von Elektrofahrzeugen in Deutschland“ (siehe: Wer fährt Elektroautos?) heraus. Ursache könnte vor allem der mangelnde Ausbau des öffentlichen Personennahverkehrs in den kleineren Städten liegen.

„Wer den ÖPNV für seinen Weg in die Arbeit nutzt, wird vermutlich weniger auf ein Straßenfahrzeug und damit auch weniger auf ein Elektrofahrzeug umsteigen“, meint Ina Frenzel, die die Studie mit drei Kollegen durchgeführt hat. Haben staugeplagte Großstädter Angst, mit ihrem Elektroauto mitten in der Rushhour liegen zu bleiben? Bessere Batterien könnten zumindest dieses Image-Problem beheben.

Die Elektromobilität wartet noch auf gute Elektro-Kleinstwägen - hier der Renault Twizy
Die Elektromobilität wartet noch auf gute Elektro-Kleinstwägen – hier der Renault Twizy (Foto: Renault)

Das DLR fand auch heraus, dass die überwiegende Zahl der privat genutzten E-Autos in Deutschland zur Kategorie Klein- bzw. Kleinstwagen vom Format Renault Twizy oder Daimler-Benz E-Smart gehört. Problematisch daran ist, dass sie – wie früher Mopeds oder Roller – vor allem als zusätzliche Fahrzeuge dienen. Die Besitzer, deren Kaufmotiv laut Ines Frenzel ein „besonderes Interesse an innovativer Fahrzeugtechnologie“ ist, haben also häufig noch eine konventionelle Karosse in der Garage stehen.

Schon hier muss man also mit der Frage nach der Nachhaltigkeit von Elektromobilität beginnen: Weil viele „Stromer“ nur Zweitwägen sind, müsste man eigentlich auch die Herstellung und die Benutzung des Haupt-Autos (Benzin oder Diesel) in die Nachhaltigkeitsbilanz von Twizy, E-Smart oder Nissan Leaf einrechnen. Und die ist auch ohne das nicht makellos.

Halbes Kilo Seltene Erden pro Hybrid-Elektroauto

Autos mit Elektromotor schonen die Umwelt dort, wo man sie fährt. Das heißt allerdings nicht, dass es um ihre Nachhaltigkeit so gut bestellt ist, dass global denkende Menschen unbedenklich zugreifen können.

Es hakt und zwickt noch in zwei Bereichen: Erstens ist die Herstellung extrem ressourcenfressend (siehe: Elektroauto-Rohstoffe werden knapp) und daher alles andere als nachhaltig. Zweitens ist bei der Elektromobilität der Treibstoff ein zentrales Thema.

Schon die Fertigung elektrischer Autos ist aufwendig. Der Antriebsstrang gilt als höchst problematisch, so Jörg Grotendorst, Geschäftsführer von Siemens eCar Powertrain: „Die momentan verwendeten Elektromotoren brauchen die sogenannten Seltenen Erden, etwa Neodym oder Dysprosium. Diese lassen sich nur schwierig gewinnen und verarbeiten.“ Grotendorst, unter dessen Führung man an neuen Antriebs- und Ladekonzepten forscht, erklärt, dass der Abbau der Seltenen Erden die Umwelt massiv schädigt.

„Für einen Hybridmotor wird beispielsweise je nach Leistung rund ein halbes Kilo an Seltenen Erden aufgewendet“, so Grotendorst. Diese Erden, die eigentlich Metalle sind und in Kleinstmengen in der Natur vorkommen, stellen ein besonderes Nachhaltigkeitsproblem dar: Will man an sie herankommen, braucht es mehrere hundert Arbeitsschritte. Bei jedem Schritt muss sehr viel Energie eingesetzt werden, auch fallen dabei große Mengen an giftigen, häufig sogar radioaktiven Rückständen an.

Elektromobilität basiert noch auf Seltenen Erden und hat hier ein Problem mit der Nachhaltigkeit
Elektromobilität basiert noch auf Seltenen Erden und hat hier ein Problem mit der Nachhaltigkeit (Foto: Siemens)

Eine weitere Achillesferse bei der Nachhaltigkeit von Elektromobilität ist die Batterie der Fahrzeuge. „Beim Herstellungsprozess der Batterien, der rund 30 Prozent der Klimabilanz des Elektroautos ausmacht, wird extrem viel Energie verbraucht – etwa, um flüssige Werkstoffe auf Folie aufzubringen und zu trocknen“, so Florian Büngener, Pressesprecher bei Fiat Chrysler Automobiles.

Vom Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU) in Heidelberg weiß man, dass bei der Herstellung eines 24-Kilowattstunden-Stromspeichers für das Elektroauto Nissan Leaf rund drei Tonnen CO2 anfallen. Außerdem müssen in der Regel die Akkus im Laufe des Autolebens drei Mal ausgetauscht werden – auch das schadet der Umweltbilanz der Elektromobilität.

Elektromobilität und Nachhaltigkeit: zuverlässige Berechnungen fehlen

Weil die Autoindustrie derzeit nicht nur die Elektromobilität weiterentwickelt, sondern auch an anderen Antrieben arbeitet und auch Otto- bzw. Dieselmotoren längst noch nicht ausgedient haben, verlangsamt sich allerdings auch der Weg der „Stromer“ in Richtung Nachhaltigkeit. „Der Verbrennungsmotor hat noch Potential, er wird ökologisch immer effizienter“, sagt dazu Florian Büngener von Fiat, „Aber mit der Zeit wird sich der Elektroantrieb durchsetzen.“ Denn der „klassische“ Verbrennungsmotor kann zwar tatsächlich sparsamer werden, aber eben nie ohne fossilen Kraftstoff auskommen.

Bildstrecke Benzin sparen: 10 Tipps für grüneres Autofahren

Wie ressourcen- und damit umweltschonend speziell Fahrzeuge, die ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben werden, im Vergleich dazu sind, lässt sich noch nicht zuverlässig sagen. An den großen Untersuchungen, etwa der des VCD (Verkehrsclub Deutschland) nehmen die reinen Elektrofahrzeuge mangels Verbreitung von Automobilen und öffentlichen „Zapfsäulen“ nicht teil. Bei Überprüfungen der Nachhaltigkeit bleibt die Elektromobilität oft außen vor.

Andere Tests vergleichen mangels identischer Voraussetzungen meist Äpfel und Birnen. Außerdem werden bei den Verbrauchswerten von Otto-, Diesel- oder Hybridfahrzeugen bekanntermaßen mit legalen Mitteln die Verbrauchswerte durch die Hersteller und damit der Schadstoffausstoß so geschönt, dass auf den ersten Blick selbst dicke SUV ziemlich „grün“ wirken (siehe: Die Öko-Ticks der Autoindustrie).

Unabhängige Wissenschaftler versuchen daher, die Frage nach der Nachhaltigkeit eines Elektroauto seriös zu beantworten. So simulieren Forscher von der University of Minnesota den Verkehrsalltag von Elektroautomobilen und rechnen dabei auch die spezifische Herstellung der Antriebsaggregate und der Batterien in ihr Modell mit ein. Ihr Ergebnis ist klar: Je „grüner“ der Strom, desto mehr spricht für die Elektromobilität.

Elektromobilität braucht grünen Strom

Doch noch sind die erneuerbaren Energien nicht so stark vertreten, wie sie sein müssten: Von den 272,5 Terawattstunden Strom, die im ersten Halbjahr 2015 in Deutschland erzeugt wurden, entfällt laut der aktuellen Studie des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme ISE nur rund ein Drittel (94,6 TWh) auf Ökostrom aus Sonnenenergie, Windkraft, Biomasse oder Wasserkraft. Der Rest verteilt sich auf Kohle, Gas und Atomstrom.

Das heißt aber auch: Je besser wir die erneuerbaren Energien ausbauen, desto mehr Nachhaltigkeit kann und wird am Ende beim Elektroauto geben können. Hersteller wie Toyota oder BMW wittern bei der Umgestaltung des Energiemarktes bereits Chancen für ihr Unternehmen, für die Elektromobilität und für die von ihnen angebotenen „Stromer“: BMW entwickelt beispielsweise in den Vereinigten Staaten einen Solar-Carport, der den Besitzer eines i3 oder i8 unabhängig von Energiekonzernen und der Art des Stroms macht.

Solar-Carports sollen Elektroautos betanken und für mehr Nachhaltigkeit in der Elektromobilität sorgen.
Solar-Carports sollen Elektroautos betanken und für mehr Nachhaltigkeit in der Elektromobilität sorgen. (Foto: BMW)

„Mit dem Solar-Carport Concept haben wir einen holistischen Ansatz gewählt: Nicht nur das Fahrzeug selbst, sondern auch die Energieversorgung ist nachhaltig“, so Tom Allemeier, Projektverantwortlicher bei BMW Group Designworks USA. „Wir entwickeln eine neue Generation von Carports, in denen auf leichte und transparente Weise Energie gewonnen wird.“ Allemeier verweist auf Energieautarkie und auf die BWM i Wallbox, eine trendige Wandladestation für den Hausgebrauch: „Diese führt zu einer weiteren Optimierung der Ökobilanz unserer i-Modelle, sie liefert auch eine Auswertung der letzten Ladevorgänge, aus der der jeweilige Anteil von Solar- und Netzstrom hervorgeht.“

In eine ähnliche Richtung gehen Solar-Straßen & Solar-Teppiche.

Der Elektromobilität gehört die Zukunft

An den Verbesserungen von Antrieb und Batteriesystem wird weltweit geforscht. Bei Siemens und in anderen Firmen arbeitet man zum Beispiel an Motoren, die ganz ohne Seltene Erden auskommen. Und der japanische Konzern Sekisui Chemical entwickelt derzeit eine Batterie, deren Energieaufwand bei der Produktion um 60 Prozent geringer ausfallen soll als bisher üblich. Solche Entwicklungen kommen mittelfristig auch dem Elektroauto zugute.

Hersteller wie Google machen mit Projekten wie dem selbstfahrenden Elektroauto Druck auf die Branche.
Hersteller wie Google machen mit Projekten wie dem selbstfahrenden Elektroauto Druck auf die Branche. (Foto: Google)

Außerdem erhöhen sich sukzessive auch die Reichweiten der Energiespeicher, was den Einsatz von E-Fahrzeugen in allen Bereichen der Mobilität ermöglichen soll. Die Japaner sprechen von 600 Kilometern, die mit einer Füllung zurücklegbar sein sollen. Bei Tesla sind die Batterien angeblich schon heute für eine Gesamtlaufleistung von 200.000 Kilometern und mehr konzipiert.

Ohne Infrastruktur keine Nachhaltigkeit

Für mehr Nachhaltigkeit auch beim Thema Elektroauto sorgen künftig laut Florian Büngener von Fiat und Jörg Grotendorst von Siemens sogenannte „Smart Grids“ bzw. „Intelligente Stromnetze“. So entwickelte die TU München gemeinsam mit BMW und anderen Partnern ein Energiespeicherhaus in Hallbergmoos bei München. Seit Januar diesen Jahres wohnt eine vierköpfige Familie in dem Gebäude, nutzt die üblichen Elektrogeräte, fährt einen BMW i3 und sorgt via Photovoltaik sowie einem innovativen Speichersystem für Effizienz und Unabhängigkeit.

Bestenliste: die besten Elektroautos

Aber das ist nur der Anfang: In nicht allzu ferner Zukunft sollen intelligente Vernetzungen speziell in den wachsenden Metropolen für Nachhaltigkeit sorgen: Denn dann werden nicht nur – wie in Hallbergmoos – Wohnbereich und Fahrzeug, sondern auch alle Orte, an denen sich Menschen aufhalten, miteinander verknüpft: Supermarkt, Fußballstadion, Flughafen, Open Air, Schule oder Unternehmen – man überträgt sich gegenseitig den nicht benötigten Strom, gewinnt ihn bei Bedarf wieder zurück und produziert keine Überkapazitäten (siehe Selbstfahrende Autos).

Elektroautos spielen dabei eine große Rolle, so Jörg Grotendorst: „Sie werden in der Lage sein, Energie nicht nur zu speichern, sondern bei Bedarf an das Smart Grid auch wieder abzugeben. Im Zusammenspiel mit erneuerbaren Energien werden sie so ihr ganzes Potenzial für den Klimaschutz entfalten.“

Das Smart Grid verbindet Stromerzeuger und -verbraucher – auch Elektroautos.
Das Smart Grid verbindet Stromerzeuger und -verbraucher – auch Elektroautos. (Bild: TÜV)

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(9) Kommentare

  1. In der ARD gab es am vergangenen Montag eine aufschlußreiche Reportage ( „Das Märchen von der Elektromobilität“) zu dem Thema, ich mache selber gerade Erfahrungen die die Inhalte dieser Reportage für mich belegen. Ich beschäftige mich seit mehr als 5 Jahren mit dem Thema weil ich eine Firmenflotte von 6 – 8 Fahrzeugen ausschließlich im Kurzstreckenbetrieb (max. 35 km./Tag) auf E-Autos umstellen möchte. Es gibt keinerlei finzielle Unterstützung für uns (kleine gemeinnützige Einrichtung), weder von der Landesregierung noch von der Industrie.
    Jetzt, wo wir im Projekt die Ladestationen aufbauen und es um konkrete Anschaffungsplanung für die Fahrzeuge geht, erfahren wir, das Smart die Produktion des aktuellen E-Smarts eingestellt hat, der Produktionsbeginn für das neue Modell noch nicht genannt wird, das Smart Verkaufspersonal geht von 2. Hälfte 2016, her 2017 aus. Das belegt einal mehr, das alle Förderungsmillionen bei der Industrie aufgesaugt wurden, dies aber ohne jedes echte Interesse die Elektromobilität voranzutreiben. Auch von der Politik, allen voran von Frau Merkel sind es nicht mehr als Lippenbekenntnisse, das erklärt auch warum die Anschaffung nicht subventioniert wird. Die Reportage gibt es auch in der ARD Mediathek, ist für alle, die sich für das Thema interessieren interessant.

  2. Hallo Rolf,

    vielleicht ist das für sie interessant:
    http://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/unternehmen/toyota-vom-erfolg-des-wasserstoff-autos-mirai-ueberrascht-13386537.html
    Das Auto schafft laut FAZ mit einer Tankfüllung 480 Kilometer, das Wasserstofftankstellennetz wird stetig ausgebaut. Vielleicht gibt es ja in Ihrer Nähe auch (bald) schon eine.
    Ich finde es super, dass Sie auf Elektroautos umstellen wollen und wünsche Ihnen dabei viel Erfolg! Lassen Sie sich von denen, die das Potenzial scheinbar noch nicht zu schätzen wissen, nicht entmutigen!

    MfG

  3. Ein sehr ausführlicher Artikel, aber meiner Meinung nach haben sich einige Fehlinformationen eingeschlichen, deren Richtigkeit auf jeden Fall nochmal überprüft werden sollte:

    1. Es wird genannt, dass viele Elektroautos Zweitwagen seien. Das ist ein interessanter Fakt und macht viel Sinn, da die Käufer vorher wohl schon ein gutes Auto mit Verbrennermotor hatten und dies für längere Fahrten, bei denen ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug ungeeignet ist, weiterverwenden möchten. Aber die Aussage: „…müsste man eigentlich auch die Herstellung und die Benutzung des Haupt-Autos (Benzin oder Diesel) in die Nachhaltigkeitsbilanz von Twizy, E-Smart oder Nissan Leaf einrechnen“ ist meiner Meinung nach nicht logisch, ich sehe in dieser Aussage überhaupt keinen Sinn. Selbst wenn das Elektrofahrzeug nur dem Spaß dienen und damit größte Verschwendung wäre, macht die Aussage immer noch keinen Sinn. Ist vielleicht etwas anderes gemeint und nur missverständlich forumuliert?
    2. Im nächsten Abschnitt ist von den Seltenen Erden für die Herstellung bestimmter Elektromotoren die Rede. Dabei wird unterschlagen, dass keinesfalls jeder Elektromotor permanterregt sein muss und damit die genannten Seltenen Erden für die Herstellung braucht (in einem späteren Abschnitt, heißt es, „Siemens und andere Firmen“ arbeiteten daran, Motoren ohne Seltene Erden zu entwickeln, gibt es aber wie gesagt schon, sie werden wahrscheinlich „nur“ weiterentwickelt).
    Was Batterien angeht, ist die Aussage über Seltene Erden natürlich korrekt. Aber es wird nicht angeführt, dass es auch Wasserstoff als möglichen und tatsächlich wesentlich vielversprechenderen Energieträger für zukünftige PKWs gibt, mit bereits mehreren Pilotprojekten in verschiedenen Städten (Hamburg, Karlsruhe…) und bald anlaufenden Serienproduktionen, z.B. von Toyota.
    3. In den nächsten beiden Abschnitten geht es um die Energieerzeugung vor der Verwendung in einem Elektrofahrzeug. Dem ist eigentlich nichts hinzuzufügen, nur vielleicht, dass Elektrofahrzeuge auch in dem Fall, dass die elektrische Energie (im Kraftwerk) ausschließlich aus fossilen Kraftstoffen gewonnen worden wäre, was ja zum Glück nicht der Fall ist, im Betrieb trotzdem nachhaltiger als Autos mit Verbrennungsmotor wären, weil der Wirkungsgrad dieser Motoren faktisch sehr gering ist (max. 45%).
    Und je eher es viele Elektroautos auf den Straßen gibt, desto eher macht sich die Energiewende in unserer Umweltbilanz bezahlt.

    Wirklich Schade finde ich, dass von Brennstoffzellen, die von Wasserstoff getrieben werden, überhaupt keine Rede ist. Denn es handelt sich dabei wie gesagt um ein sehr vielversprechendes Prinzip, das z.B. auch ohne die sehr großen Umweltschäden bei der Produktion von Batterien auskommt. Um deren geringe Energiedichte erträglicher zu machen und eine größere Reichweite zu erzielen wird außerdem oft auf Leichtbau gesetzt, wobei Aluminium eine große Rolle spielt, das für sich auch wieder sehr viel Schaden hinterlässt, wenn es aus Primärstoffen gewonnen wurde und nicht aus der Wiederverwertung stammt.

  4. Man kann hier Argumente hin-, her- und verzerren wie man will. Fakt ist: Elektroautos sind effizienter. Um mit meinem Opel Ampera 100 km zurückzulegen, brauche ich zwischen 12 und 19 kWh. Das entspräche 1,3 – 2,1 Litern Benzin bei spaßorientierter Fahrweise (ausgehend von 9 kWh Energiegehalt pro Liter Benzin). Wenn es einen Verbrenner gibt, der bei vergleichbaren Fahrleistungen sparsamer ist, dann wäre er eine mögliche Alternative zu Elektrofahrzeugen. Nur: Da glaube ich nicht dran! Beispiesweise mein Opel Commodore A GS nimmt gerne mal 150 kWh auf 100 km zu sich!

    Wirklich richtiggehend borniert ist aus meiner Perspektive das Argument, ein Elektrofahrzeug sei ein Zweitfahrzeug. Viele E-Fahrzeug-Fahrer haben einen BENZINER ALS ZWEITWAGEN, weil die Ladeinfrastruktur in Deutschland katastrophal ist und eher an Kleinstaaterei, denn an eine globalisierte Welt erinnert. Der Benziner ist das Zweitfahrzeug für Langstreckenfahren und Urlaubsreisen. Germäß dem oben ausgeführten Argumentationsstrang müsste man also die Umweltbelastungen zur Produktion des Elektrofahrzeugs eigentlich der Bilanz des Benziners zuschlagen. Ziemlich hirnrissig – oder? 😉

    Der oben zu lesende Artikel ist in meinen Augen stark überarbeitungsbedürftig – es sei denn, er soll als Provokation dienen um eine Diskussion anzustoßen.

  5. Das Konzept mit dem das e-Mobil die Funktion eines heutigen Mittelklassewagens erfüllen kann, gibt es zwar schon, ist jedoch keiner bereit zu bezahlen: Das ist das modular austauschbare Antriebskonzept: Tanken heißt: eine entladene Batterie gegen eine aufgeladene tauschen. Reichweitenverlängerung für strukturarme Gebiete heißt: Antriebsmodul Hybrid statt großer Batterie ankoppeln. Man muss auch mal nach dem gewohnten Komfort der User fragen. Wer ist denn schon bereit länger als 5 min zu warten, bis der Wagen vollgetankt ist.
    Und solange immer noch ein großer Teil Kohlestrom in unserem Energie-Mix aus der Steckdose vorhanden ist, der mit weniger als 20% Effektivität auf den Primärenergieeinsatz bei meinem Auto als Vortrieb ankommt, ist wie gesagt die Ansage 0% CO2 ziemlicher Unsinn. Für ein E-Mobil muss m.E. auch 100% Üko-Strom im Mix aus der Steckdose gelten: siehe
    http://www.abstract-life.de

  6. über 99% der heutigen Zweitwagen sind Verbrenner… Das Argument mit dem elektrischen Zweitwagen ist völliger Schwachsinn! Zudem: das angeschaffte Elektroauto wird zum Erstwagen (da im Unterhalt und pro Kilometer deutlich günstiger) oder wie von ihnen aufgeführt zum Hauptwagen. Und das Miteinrechnen von anderen Verkehrsträgern ist ebenfalls völliger Nonsense. Denn dies müsste man dann konsequenterweise auch beim Zug und Fahrrad machen.

  7. In puncto Nachhaltigkeit ist auch die Recycling-Quote der Materialien zu betrachten, was meines Erachtens in dem Artikel leider zu kurz gekommen ist. Mich würde interessieren, ob die Seltenen Erden aus defekten Motoren zurückgewonnen werden. Bezüglich des Lithiums aus defekten Batterien wurde mit dem Ende 2016 abgeschlossenen Litho REC II – Projekts die Machbarkeit gezeigt. Mir ist nicht bekannt, dass Lithium in irgendeiner Form aus gebrauchten Einwegbatterien, Fahrzeug-Akkus oder sonstigen technischen Komponenten tatsächlich zurückgewonnen wird, d. h. derzeit landet das Lithium unwiederbringlich in der Schlacke von irgendwelchen Hochöfen und somit als Unterbau von Verkehrswegen oder Zement-Zuschlag landet. Somit könnte der Peak-Lithium schneller vorbei sein als der Peak-Oil.
    In puncto Verbrennungsmotor ist festzuhalten, das dieser keineswegs nur mit fossilen Brennstoffen betrieben werden kann! Und dass NOx-Problem ist lösbar. Will man keinen Ruß, muss man Verbrennungsmotoren mit O2-Überschuss betreiben. Dann entstehen NOx. Wenn man aber mit der Harnstoff-Einspritzung nicht zu sparsam ist, kann man die NOx vollständig wieder in reduzieren. Das aktuelle NOx-Problem gibt es nur, weil man PKW-Fahrern nicht noch das regelmäßige Nachfüllen von Harnstoff-Lösung zumuten wollte.

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