Emissionsverbesserung: Über E-Autos und ihre Klimabilanz

Keiner da? Nach Berechnungen des Fraunhofer ISI werden etwa um die Mitte dieses Jahrhunderts fünfzig bis siebzig Prozent reine batterie­elektrische Fahrzeuge im Bestand sein.Foto: stock.adobe.com/© Andreas Gruhl

Ist das rein elektrische Auto die richtige Wahl für klimafreundliche Mobilität? Darüber streiten Laien und Experten, die Antworten sind verschieden. Neuere Studien zeigen jedoch Fortschritte bei den Treibhausgasemissionen.

Es stinkt zum Himmel in den Städten. Überall auf den Straßen fahren sie in Scharen, die Fahrzeuge für den Transport von Waren und Menschen. Am Übergang vom 19. zum 20. Jahrhundert ist es kein Spaß, durch die Metropolen zu laufen. Denn gezogen werden die Karren und Kutschen von einem, häufig mehreren Pferden. Und die fabrizieren buchstäblich jede Menge Mist.

Abhilfe schaffte, wenn man so will, der Verbrennungsmotor und mit ihm der Aufstieg des Automobils. Weniger tierische Ausscheidungen auf den Straßen, mehr „saubere“ Fortbewegung für die Menschen. Doch – kurzer Zwischengalopp – nur zum Schein, wie wir heute wissen. Inzwischen haftet dem Verbrenner ein CO2-Problem an, mindestens.

Das als große Pferdemistkrise von 1894 bekannt gewordene Dilemma lässt sich natürlich nicht mit dem von heute vergleichen. Beide verbindet aber die Erkenntnis, dass Mobilität im großen Stil ohne Belastung der Umwelt kaum zu haben ist. Gleichzeitig macht die Pferdemistkrise Mut für die weitere Entwicklung des Verkehrs: Auch ein zunächst unlösbar scheinendes Problem lässt sich bewältigen.

Um klimaschädlichen Emissionen des Autos beizukommen, gibt es viele Ansätze. Wasserstoffantrieb, synthetische Kraftstoffe oder solche auf biologischer Basis, künstliches Erdgas oder das derzeit stark protegierte Fahren mit Strom. Wer in diese komplexe Welt eintaucht, findet Pro- und Contra-Argumente für fast alles, auch bei der Elektromobilität. Studien konkurrieren darum, das Image des Verbrennungsmotors aufzupolieren oder den E-Antrieb als Problemlöser darzustellen.

Aktuelle Erkenntnisse

Differenzen ergeben sich aus den unterschiedlichen Daten oder Annahmen, die jeweils den Berechnungen zugrunde liegen. Inzwischen mehren sich die Anzeichen, dass die lange gescholtene CO2-Bilanz von E-Autos Fortschritte macht.

„Die meisten wissenschaftlichen Studien, auch Studien, die wir am Fraunhofer ISI durchführen, kommen zu dem Ergebnis, dass ein heute angeschafftes Elektrofahrzeug über die Nutzungsdauer der nächsten vierzehn, fünfzehn Jahre gesehen, in der Summe einen Klimavorteil gegenüber Benzinern und Dieselfahrzeugen von fünfzehn bis dreißig Prozent hat“, sagt Prof. Dr. Martin Wietschel, Leiter des Competence Centers Energietechnologie und Energiesysteme am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) in Karlsruhe. Darin eingeschlossen ist laut Prof. Wietschel auch die Produktion. „Natürlich sind batterieelektrische Fahrzeuge in der Herstellung aufwendiger. Sie verbrauchen mehr Energie und haben einen größeren Rucksack gerade was den Anteil der Batterieproduktion betrifft. In der Nutzung wiederum sparen sie Treibhausgase gegenüber konventionellen Fahrzeugen ein.“

CO2-Äquivalent erklärt

Kohlenstoffdioxid (CO2) ist ein wesentliches Treibhausgas, aber nicht das einzige. Es entsteht vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas oder von Biomasse. E-Autos starten belastet mit einem sogenannten CO2-Rucksack zur ersten Fahrt. Hauptgrund dafür sind Emissionen, die bei der Herstellung von Akkus und bei der Gewinnung dafür notwendiger Rohstoffe entstehen. Die Maßeinheit CO2-Äquivalente (CO2e) dient dazu, klimatische Auswirkungen verschiedener Treibhausgase zu vereinheitlichen. Mit unterschiedlichen Produkten in Verbindung stehende Emissionen werden somit vergleichbar.

Auch die 2020 veröffentlichte Studie „Vergleich der lebenslangen Treibhausgasemissionen von Elektroautos mit den Emissionen von Fahrzeugen mit Benzin- oder Dieselmotoren“ der Technischen Universität Eindhoven stuft E-Autos umweltfreundlicher ein als bislang angenommen. Die Autoren Auke Hoekstra und Prof. Maarten Steinbuch berechnen am Vergleich eines Tesla Model 3 mit einem Mercedes-Benz C 220 d Treibhausgaseinsparungen von 65 Prozent durch das E-Auto. Nach 30.000 gefahrenen Kilometern hat der Tesla seinen CO2-Rucksack durch die Akkuproduktion demnach ausgeglichen. Herstellung und Nutzung der Fahrzeuge mit einberechnet, kommt die C-Klasse auf 260 Gramm CO2-Äquivalent (siehe Kasten oben) pro Kilometer, das Model 3 auf 91 Gramm. Auch weitere Vergleiche gehen für E-Autos günstig aus. Das scheint so gar nicht zu Studien zu passen, die Elektroautos weit schlechtere Emissionswerte bescheinigen.

Warum ist das so? Ein Teil der Studien nehme als Basis, dass das E-Auto über die gesamte Lebensdauer mit dem heutigen Strommix gefahren werde, erklärt Prof. Wietschel. „Das heißt also auch mit der heutigen Treibhausgasbelastung aus der Stromerzeugung. Dann kommt man natürlich zu Ergebnissen, die nicht so besonders gut sind.“ Bessere Resultate kämen heraus, wenn das weitere Voranschreiten der Energiewende berücksichtigt würde. „Die Treibhausgasemissionen aus der Stromerzeugung sind ja kontinuierlich in den letzten Jahren deutlich gesunken. Wenn das weiter fortgeschrieben wird, dann ist die Bilanz positiv.“ Tatsächlich hat sich nach Angaben der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik, die im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums tätig ist, allein die Menge an Windstrom in Deutschland seit 2015 nahezu verdoppelt. Auch Solarenergie legte zu, wenn auch nicht so stark.

„Der andere große Unterschied ist die Belastung der Batterieproduktion mit den Treibhausgasemissionen. Da gibt es einige alte Studien, wo man teilweise noch Daten von Pilot- und Demoanlagen der Batterieherstellung hat“, sagt Prof. Wietschel. „Wenn man dann natürlich die hochmodernen Batterieproduktionsanlagen anschaut, die sind einfach deutlich energieeffizienter.“ Produktionsstandorte, die möglichst viel erneuerbare Energien nutzen, seien im Vorteil. „Also zum Beispiel die Tesla-Fabrik in Nevada“, nennt der Forscher ein Beispiel. Die Produktion in sogenannten Kohleländern, in Europa etwa Polen, schlage negativ auf die Klimabilanz durch. Eine dynamische Entwicklung lasse sich auch bei den Zellchemien beobachten, sagt Prof. Wietschel: „Das wirkt sich in der Regel durch die höheren Energiedichten dann natürlich auf den Energieverbrauch und damit auch positiv auf die Treibhausgasemissionen aus. “

Der Einsatz erneuerbarer Energien ist ein Schlüssel für die Emissionsbewertung, sei es bei der Produktion oder beim Betrieb eines E-Autos.Foto: stock.adobe.com/© Soonthorn

Diese Einflussfaktoren auf die Bewertung der Klimabilanz eines E-Autos kennt auch Kerstin Meyer, Projektleiterin Fahrzeuge und Antriebe bei der Agora Verkehrswende. Die in Berlin ansässige Denkfabrik beschäftigt sich mit Fragen der nachhaltigen Verkehrswende. Meyer ergänzt einen weiteren Faktor: „Dazu gehört auch die Frage, wie viel Kilometer im Laufe des Fahrzeuglebens anfallen.“ Bei den Wissenschaftlern der TU Eindhoven kommen bisherige Annahmen über die Lebensdauer von E-Auto-Akkus schlecht weg: „In vielen Studien wird angenommen, dass die Batterie nur 150.000 km hält, was die Emissionen von Elektrofahrzeugen erhöht. Wir haben jedoch keine Beispiele gesehen, wo dies auf tatsächlichen Forschungen basierte. Empirische Daten zeigen, dass moderne Batterien das Auto leicht überleben werden.“ Heute sei eine Auto-Lebensdauer von 250.000 Kilometern realistisch.

Was ältere Studien betrifft, so entzündet sich unter anderem an der Verwendung von Daten des schwedischen Umweltforschungsinstituts IVL aus dem Jahr 2017 Kritik. Diese IVL-Studie lege in der Akkuproduktion viel zu hohe Emissionswerte zu Grunde, die in E-Auto-kritischen Veröffentlichungen aufgegriffen würden, stellen Hoek­stra und Prof. Steinbuch fest. Nun ließe sich einwenden, die TU Eindhoven argumentiere tendenziös. Schließlich wurde ihre Studie von der Bundestagsfraktion der Grünen in Auftrag gegeben. Tatsächlich aber haben die IVL-Experten 2019 nachgelegt und ihre Emissionsdaten deutlich zu Gunsten der Stromer angepasst. Dank effizienterer Herstellung und mehr Ökostrom gehen sie nun von einer Spanne zwischen 61 und 106 Kilogramm CO2-Äquivalenten je produzierter Kilowattstunde Akkukapazität aus. Noch 2017 nahm das IVL 150 bis 200 Kilogramm an. Für 2020 schätzt die TU Eindhoven das CO2-Äquivalent je Kilowattstunde Akkuproduktion im Mittel auf 75 Kilogramm.

Ziele und Hoffnungen

„Wir müssen bis 2050 klimaneutral sein – bei der Energie und im Verkehr“, betont Kerstin Meyer von der Agora Verkehrswende. „Elektromobilität ist nur ein Aspekt auf dem Weg zu klimaneutraler Mobilität, aber ein wichtiger.“ Sie fordert mehr Tempo bei der Energiewende, beim Ausbau von Bahn und Sharing-Modellen sowie einen gesellschaftlichen Wandel in Mobilitätsfragen, um etwa durch Home Office Arbeitswege einzusparen.

Für Fraunhofer-Experte Prof. Wietschel ist E-Mobilität eine junge Zukunftstechnologie mit enormem Entwicklungspotenzial. Herausforderungen seien zu bewältigen, die man auch nicht kleinreden dürfe. „Aber zumindest erkennen wir keinen Show-Stopper, wo man sagen muss, das Problem, sei es wirtschaftlicher oder ökologischer Natur, kann man nicht lösen. Und mit lösen meinen wir auch zu vertretbaren Kosten.“ Das klingt, als ließen sich die Treibhausgasprobleme im Verkehr doch bewältigen.

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