Klimabilanz von Elektrofahrzeugen

Im Rahmen einer aktuellen Studie ruft die Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) e.V. zu mehr Sachlichkeit in der Diskussion der Klimawirkung von Elektrofahrzeugen auf. Die Analyse zeigt, dass sich für den aktuellen Stand der Batterieproduktion Amortisationsdauern von Elektrofahrzeugen gegenüber Benzinfahrzeugen von ca. 1,6 bis 3,6 Jahren ergeben. Für die Produktion von Traktionsbatterien im industriellen Maßstab und bei einer verstärkten Integration Erneuerbarer Energien in der Produktion ist zukünftig mit einer weiteren Verbesserung der Klimabilanz zu rechnen.

Motivation

Die Wahrnehmung von Elektrostraßenfahrzeugen (ESF) schwankte im Laufe der Jahrzehnte immer wieder zwischen Elektro-Hype und Elektrophobie. Die Bedeutung von ESF für die Ressourcenschonung und den Klimaschutz hat erst im letzten Jahrzehnt im Zuge der Energiewende an Fahrt aufgenommen. In diesem Zusammenhang wird die tatsächliche Umweltbilanz von ESF, zum Teil sehr emotional, zur Debatte gestellt.

So hat die Studie „The Life Cycle Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions from Lithium-Ion Batteries“ des IVL (Swedish Environmental Research Institute) große mediale Aufmerksamkeit erhalten und die Ergebnisse wurden kontrovers diskutiert. Daraufhin hat das IVL eine Stellungnahme veröffentlicht, um Fehlinterpretationen der Studie richtig zu stellen. In dieser Stellungnahme stellen die Autoren explizit klar, dass die Studie einen Überblick über die Ergebnisse bestehender Studien zum aktuellen Stand der Technik der Batterieproduktion gibt, sich die Technologie jedoch rasant entwickelt und somit ein großes Verbesserungspotenzial besteht.

Die FfE beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit Fragen der ganzheitlichen Bilanzierung von Produkten und Dienstleistungen und war auch Initiator der VDI-Richtlinie 4600 zum Kumulierten Energieaufwand (KEA). Dabei befasst sie sich bereits seit vielen Jahren auch mit Vergleichen von unterschiedlichen Antriebskonzepten. Für mehr Sachlichkeit in der aktuellen Diskussion hat sich die FfE daher im Rahmen des Projekts „Ressourcensicht auf die Energiezukunft“ intensiv mit der Klimabilanz der Batterieproduktion befasst.

Klimabilanz der Batterieproduktion: Eine Frage des „Wie?“ und „Wo?“

Die Bewertung der Klimabilanz der Batterieproduktion erfolgt durch die Berechnung der energiebedingten Treibhausgas (THG)-Emissionen bezogen auf eine kWh produzierte Elektrofahrzeugbatterie. Diese beinhalten alle THG-Emissionen, die mit der Bereitstellung und Umwandlung von Energie für die Materialproduktion sowie die Batteriefertigung verbunden sind. Für das untersuchte Lithium-Ionen-Batteriesystem ergeben sich energiebedingte THG-Emissionen in Höhe von knapp 106 kg CO2-Äq. je kWh produzierter Batteriekapazität, von denen 40 % auf den Strombedarf in der Batteriefertigung (inkl. Zellen) zurückzuführen sind.

Da der Energiebedarf in der Batteriefertigung jedoch mit starken Unsicherheiten behaftet ist, wird die Abhängigkeit der THG-Emissionen der Batterieproduktion von dem Strombedarf für die Batteriefertigung und dem Emissionsfaktor für den in der Batteriefertigung eingesetzten Stroms untersucht. Die Ergebnisse dieser Analyse (vgl. Abbildung) verdeutlichen die starke Abhängigkeit der Klimabilanz der Batterie von dem Stand der Technik des Produktionsprozesses sowie dem Standort der Produktionsanlage. Für die Produktion von Batterien im industriellen Maßstab ist zukünftig mit einer Senkung des Strombedarfs und somit einer Verbesserung der Klimabilanz zu rechnen. Weiterhin sollte bei der Standortwahl neuer Produktionsanlagen auch die Energieversorgung Berücksichtigung finden, da diese einen starken Effekt auf die Klimabilanz der produzierten Batterien hat.

Elektrofahrzeug vs. Benziner: die Abhängigkeit vom geladenen Strom

Im Rahmen der medialen Diskussion kam auch die Frage nach der sogenannten „Amortisationsdauer“ eines Elektrofahrzeugs gegenüber einem konventionellen verbrennungsmotorischen Fahrzeug auf. Der Fahrzeugvergleich zeigt, dass das Elektrofahrzeug im Falle eines Ladens mit dem deutschen Strommix ab einer gefahrenen Strecke von ca. 50.000 km aus Emissionssicht besser abschneidet als das Benzinfahrzeug. Für eine durchschnittliche Jahresfahrleistung von in etwa 14.000 km entspricht die berechnete Entfernung einer Amortisationsdauer von 3,6 Jahren. Diese reduziert sich für den EU-Strommix auf knapp 2,8 Jahre und für Strom aus Photovoltaik auf 1,6 Jahre. Dabei liegt diesen Ergebnissen die Annahme zugrunde, dass die Jahresfahrleistung, Lebensdauer und Auslastung beider Fahrzeugtypen in einer gleichen Größenordnung liegen. Potenzielle Vorteile von Verbrennern, die sich aus größeren Reichweiten ergeben, werden durch diesen Vergleich nicht abgebildet.

Fazit

Nachdem in der Vergangenheit die Wahrnehmung von ESF zwischen „Allheilmittel“ und „Placebo“ gewechselt hat, befinden wir uns nun an einem Punkt, an dem die Elektromobilität unumkehrbar an Fahrt aufgenommen hat. Unstrittig ist, dass ein elektrisch betriebenes Fahrzeug schon heute eine erheblich bessere Effizienz aufweist als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Der höhere Kumulierte Energieaufwand für die Herstellung des ESF – insbesondere der Traktionsbatterie – schmälert aktuell diesen Vorteil.

Aber zum einen besteht bei der Produktion von Fahrbatterien noch erhebliches Reduktionspotenzial, zum anderen sind ESF (mit Batterie oder Brennstoffzelle) die aus heutiger Sicht einzige nennenswerte und unverzichtbare Alternative, um erneuerbare Energien flächendeckend im Verkehrssektor zu integrieren. Entscheidend sind jetzt verstärkte Forschung und Entwicklung bei Fahrzeugbatterien, der Ladeinfrastruktur und im Betriebsmanagement der Fahrzeuge (z.B. Lademanagement zur Netzentlastung, zuverlässige Reichweitenanzeige).

Dieser Beitrag ist ein Plädoyer für mehr Sachlichkeit. Auf der einen Seite erfordert die Kommunikation wissenschaftlicher Ergebnisse durch Wissenschaftler oder Wissenschaftsjournalisten zwar eine Vereinfachung komplexer Sachverhalte. Auf der anderen Seite dürfen die zugrundeliegenden Annahmen und die Gültigkeit der dargestellten Ergebnisse nicht vernachlässigt werden, da dies wie im oben genannten Fall der schwedischen Studie zu gravierenden Fehlinterpretationen führen kann.

Die ausführliche Darstellung der Kernergebnisse sowie das dazugehörige Begleitdokument können über die Webseite der FfE kostenlos heruntergeladen werden.