19.06.2017

Elektroautos nur sinnvoll mit 100 % Ökostrom?

Prof. Dr. Eckard Helmers vom Umwelt-Campus Birkenfeld klärt den Mythos auf

Städte wollen den Diesel aussperren, zugleich macht eine Studie die Runde, die Elektroautos aufgrund der Batterieproduktion einen großen CO2-Rucksack aufsetzt. Wacker hält sich auch das Vorurteil, Elektroautos wären nur mit Erneuerbarem Strom sauber. Aber stimmt das eigentlich? Wir haben Prof. Dr. Eckard Helmers vom Umwelt-Campus Birkenfeld gebeten, diesen Mythos mit Fakten aufzuklären. Hier ist sein Gastbeitrag:

* * *

Die Vorstellung, dass Elektroautos nur mit 100 % Ökostrom sinnvoll sind, hat sich ins deutsche Bewusstsein gewissermaßen eingebrannt. Früh schon haben erste Ökobilanzen besonders deutscher Autoren die (teil-)fossile Stromproduktion für den Betrieb von Elektroautos thematisiert und das Schreckgespenst des kohleabhängigen Stromers an die Wand gemalt. Selbst Greenpeace hat Elektroautos Schweinenasen angeschnallt und kommentierte: „Elektroautos mit schmutzigem Strom sind auch dreckig“. Ja, wenn man sie nur mit Kohlestrom betriebe – aber will das jemand? Die Kohle, also gewissermaßen das Schwarze, Gefährliche und das im Betrieb saubere Elektroauto wurden in einen Topf geworfen. Hinzu tritt der andere Glaubensgrundsatz, der endlos, bis hin zur höchsten Politik, wiederholt wird: Dieselautos nützten dem Klima. In der Realität tun sie das nicht, haben es wohl nie getan. Beide Mythen wirken Hand in Hand gegen die im Sinne einer Mobilitätswende unverzichtbare Elektrifizierung des Straßen­verkehrs in Deutschland – und sie wirken effizient.

Es entsteht der Eindruck, als könne man noch warten mit der Elektromobilität, bis überall 100 % Ökostrom verfügbar ist (was nicht absehbar ist); in der Zwischenzeit hat man ja den Diesel. Diese beiden Mythen, dazu die mangelhafte Ladeinfra­struktur und die Phantasiepreise, die derzeit für kleine Elektroautos verlangt werden – das sind wohl die Hauptgründe dafür, dass Deutschland bei der Elektrifizierung auf den hintersten Plätzen in Westeuropa liegt.

Ökobilanzen führen oft zu falschen Aussagen

Damit es kein Missverständnis gibt: Der Autor möchte Elektroautos nicht mit Kohlestrom, sondern mit einem Maximum an Grünstrom betreiben. Er ist sich auch darüber im Klaren, dass zur Elektrifizierung eine Verkehrs­verlagerung und -vermeidung treten muss, wenn die Mobilitätswende erfolgreich sein soll. Vor allem hin zu mehr Fahrradnutzung. Auch dort wieder ein umgekehrt proportionaler Zusammenhang zwischen Verkehrswende und Dieselauto-Boom: Wer hat denn Lust, aufs Fahrrad zu steigen, um entlang der Straßen die Stickoxidemissionen all der Dieselautos zu inhalieren? Auch hier widersprechen sich die erhoffte Mobilitätswende und die per Steuersubvention betriebene Verdieselung direkt.

Doch zurück zur Ökobilanz. Der ADAC schreibt aktuell in seinen Tests von E-Autos: „Kein ökologischer Vorteil bei deutschem Strommix.“ Stimmt das nun? Nein. So pauschal ist die Aussage falsch. In der Realität können Elektroautos bereits mit heutigem deutschen Strommix über die gesamte Lebenszeit Vorteile gegenüber Verbrennungsmotor-Fahrzeugen einfahren. Richtig ist dagegen die Formulierung „Elektroautos haben eine optimierte Ökobilanz beim Betrieb mit Ökostrom“. Oder auch: „Die Umweltvorteile des Elektroautos kommen erst in der Kombination mit Grünstrom voll zur Geltung.“

Vereinfachte Ökobilanz der Nutzungsphase von Verbrennungsmotor-PKW (ICEV, Fall A) und batterieelektrischen Autos (BEV) bei der Verwendung von Strom mit unterschiedlichem Carbon Footprint (B-E) unter Berücksichtigung von Bereitstellungsketten und Batterieherstellung. V2G = vehicle-to-grid, V2H = vehicle-to-home. Datenbasis siehe (1).

Die Abbildung zeigt eine vereinfachte Ökobilanz, die den Nutzungsaufwand sowie die Kosten der Batterieherstellung berücksichtigt, basierend auf realem Sprit- und Stromverbrauch einschließlich der Bereitstellungsketten. In China mit seinem hohen Kohlestrom-Anteil (B, siehe Abb.) haben Elektroautos im Mittel keine CO2-Vorteile, aber auch keine Nachteile gegenüber Autos mit Verbrennungsmotor (A). Wenn China allerdings noch mehr Sprit aus Kohle herstellt (CtL, Coal-to-Liquid), dann führen Elektroautos sogar dort zu CO2-Einsparungen. Gegenwärtig mögen Elektroautos in China immerhin die lokale Luftqualität verbessern. In der Europäischen Union konnten Elektroautos dagegen im Mittel bereits 2009 (C) mit den effizientesten Verbrennungsmotor-Fahrzeugen (ICEV) konkurrieren, wobei der Toyota Prius 4 hier den niedrigsten möglichen Benzinverbrauch markiert. Mit zunehmender Grünstromproduktion bewegen sich Elektroautos in der EU auf Szenario D zu, mit CO2-Aufwendungen weit unterhalb von Verbrennungsmotor-Fahrzeugen (A). „E“ markiert in der Abb. den Carbon Footprint von Elektroautos bei Nutzung eines Strommixes mit dominierendem Grünstrom (150 g CO2eq/kWh). Die Kohlenstoff-Intensität in Kombination mit reinem erneuerbaren Strom liegt noch darunter. Durch neue Anwendungen (gesteuertes Aufladen von Elektroautos, stationäre Zweitnutzung von Batterien als Speicher für erneuerbaren Strom, Vehicle-to-Grid- sowie Vehicle-to-Home-Kombinationen) wird sich die Ökobilanz von Elektroautos in den nächsten Jahren in allen Szenarien weiter verbessern (grüne Pfeile).

Der Mythos vom grauen E-Auto

Was sind nun die Hintergründe des Mythos vom Emissions-problematischen Elektroauto? Einerseits politische: Kritische Informationen zur Ökobilanz des Elektroautos wurden früh gestreut, um die Energiewende zu beschleunigen, oder um die Elektrifizierung zu verlangsamen. Weitere Gründe liegen in der Methode der Ökobilanzierung. Sie bedient sich standardisierter Daten, was die Vergleich­barkeit verbessert, jedoch zu fehlerhaften Schlussfolgerungen führen kann. Seit dem Dieselskandal weiß auch die Öffentlichkeit, dass zwischen Laborwerten und Realität zum Teil Welten (gerne einmal 1000 %) liegen. Ökobilanzen fußen jedoch größtenteils auf Labordaten. Es gibt hunderte veröffentlichter Ökobilanzen von Elektroautos, allerdings hatte kaum einer der Forscher tatsächlich ein Elektroauto vor der Tür stehen. Stattdessen wurden fortwährend virtuelle Fahrzeuge modelliert, basierend auf dem Materialkuchen eines VW Golf aus dem Jahr 2000 mit ebenso virtuellen Verbrauchsdaten.

In einem ungewöhnlichen Projekt haben wir über mehrere Jahre Verbrennungsmotor-Fahrzeuge zu Elektroautos umgebaut und waren dadurch in der Lage, die individuelle Materialbilanz zu bestimmen (2). Vor allem verglichen wir den Spritverbrauch dieser Fahrzeuge vor der Elektrifizierung und den Stromverbrauch danach. Dies allein ermöglicht die direkte Gegenüberstellung der beiden Technologien. Die Schlussfolgerung: Ein Elektro-Smart hatte bereits im Jahr 2013 mit deutschem Netzstrom einen weit besseren Carbon Footprint über die Lebenszeit von 100.000 km als die Verbrennerversion – wenn der Smart im Stadtverkehr betrieben wurde (2). Im Drittelmix (Stadt-Land-Autobahn) waren beide in etwa gleichwertig. Wir gehen davon aus, dass der Elektrosmart in der Realität selten auf der Autobahn gefahren wird – dort, wo Elektroautos ineffizient sind. Bisherige Ökobilanzen haben diesen Fall nicht thematisiert und deshalb vor allem kleine Elektroautos benachteiligt.

Es gibt bisher kaum Ökobilanzen, die analytisch in die Tiefe gehen und nach den Ursachen für negative impacts von Elektroautos forschen. Dies geben die Daten jedoch auch her. Wir haben das getan (2). Dabei stellte sich heraus, dass insbesondere die energieintensive Herstellung der Batteriezellen in China mit seinem Kohlestrom sowie die verbauten elektronischen Leiterplatten einen hohen Preis über viele Wirkungskategorien haben. Das Problem mit der zunehmenden Steuerelektronik betrifft jedoch alle Autos. Die Herstellung der Batteriezellen in China wiederum stellt nicht den Normalfall, sondern den ungünstigsten Fall dar. Hier wird es erhebliche Verbesserungen der Ökobilanz geben, etwa dank der mit erneuerbarem Strom betriebenen Gigafactory von Elon Musk.

Das Märchen vom sauberen Diesel

Wer heute ein Elektroauto betreibt, sollte Grünstrom laden, wo möglich. Der Carbon Footprint der Stromproduktion und damit die Klimawirkung des gewöhnlichen Netzstroms werden sich aber auch kontinuierlich verbessern. Verbrennungsmotor-Fahrzeuge haben umgekehrt umso mehr Emissionen, je älter sie werden. Dieser Effekt wird in Ökobilanzen bislang überhaupt nicht berücksichtigt. Ökobilanzen tun bislang so, als ob Autos immer jene Emissionen beibehalten, die sie beim Verlassen der Fabrik aufweisen. Dies ignoriert ein besonderes Problem: Allein Deutschland exportiert jedes Jahr etwa eine Million gebrauchter Verbrenner mit hohen Kilometerständen nach Süd-/Osteuropa – unter anderem, damit die Eigentümer bei uns nicht in neue Dieselpartikelfilter und Dreiwegekats investieren müssen (tausende € pro Fahrzeug). So rechnet sich das Geschäftsmodell Dieselauto in Deutschland. Die Abgasreinigungstechnik hält lediglich etwa 200.000 – 250.000 km. Man kann davon ausgehen, dass solche Investitionen in Osteuropa auch nicht getätigt werden. Soviel zum sogenannten „clean Diesel“ von heute. Vorausgesetzt, er wird überhaupt „clean“ ausgelegt, dann könnte er über die gesamte Lebenszeit nur mit hohen laufenden Kosten „sauber“ sein. Das Problem der schmutzigen Altautos verschieben wir einfach nach Osteuropa und servieren es dort den Menschen auf der Straße. Je komplexer die Abgasnachbehandlung (ein sog. „clean diesel“ hat ein fünfstufiges Chemielabor an Bord), desto höher die Emissionen der Altfahrzeuge, wenn deren Technik nicht mit hohem Wartungsaufwand betriebsbereit gehalten wird. Mit Elektroautos hätte auch das ein Ende.

Ökobilanzen von Elektroautos werden sich aller Voraussicht nach in naher Zukunft noch positiver darstellen lassen als heute schon. Die lokalen Emissionsvorteile von Elektroautos werden bislang noch nicht ausreichend in Ökobilanzen dargestellt. Zusätzlich werden die Klimaeffekte der Rußemissionen von Diesel-PKW in Ökobilanzen nicht berücksichtigt, die bei vielen Diesel-PKW in der letzten Lebensphase auftreten (1,3).

Ein Bewusstseinswandel scheint dringend für die Mobilitätswende in Deutschland. Er muss wohl von unten kommen.

Über den Autor

Dr. Eckard Helmers ist Professor an der Hochschule Trier seit 1998. Er unterrichtet chemische Fächer mit dem Schwerpunkt Umweltchemie. Als Umweltanalytiker forscht er über die analytische Methodik und die Bewertung von Spurenstoffdaten in Toxikologie, Atmosphäre, Wasser, Boden, Luft und weiteren Matrizes und hat rund 40 wissenschaftliche Aufsätze veröffentlicht. Seit 25 Jahren beschäftigt er sich mit Verkehrsemissionen. Als Direktor am IfaS (Institut für angewandtes Stoffstrommanagement) leitet er die Abteilung für Zukunftsfähige Mobilität mit und hat den Umbau von Verbrennungsmotor-Fahrzeugen zu Elektroautos samt begleitender Ökobilanz-Forschung initiiert. Diese sog. „eConversion“ ermöglicht minimalen Ressourcenverbrauch und geringste Emissionen der Mobilität mit dem Auto.

Quellen:

(1) E. Helmers, M. Weiss (2017).
Advances and critical aspects in the life-cycle assessment of battery-electric cars (review). Energy and Emission Control Technologies. Published 1 February 2017, Vol 5, 1—18
dovepress.com

(2) E. Helmers, J. Dietz, S. Hartard (2017).
Electric Car Life Cycle Assessment Based on Real-world Mileage and the Electric Conversion Scenario. International Journal of Life Cycle Assessment, Vol. 22 (1), pp 15–30
springer.com

(3) M. Cames, E. Helmers (2013).
Critical evaluation of the European diesel car boom – global comparison, environmental effects and various national strategies. Environmental Sciences Europe 2013 (25):15
springeropen.com




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7 Kommentare zu “Elektroautos nur sinnvoll mit 100 % Ökostrom?

  1. Die Aussage „Elektroautos nur sinnvoll mit 100% Ökostrom“ ist ja wunderbar reißereisch, gehört oder gelesen habe ich sie allerdings hier zum allerersten mal.

    Der Grafik mit den Ökobilanzen sowie die folgenden Erläuterungen und Schlussfolgerungen gebe ich durchaus den Label „wissenschaftlich fundiert“ – dem gesamten Artikel aber in keinster Weise. Das um sich Werfen mit Behauptungen (s. Überschrift) oder unbelegten (und natürlich völlig unsinnigen) angeblichen Mythen, ist aber eher auf Niveau eines Boulevardblattes.

    Und Sachverhalte wie Luftverschmutzung und CO2-Bilanz wild durcheinander zu werfen, ist zwar in der Tagespresse üblich, aber dier Autor hier trägt doch mehrer Titel.

    Anregung: Wissenschaftliche Diskussion statt Effekthascherei, das gab’s doch schon mal an Hochschulen. Und wenn mal zu den Inhalten des Beitrags durchgedrungen ist, dann sind die ja durchaus interessant und fundiert.

  2. Endlich spricht das mal jemand wissenschaftlich fundiert aus. Vielen Dank für diesen sehr guten Artikel, der in allen Tageszeitungen als Gegengewicht zur sonstigen „Propaganda“ der Auto- und Öl-Lobby abgedruckt werden sollte.

  3. Danke für diesen tollen Artikel.
    100000 km schaffen die Akkus definitiv.
    Ich bin in den 3,5 Jahren bis jetzt 70000km gefahren und bemerke noch keine Veränderung in der Reichweite.
    Aber auch die ausrangierten Akkus sind ja nicht Schrott, sondern können als stationäre Speicher genutzt werden und das über mehrere Jahre, da sie so keiner großen Belastung ausgesetzt sind.

  4. Hier ist von einer Auto-Lebenszeit von 100.000 km die Rede – so weit muss man mit einem Kleinwagen erstmal fahren. Ob die Batterie so lange hält, ist zweifelhaft, und ein Batteriewechsel wurde nicht thematisiert.
    In eigenen Untersuchungen ergeben sich für Kompaktwagen mit dem deutschen Strommmix 2015 CO2-Break-Even-Punkte (so weit muss ein Elektrofahrzeug fahren, bis seine CO2-Bilanz gegenüber dem Verbrenner ausgeglichen ist) von 60.000 km im Vergleich zu Benzinern und 125.000 km im Vergleich zu Dieselfahrzeugen. Auch hier wurde kein Batteriewechsel berücksichtigt. Damit ergibt sich für Elektrofahrzeuge leider tatsächlich hinsichtlich ihrer CO2-Bilanz mit dem aktuellen Strommix kein Vorteil. Aufgrund der kleineren Batterie schneiden hier PHEV (Plug-In Hybride) deutlich vorteilhafter ab. Das ausschlaggebende Argument für Elektrofahrzeuge ist jedoch ihre lokale Emissionsfreiheit, womit ihr Einsatz insbesondere in stark belasteten Gebieten wie Innenstädten zu einer erheblichen Verbesserung der Luftqualität (und Verringerung der Lärmbelästigung) beitragen kann.

  5. Mich würde sehr interessieren wie gross die installierte Leistung der PV- und Windkraftanlagen ist, welche für eine jährliche Produktion von 500´000 Batterien (35 GWh) benötigt wird. Bei 24 h Betrieb werden ja auch noch Speicher bzw. backup aus dem öffentlichen Netz benötigt. Wie viel beträgt dann der geschätzte Jahresverbrauch ? Ich habe dazu keine Info im Web gefunden.

  6. Pingback: Electrify-BW – der Podcast #14: Der Rucksack eines ElektroautosElectrify-BW

  7. Hi all,
    ein wirklich spannender Artikel – sehr hilfreich für Diskussionen. M.E. sollte man „Elektroautos nur sinnvoll mit 100 % Ökostrom?“ deutlich vom “ Carbon Footprint“ unterscheiden. Immerhin macht es einen großen Unterschied, wo Schadstoffe ausgestoßen werden. Ob in der Innenstadt – oder im Kraftwerk auf dem Land. Die Belastung pro Mensch sollte sich deutlich unterscheiden. Darüber hinaus würde mich die Geräusch Belastung interessieren. Ein Thema was sehr selten in die vergleichenden Betrachtungen mit einfließt. Sicher schwer zu bewerten, für mich als lärmgeplagter Berliner aber ein wichtiger Aspekt!

    Dank und Gruß aus Berlin
    Jan Schlotter