Lange verbreitete sich das Gerücht, Elektroautos seien schlecht für Umwelt und nur eine Mogelpackung. Das ist ganz einfach falsch, denn häufig wurde mit völlig falschen Zahlen gerechnet und die Ergebnisse aus den daraus entstandenen Studien fanden über die Medien ihre Verbreitung.
Stammtischparolen wie „Das Elektroauto bringt keine CO2-Einsparungen. Die Batterieproduktion sei so energieintensiv, dass die Klimabilanz unterm Strich schlechter ist. Außerdem breche das Stromnetz zusammen, wenn viele gleichzeitig laden und man solle erst einmal abwarten bis mehr Strom aus erneuerbaren Energiequellen kommt“ und weitere Urteile zum Thema E-Autos konnten sich in den letzten Jahren weit verbreiten. Das liegt unter anderem daran, dass der ADAC mit seinen über 21 Millionen Mitgliedern, 2019 mit Schlagzeilen wie „Elektroautos mit schwerem Klima-Rucksack unterwegs“ (1) vermeintliche Elektroautohasser in ihrer Wahrnehmung bekräftigte und die Stimmung gegen die neue Technik weiter anheizte. Das Manager Magazin schrieb ebenfalls 2019 „CO2-Bilanz insgesamt verschlechtert sich“ (2) und auch weit wissenschaftlichere Quellen wie das ifo-Institut (3) stellen in einem Aufsatz im gleichen Jahr das E-Auto als Drecksschleuder dar; mit höheren Emissionen als der gute alte Verbrenner. Auch die Tageszeitung „Die Welt“ wirft mit der Überschrift „Viel mehr CO2 als gedacht“ (4) kein gutes Licht auf Elektroautos. Doch diese Annahmen bestehen wohl zu Unrecht.
Methodische Fehler in der Emissionsberechnung
All diese Autoren beziehen sich dabei auf eine höchst umstrittene Studie aus dem Jahr 2017, die beschreibt, dass bei der Batterieproduktion Unmengen an Emissionen anfallen, nämlich zwischen 150 kg und 200 kg CO2 pro kWh. Die Verfasser dieser Studie (5) die das schwedische Umweltforschungsinstituts IVL in Auftrag gab und später als sogenannte Schweden-Studie bekannt wurde, haben jedoch selbst nie eigene Emissionsdaten für die Batterieproduktion erhoben. Stattdessen wurden Daten aus anderen, älteren Studien mit teilweise stark veralteten Werten aus kleineren Batterielaboren zusammengefast. Und genau an dieser Stelle liegt das Problem. In der Tat entsteht bei der Herstellung eines ein E-Autos etwas mehr CO2 als bei einem Verbrenner. Die Batterien müssen bei der Herstellung für 30 bis 40 Stunden in großen Trockenöfen bearbeitet werden. Es macht jedoch einen großen Unterschied, ob 1.000 oder 100.000 Zellen gleichzeitig in einen Ofen geschoben werden. Der Energieaufwand pro Zelle sinkt mit steigender Stückzahl dramatisch. In den letzten Jahren konnte zudem der Produktionsausschuss signifikant reduziert werden und die Fertigungstechnik wurde durch diverse Faktoren, wie zum Beispiel die Konservierung der Wärme beim Trocknungsprozess, weiter verbessert. Skaleneffekte sind folglich der entscheidende Faktor. Aufgrund der veralteten Daten wurde die Studie sofort von wissenschaftlichen Quellen kritisiert (6-7).Die oben genannten Quellen sowie weitere E-Auto-Gegner hinderten dies jedoch nicht daran, sich weiterhin auf die irreführenden Daten zu stützen. Die Autoren der ursprünglichen Schweden-Studie haben im Jahr 2019 auf die Kritik mit einer aktualisierten Version reagiert und ihre CO2-Schätzung mehr als halbiert (8).
Fairer CO2-Vergleich nur unter Berücksichtigung aller Faktoren möglich
Jede Statistik ist nur so gut wie die ihr zu Grunde liegende Datenbasis. Um den CO2-Fußabdruck sinnvoll zu messen, sollten möglichst alle Aspekte berücksichtigt werden, die die Klimabilanz beeinflussen. Ein renommiertes Forscherteam der Eindhoven University of Technology hat in der Auswertung seines Versuchs möglichst viele Einflussfaktoren analysiert und ist dabei zu einem eindeutigen Ergebnis gekommen (9). Nach dem Start des Versuchs im Jahr 2020 fahren zwei Testwagen, ein Dieselfahrzeug und ein Elektroauto, bei einer Lebensdauer von 12 Jahren jeweils 180.000 Kilometer. In den ersten Jahren der Nutzung wird ein Auto üblicherweise etwas mehr genutzt, mit steigendem Alter nimmt die jährliche Fahrleistung ab. Im Durchschnitt fahren beide Fahrzeuge 15.000 Kilometer pro Jahr. Der Kraftstoffverbrauch des Dieselautos bleibt während der Nutzungsdauer konstant. Beim Ladestrom kann man davon ausgehen, dass sich der europäische Strommix in den nächsten Jahren weiter in Richtung erneuerbarer Energien verschieben wird. Allein der Kohlestromanteil in der EU hat sich seit 2015 bereits halbiert und betrug 2020 nur noch 13 Prozent. Neuere wissenschaftliche Studien haben zudem gezeigt, dass selbst bei einer Batterieproduktion in China, bei der ein verhältnismäßig hoher Kohlestromanteil von noch über 50 Prozent anfällt, die Vorteile von Elektroautos groß genug sind, um unterm Strich in puncto CO2-Bilanz besser abzuschneiden. Überraschenderweise beträgt der durchschnittliche CO2-Vorteil des Elektroautos über den gesamten Lebenszyklus 64 Prozent. Die Mehremissionen der Batterieproduktion haben sich dabei bereits nach etwa 30.000 Kilometern amortisiert. Die folgende Grafik beschreibt die CO2-Emissionen pro gefahrene Kilometer, die jeweils aus den Emissionen der Fahrzeug- und Batterieproduktion sowie aus dem Kraftstoffverbrauch und Strombedarf entstehen.
Doch warum weichen die Ergebnisse dieser Analyse so stark von vielen bisherigen Darstellungen ab?
Insbesondere sorgten in den letzten Jahren eine Reihe von deutschen Studien für eine aufkommende Skepsis gegenüber der E-Mobilität aufgrund von Umweltbedenken. Dabei wurden oftmals Fehler bei der Auswahl der Analysedaten gemacht und auch der Blick in die Zukunft, in eine Welt mit deutlich niedrigeren Emissionen bei der Stromproduktion, wurde häufig nicht durchgeführt. Im Folgenden werden die wichtigsten Aspekte aufgeführt, die für die Berechnung bei der Durchführung eines fairen Vergleichs zwingend notwendig sind.
Emissionen der Batterieproduktion
Viele der aktuell verfügbaren Studien benutzen übertriebene Annahmen bezüglich des Energiebedarfs bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, da veraltete Emissionsdaten genutzt werden. Skaleneffekte sind hier der entscheidende Faktor. Im Jahr 2020 wurden über 3 Millionen Elektroautos gebaut. Das entspricht einer Versiebenfachung gegenüber dem Jahr 2015 (10). In den nächsten Jahren rechnen wir mit einem noch schnelleren Anstieg. Neueste Studien gehen bei heute produzierten Batterien von CO2-Emissionen zwischen 40 und 100 kg/kWh aus (10). Dabei liegt China aufgrund des hohen Kohlestromanteils am oberen Ende und Europa aufgrund des höheren Anteils an erneuerbaren Energien im unteren Bereich der Bandbreite. In diesem Vergleich wurde mit einem CO2-Durchschnittswert von 75 kg/kWh gerechnet. Teslas Gigafabrik in Nevada, USA, produziert nach eigenen Angaben Batterien bereits CO2-neutral, da der Strom ausschließlich aus erneuerbaren Energien bezogen wird (11).
Haltbarkeit von Batterien
Die Haltbarkeit von Batterien wird durch einige Studien, wie zum Beispiel durch das ifo-Institut, unterschätzt (3). So wird hier von einer Lebensdauer von 150.000 Kilometern ausgegangen, während für ein Dieselauto im Vergleich mit 300.000 Kilometern gerechnet wird. Die Realität sieht anders aus und entgegen der Erwartung von Konsumenten, die fürchten eine E-Auto Batterie könne ähnlich schnell verschleißen wie ein Laptop- oder Handy Akku, lassen neueste Erkenntnisse annehmen, dass moderne Batterien eine Fahrleistung von mehr als 500.000 Kilometern ermöglichen. Die Fortschritte des Temperatur- und Lademanagements können sich sehen lassen. Tesla veröffentlichte 2019 die realen Batterie-Restkapazitäten von Tausenden seiner Kunden, die diese freiwillig angaben, abhängig von der gefahrenen Kilometerleistung.
Nach über 320.000 gefahrenen Kilometern (~ 200.000 Meilen) hatte der Großteil der Fahrzeugflotte noch eine Batteriekapazität von etwa 90 Prozent (12).
Zudem erklärt die wissenschaftliche Fachzeitschrift „Journal of the Electrochemical Society“, dass die bereits heute verbauten NMC Zellen im Stande sind, eine Fahrleistung von über 1,5 Millionen Kilometern zu ermöglichen (13). Zwar erfolgten die Tests dafür unter Laborbedingungen, die Wissenschaft zeigt jedoch, dass die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technik noch ziemlich am Anfang steht und viel Verbesserungspotenzial birgt. Verbrennungsmotoren sind hingegen in der Reifephase ihrer Entwicklung angelangt. Ob die Lebensdauer von Verbrennungsmotoren - mit immer mehr verbauten technischen Teilen wie Turbolader, Zylinderabschaltung oder Hybridtechnik - deutlich zunehmen wird, ist fraglich. Wir gehen in diesem Vergleich konservativ vor und gehen sowohl für Verbrenner, als auch für E-Autos von einer Lebensdauer von 250.000 Kilometern aus. Anzumerken ist auch, dass dieser Vergleich ausschließlich auf den CO2-Ausstoß und Klimaeinfluss abzielt. Eine Vermischung mit Aspekten wie sonstigen Emissionen, Ressourcenverbrauch, Arbeitsbedingungen oder Lärmbelästigung kann nicht Bestandteil einer seriösen Betrachtung sein, in der es um CO2- und Klima-Impact geht.
Entwicklung der Stromproduktion und die Berücksichtigung der Voremissionen fossiler Kraftstoffe
Viele Studien nehmen an, dass ein Elektroauto sein gesamtes Autoleben mit dem gleichen Strom geladen wird, den es im ersten Jahr konsumiert. Solche Annahmen sind unrealistisch. Der CO2-Ausstoß der Stromproduktion in Europa ist seit 2012 um 32 Prozent zurückgegangen (9). Im Zuge des Pariser Klimaabkommens und einer immer umweltorientierteren Politikergeneration ist davon auszugehen, dass die Reduktion der Emissionen aus der Elektrizitätserzeugung weiterhin stattfindet und sich sogar beschleunigen könnte. Während Elektroautos über ihren Lebenszyklus von dieser Entwicklung profitieren, ist der Kraftstoffverbrauch eines heute produzierten Verbrenners festgeschrieben. Synthetische Kraftstoffe sollten keinen wesentlichen Beitrag zu Einsparungen leisten. Durch die Umwandlung von Elektrizität in synthetische Kraftstoffe und die anschließende Umwandlung durch Verbrennung zurück in Bewegungsenergie geht so viel Energie verloren, dass man mit einem vielfach höheren Effizienzfaktor vorzugsweise direkt ein E-Auto laden kann. Sowohl die Voremissionen der Herstellung von Elektrizität als auch die von Diesel oder Benzin sollten jedoch berücksichtigt werden. Wie viel Strom geht innerhalb der Stromnetze oder beim Ladevorgang verloren? Wieviel Energie wird benötigt, um das Gas zu produzieren, das in einem Gaskraftwerk Strom produziert? Wieviel Strom benötigt das Kraftwerk selbst für den Betrieb? Wie viele Emissionen entstehen durch den Transport von Kraftstoff über den Ozean bis zur Tankstelle oder durch die Kraftstoffherstellung selbst? Der Bau einer Ölplattform erzeugt Emissionen, genauso fällt beim Bau eines Windparks CO2 an. Verbrennt man einen Liter Benzin, entstehen ca. 2200 g CO2. Durch die Herstellung selbst entstehen jedoch weitere 940 g. Die Berücksichtigung dieser sogenannten Voremissionen ist für einen fairen Vergleich der beiden Antriebsarten unabdingbar.
Ladungsverlust beträgt in 30 Tagen etwa 5 Prozent
Ein Lithium-Ionen-Akku eines Elektroautos verliert in 30 Tagen etwa 5 Prozent seiner Batterieladung. Ein durchschnittlicher Autofahrer fährt etwa 1200 Kilometer in diesem Zeitraum und lädt die Batterie somit drei- bis viermal auf. Der Ladungsverlust verschlechtert die CO2-Bilanz somit nur unwesentlich.
Werden die Stromnetze zusammenbrechen?
Heutige Stromnetze sind darauf ausgelegt, die Spitzenlast im Tagesverlauf bedienen zu können. Häufig wird kritisiert, dass eine flächendeckende Verbreitung von Elektroautos dazu führe, die Netze bei zeitgleichem Aufladen zu überlasten. Bei der Adaption der Elektromobilität durch die breite Bevölkerung befinden wir uns aktuell noch in einer Testphase. Man konnte jedoch bereits erkennen, dass der typische E-Auto Nutzer pro Tag nur etwa 10 Prozent seiner verfügbaren Batteriekapazität verbraucht und mehr als 95 Prozent seiner Tageszeit das Auto nicht benutzt. Wenn man unterstellt, dass ein Teil der E-Auto-Fahrer die Möglichkeit hat, ihr Fahrzeug zu Hause oder bei der Arbeit zu laden, dann könnte dieser Pool an Batterien als Energiepuffer genutzt werden, um Lastspitzen zu reduzieren und auf Zeiten geringer Last mit günstigerem Strom zu verlagern. Technisch ist das bereits heute möglich, denn Lithium-Ionen-Akkus können bipolar geladen werden. Das bedeutet, sie können sowohl Energie aufnehmen als auch abgeben, sobald sie am Ladestecker hängen. Durch Standards wie OCPP und ISO/IEC 15118 ist auch die Kommunikation mit den Stromnetzbetreibern schon heute möglich. Die ursprüngliche Kritik einer zu großen E-Auto Flotte wird damit zu einer der größten Chancen, das Lastprofil der Stromnetzte zu glätten.
Wasserverbrauch
Immer wieder kursiert das Gerücht, dass für die Gewinnung von Lithium enorme Mengen an Wasser verbraucht werden. Für eine gewöhnliche E-Auto Batterie mit 64 kWh Speicherkapazität, das entspricht etwa einer Reichweite 450 Kilometern, wird nach Untersuchungen (14) von Maximilian Fichtner, Direktor am Helmholtz-Institut für elektrochemische Energiespeicherung, etwa 3840 Liter frisches Wasser benötigt. Das klingt auf den ersten Eindruck viel, doch in Relation zu anderen Konsumgütern relativiert sich der Wert schnell. Dies sei genauso viel Wasser, wie für die Produktion von 250 Gramm Rindfleisch, zehn Avocados, 30 Tassen Kaffee oder einer halben Jeans benötigt wird.
Blick in die Zukunft
Die Internationale Energieagentur erwartet, dass der globale Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in diesem Jahr 30 Prozent erreichen wird und damit auf ein Rekordniveau steigt (15). Wind und Solar sind auf dem Weg, ihren größten Anstieg der Geschichte zu erreichen. Das liegt auch daran, dass diese Form der Energiegewinnung aufgrund des technischen Fortschritts immer günstiger wird. Zudem haben sich die drei großen Wirtschaftsräume, die EU, China und USA die CO2-Neutralität als Ziel gesetzt. Im Zukunftsszenario einer Stromerzeugung, die ausschließlich aus erneuerbaren Energien entsteht, reduziert sich somit der in diesem Vergleich dargestellte CO2-Ausstoß, der auf Fahrzeugherstellung, Kraftstoffproduktion und Stromproduktion entfällt. Die Emissionen der Kraftstoffverbrennung hingegen bleiben weitestehend konstant, da das Einsparpotenzial des Verbrennungsmotors in seiner sehr ausgereiften Form begrenzt ist. Wir erwarten folglich, dass sich der CO2-Vorteil von Elektroautos zukünftig noch größer wird. Doch die globale KFZ-Flotte ist träge wie ein großer Öltanker. Denn jeder Verbrenner, der heute produziert wird, ist noch mindestens ein Jahrzehnt im Umlauf, gefolgt von einem zweiten Leben in Afrika oder anderen Niedriglohnländern. Umweltpolitisch betrachtet, sollten wir bereits heute beginnen so viele Elektroautos wie möglich in den Umlauf zu bringen. Die Ziele der Autohersteller und Regierungen beziehen sich meist ausschließlich auf den Neuabsatz und lassen den für die Emissionen eigentlich entscheidenden realen Fahrzeugbestand außer Acht.
Autor: Jan-Christoph Herbst, Portfoliomanager des MainFirst Global Equities Fund, MainFirst Global Equities Unconstrained Fund & MainFirst Absolute Return Multi Asset
Literatur
1. ADAC. Elektroautos mit schwerem Klima-Rucksack unterwegs. https://presse.adac.de/meldungen/adac-ev/verkehr/elektroautos-mit-schwerem-klima-rucksack-unterwegs.html (2019).
2. Stahl. CO2-Bilanz insgesamt verschlechtert sich. https://www.manager-magazin.de/unternehmen/autoindustrie/elektroauto-co2-bilanz-insgesamt-verschlechtert-sich-a-1246276.html (2019).
3. Buchal, C., Karl, H.-D. & Sinn, H.-W. Kohlemotoren, Windmotoren und Dieselmotoren: Was zeigt die CO2-Bilanz? (2019).
4. WELT. E-Auto-Batterie. https://www.welt.de/motor/news/article165544500/E-Auto-Batterie.html (2017).
5. Romare, M. & Dahllöf, L. The Life Cycle Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions from Lithium-Ion Batteries. 58 (2017).
6. Regett, A., Mauch, W. & Wagner, U. Carbon footprint of electric vehicles - a plea for more objectivity. 8. (2019).
7. Elektroauto-Akkus: So entstand der Mythos von 17 Tonnen CO2. Edison - Heimat der Generation E https://edison.media/erklaeren/elektroauto-akkus-so-entstand-der-mythos-von-17-tonnen-co2/23828936.html (2019).
8. Emilsson, E. & Dahllöf, L. Lithium-Ion Vehicle Battery Production. 47 (2019).
9. Hoekstra, A., Steinbuch, M. The underestimated potential of battery electric vehicles to reduce emissions (2019). Technical University of Eindhoven.
10. Bloomberg, BNEF. Electric Vehicle Outlook 2020. (2020).
11. Musk, E. https://twitter.com/elonmusk/status/877029802758201344?s=20 tps://twitter.com/elonmusk/status/877029802758201344?s=20 https://twitter.com/elonmusk/status/877029802758201344?s=20 https://twitter.com/elonmusk/status/877029802758201344?s=20 https://twitter.com/elonmusk/status/877029802758201344?s=20https://twitter.com/elonmusk/status/877029802758201344?s=20 (2017).
12. Tesla Motors. https://www.tesla.com/ns_videos/2019-tesla-impact-report.pdf (2019).
13. Harlow, J. E. et al. A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium-Ion Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies. J. Electrochem. Soc. 166, A3031–A3044 (2019).
14. Tartler, J. Tesla-Akkus. https://www.tagesspiegel.de/wirtschaft/tesla-akkus-wenn-elf-avocados-umweltschaedlicher-als-eine-e-auto-batterie-sind/25291904.html (2019).
15. IEA. Global Energy Review 2021. https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2021 (2021).
