Umweltbilanz von Elektroautos

Die Umweltbilanz von Elektroautos ist die systematische Bewertung der Umweltauswirkungen von Elektroautos. Wichtige Faktoren sind der Beitrag zum Treibhauseffekt (CO2-Bilanz), der Energiebedarf, die Rohstoffbilanz und weitere Umweltauswirkungen etwa hinsichtlich Feinstaub-, Stickoxid- und Lärmbelastung. Dabei unterscheidet man zwischen der direkten Belastung bei der Fahrzeugnutzung und der indirekten Belastung, die den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs hinsichtlich der Umweltauswirkungen einschließt. Neben den absoluten Zahlen spielt vor allem der relative Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eine wichtige Rolle. Daten hierzu können zum Beispiel über umfassende Lebenszyklusanalysen gewonnen werden, die von der Produktion des Fahrzeuges über den Betrieb bis zum Recycling die Umweltauswirkungen systematisch erfassen.

Während Elektroautos verglichen mit gleichwertigen Verbrennern schwerer sind und bei der Herstellung mehr Ressourcen benötigen, sind sie im Betrieb deutlich energieeffizienter und haben daher insgesamt einen geringeren Treibhauseffekt. Der Weltklimarat IPCC hielt fest, dass Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, die mit Strom aus emissionsarmen Quellen angetrieben werden, über ihren gesamten Lebenszyklus das größte Klimaschutzpotential aller landgebundenen Transporttechnologien besitzen.Jim Skea et al.: Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Summary for Policymakers. Sechster Sachstandsbericht des IPCC, 2022. Abgerufen am 30. Juli 2024.

Klimabilanz CO2-Emissionen entstehen beim Elektroauto nicht im Auto selbst, sondern bei der Stromerzeugung sowie bei der Herstellung des Fahrzeugs und insbesondere des Akkus. Die Umweltbilanz von Automobilen wird oft nur auf den direkten Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch (Tank-to-Wheel = vom Tank zum Rad) und Emissionen von Schadstoffen oder klimaschädigenden Gasen bezogen. Weiter greift eine Well-to-Wheel-Analyse (von der Quelle zum Rad), die auch Wirkungsgrade und Emissionen für die Bereitstellung der Energie enthält. Umfassendere Vergleiche setzen auf eine Lebenszyklusanalyse (life cycle assessment, „LCA“). Teil dieser Bilanz sind u. a. auch der Herstellungs- und Entsorgungsaufwand für das Fahrzeug, die Bereitstellung der Antriebsenergie und Lärmemissionen.

Studienlage zur Klimawirkung im Fahrzeugbetrieb Nach einer Studie des BDEW fuhren Elektroautos mit deutschem Strommix im Jahr 2018 mit 60 Prozent weniger CO2-Ausstoß als vergleichbare Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.

Laut einer Studie des Alternative Fuels Data Center des Energieministeriums der USA belief sich 2015 der jährliche CO2-Ausstoß eines durchschnittlichen Elektrofahrzeuges in den USA auf rund 2,2 Tonnen (Gesamtenergiebetrachtung, Well-to-Wheel, bei 19.000 km Fahrleistung). Der Ausstoß variierte je nach Emissionsintensität der Stromerzeugung zwischen kaum 0,5 kg in Vermont bis zu 4,3 Tonnen in West Virginia bei Stromerzeugung aus Kohle. Dagegen stieß ein durchschnittliches Verbrennungsfahrzeug bei gleicher Fahrleistung 5,2 Tonnen CO2 aus.

Elektrofahrzeuge verlagern je nach Primärenergieeinsatz Emissionen für ihren Betrieb vom Fahrzeug weg zu den Orten, an denen der Strom für ihren Betrieb produziert wird. Diese lassen sich reduzieren, wenn emissionsfreie Primärenergien beispielsweise aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden. Bei Verbrennungsmotoren fallen nach einer Shell-Studie 15–20 % der CO2-Emission im Bereich Herstellung und Bereitstellung von Kraftstoffen an. S. 68

Eine Untersuchung von 2014 kommt zu dem Schluss, dass sich die Herkunft des Stroms, mit dem die Batterien geladen werden, zu mehr als zwei Dritteln in der Ökorechnung niederschlägt.

Bewertung nach Grenzstrom/Marginalstrom oder Durchschnittsstrom Die überwiegende Zahl der Publikationen setzt für die Emissionen der Stromerzeugung den „Durchschnittsstrom“ an, der das Verhältnis wiedergibt, in welchem Maße die verschiedenen Energieträger in der betrachteten Region und dem betrachteten Zeitraum zur Stromerzeugung beitragen. Diese Werte sind in der Regel leicht verfügbar und einfach zu berechnen und gelten als Standard in der Ökobilanzierung.

Ein Teil der Wissenschaft hält diese Berechnung für falsch. Es wird gefordert, den Strom für Elektroautos mit einem „Grenzstrommix“ zu bewerten, der jeweils die Energiequellen repräsentiert, die notwendig sind, um den für ein betrachtetes E-Auto benötigten Strom zusätzlich zum für andere Anwendungen benötigten Strom zu erzeugen. Diese Energiequellen sind jedoch nicht exakt bestimmbar und es gibt unterschiedliche Annahmen, aus welchem Strommix dieser Grenzstrom besteht. In einem Extremfall wurde angenommen, dass der Grenzstrommix bis zum vollständigen Abschluss der Energiewende praktisch nur aus dem jeweils umweltfeindlichsten Strom einer Region bestehe, da der durch Elektroautos erhöhte Strombedarf die Verdrängung dieser Energiequellen durch umweltfreundlichere Energiequellen verhindere oder verzögere. Zum Teil wird daraus sogar der Schluss gezogen, dass heute hergestellte Elektroautos während ihrer Lebensdauer niemals den Break-even-Point erreichen und daher dauerhaft umweltschädlicher als Verbrennerfahrzeuge seien.

Andere Wissenschaftler widersprechen dieser Argumentation:

Der EU-Emissionshandel lasse keine Ausweitung der Verstromung von fossilen Energieträgern zu, ohne dass die Industrie zusätzliche Einsparungen im gleichen Umfang erziele. Der Kohleausstieg sei in Deutschland politisch beschlossen und würde durch mehr Elektroautos nicht verzögert, sondern diese erhöhten nur den Druck und die finanziellen Anreize zum beschleunigten Ausbau erneuerbarer Energien. Man könne aus demselben Grund auch nicht mit Dekarbonisierung von Verkehr und Wärmeerzeugung bis zum Abschluss der Energiewende warten; ohne einen Hochlauf der Stromnachfrage entstehe ein Henne-Ei-Problem. Die Dekarbonisierung muss daher zeitgleich mit der Umstellung der Energiequellen vorangetrieben werden. Die Annahme, dass zusätzlicher Strombedarf nur mit der jeweils umweltfeindlichsten Technologie (zzt. Braunkohle) gedeckt würde, entspreche nicht der Realität. Wann welche klimaschädlichen Energiequellen reduziert werden, messe sich auch an Kriterien wie Wirtschaftlichkeit, politischer Willensbildung und Versorgungssicherheit. Zudem können Elektroautos durch ihre Stromspeicher und die gesteuerte, insbesondere auch bidirektionale, Beladung dazu dienen, die stark schwankend produzierten Energiequellen Photovoltaik und Windkraft besser auszunutzen. Dies sei mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien unverzichtbar, um fossile Energieträger zu verdrängen. Bereits heute gibt es regelmäßig Zeiten, in dem mehr Strom aus erneuerbaren Energien (EE) zur Verfügung steht, als benötigt wird, so dass EE-Anlagen abgeschaltet werden müssen und fossile Kraftwerke nur noch ihre technische Minimalleistung bereitstellen. Diese Zeiten werden mit weiterem EE-Ausbau erheblich zunehmen und erlauben dann eine auch nach Grenzstromansätzen klimaneutrale Beladung von Autos. Durch die bereits begonnene Einführung dynamischer Stromtarife werden finanzielle Anreize geschaffen, das Auto bevorzugt dann zu laden, wenn dies nicht oder nur sehr wenig zu zusätzlichen Emissionen von fossilen Kraftwerken führt. Ein überproportional hoher Anteil der Elektrofahrzeuge würde zudem mit einer eigenen Photovoltaikanlage beladen und die Elektromobilität schaffe bei Verbrauchern zusätzliche Anreize zur Errichtung einer solchen Anlage. Des Weiteren müsste man bei einer Grenzbetrachtung für die Stromerzeugung dann auch auf Verbrennerseite die Ölproduktion für fossile Kraftstoffe mit den jeweils klimafeindlichsten Verfahren bewerten. So führe Öl aus Fracking beispielsweise zu erheblich höheren Treibhausgasemissionen je Liter als im Durchschnitt. Dies gelte auch für die teils als klimafreundliche Alternative vorgeschlagene Erzeugung von Wasserstoff und E-Fuels. Die Grenzstromemissionen ließen sich auch nicht klar einem Verursacher zuordnen. Es sei willkürlich, diese nur der Elektromobilität zuzuordnen und nicht zum Beispiel der Erdölindustrie. Man könne im Prinzip für jeden Stromverbraucher mit nicht-elektrischen Alternativen (zum Beispiel Gasherde statt E-Herde, fossile Heizungen statt Wärmepumpen) so argumentieren und ihm den Grenzstrom zuordnen. Dies erzwinge, eine Rangfolge der Stromnutzungen zu erstellen und diese wissenschaftlich zu begründen; keine wissenschaftliche Publikation habe dies je gewagt.

Studienlage zu Klimawirkung der Batterieproduktion Bei der Herstellung der Akkumulatoren entsteht Kohlenstoffdioxid. Studien in der peer-reviewten Literatur kommen dabei auf Werte von etwa 70 kg bis 75 kg CO2 pro kWh Akkukapazität. Eine Studie für das schwedische UmweltministeriumThe Life Cycle Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions from Lithium-Ion Batteries. Bei: IVL Svenska Miljöinstitutet. Mai 2017. aus dem Jahr 2017 nannte hingegen Werte von 150 bis 200 Kilogramm Kohlendioxid pro kWh Akkukapazität. Electrify-BW kritisiert die Darstellung der schwedischen Studie aufgrund fehlender Grundannahmen.Electrify-BW – der Podcast #14: Der CO2-Rucksack eines Elektroautos. Bei: electrify-bw.de. Abgerufen am 14. September 2017. Die Studie und ihre Ergebnisse wurden vielfach aufgegriffen, obwohl ihre Datenbasis bereits bei Publikation veraltet war.Nachgerechnet: Wann Elektroautos sauberer sind als Verbrenner. In: Wirtschaftswoche, 12. November 2019. Abgerufen am 2. Dezember 2019. Unter anderem schrieben manche Medien E-Autos pauschal einen sehr großen CO2-Rucksack zu,Ökobilanz von alternativen Antrieben ist überraschend eindeutig. In: Tagesspiegel, 8. April 2019. Abgerufen am 1. November 2019.Elektroauto-Akkus: So entstand der Mythos von 17 Tonnen CO2. In: Edison, 11. Januar 2019. Abgerufen am 1. November 2019. worauf die Autoren in einer extra dafür herausgegebenen Pressemitteilung erklärten, dass die Medien die Studie vielfach falsch zitieren. Die Studie mache nur eine Angabe von 150 bis 200 kg CO2 pro kWh Akkukapazität, was ein aktueller Durchschnittswert sei. Dieser lasse sich leicht reduzieren, z. B. durch vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien bei der Akkuproduktion. Vergleiche mit Autos mit Verbrennungsmotor enthalte die Studie nicht.IVL comments to reactions in media on battery study. Bei: ivl.se. Abgerufen am 14. September 2017. 2019 erschien ein Update der sog. „Schweden-Studie“, bei dem die Autoren ihre 2017 genannten Werte auf Basis aktuellerer Literatur auf etwa die Hälfte der ursprünglichen Werte nach unten korrigierten. Demnach beträgt der CO2-Ausstoß bei der Herstellung des am häufigsten verwendeten NMC-Typs etwa 61 bis 106 kg CO2-Äquivalente.Erik Emilsson, Lisbeth Dahllöf: Lithium-Ion Vehicle Battery Production. IVL. Abgerufen am 2. Dezember 2019. Insgesamt entfallen nach einer Studie von 2010 bei Elektroautos etwa 15 % des gesamten Umwelteinflusses auf die Herstellung der Akkumulatoren.

Studienlage zur Klimawirkung über den Lebenszyklus