CO₂-Emissionen von E-Autos doppelt so hoch wie von Verbrennern
von Dipl.Ing. Gerhard Metzele
Durch Elektromobilität erzeugte Emissionen übersteigen die jeweiligen Grenzwerte für Verbrenner teils um ein Vielfaches !
Die Elektromobilität war das Argument im Kampf um sauberere Luft in Städten. Das Großstadt-Thema: Stickoxide oder kurz NOx , ist heute aus den Medien längst wieder verschwunden. Ein möglicher Grund für die angeblich sauberere Luft könnte das politisch forcierte Fortschreiten der E-Autos sein.
WAS sind die wahren Emissionen der E-Mobilität
So verursachen reine Batteriefahrzeuge auf der Straße zwar keine Verbrennungsabgase, emissionsfrei ist diese Technik jedoch bei Weitem nicht. Geladen mit dem „deutschen Strommix“ verlagern sich die Emissionen nur vom Auspuff zum Schornstein. Da Kraftwerke andere Energieträger nutzen und anderen Grenzwerten unterliegen als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, ist es dabei nicht auszuschließen, dass die „automobile Zukunft“ in einer umwelttechnischen Sackgasse steckt.
Eine genauere Betrachtung der Daten zeigt: In Bezug auf CO₂, NOx und Feinstaub liegen die mittel- und unmittelbaren Emissionen der Elektromobilität weit höher, als es die Grenz- beziehungsweise Zielwerte für Verbrenner zulassen. Oder um es anders auszudrücken: E-Autos sind dreckiger als Diesel und Benziner – und zwar um ein Vielfaches.
Es steht außer Frage, dass die Elektromobilität das Autofahren verändern kann. Bezogen auf die Emissionen kann das Fahrzeug jedoch nicht direkt mit herkömmlichen Verbrennern verglichen werden. Während letzterer die Energie aus dem getankten Kraftstoff bezieht, stammt diese beim E-Auto aus der Batterie.
Sowohl Kraftstoff als auch die Batterie enthalten chemische Energie, die im Fahrzeug letztlich in Bewegungsenergie umgewandelt wird – in einem Fall über die Verbrennung, im anderen Fall über die Elektrizität.
Hierin ist auch die Ursache für das Narrativ vom „emissionsfreien“ und energiesparenden Elektroauto begründet. Im Fahrzeug selbst entstehen tatsächlich im Vergleich zu Verbrennungsmotoren keine Abgase und weniger Verluste, dafür ABER im stromerzeugenden Kraftwerk umso mehr.
Bei der Betrachtung der Emissionen von E-Autos ist es daher zwingend erforderlich, das Gesamtsystem der Energiebereitstellung zu betrachten. Somit stellt sich die Frage:
WOHER kommt der Strom ?
Strom stammt selbstverständlich nicht aus der Steckdose, sondern aus einem Kraftwerk, sei es eine Solar- oder Windkraftanlage, ein Biomasse-, Wasser- oder Kernkraftwerk oder auch ein Gas- oder Kohlekraftwerke. Welche Kraftwerke zur Anwendung kommen, hängt vom jeweiligen Land ab.
Norwegen zum Beispiel hat praktisch die gesamte Stromversorgung auf Wasserkraft ausgerichtet. Nicht nur ist dieser Strom emissionsfrei, er ist aufgrund der günstigen geografischen Lage auch im Überfluss vorhanden, sodass Norwegen weite Bereiche der Energieversorgung – einschließlich Heizung und Verkehr – auf Elektrizität ausgerichtet hat. Ähnlich verhält es sich auf Island, dessen Stromversorgung überwiegend auf Erdwärme basiert.
In Deutschland hingegen gibt es nur wenige Wasser- und noch weniger Geothermiekraftwerke. Der Anteil der Erneuerbaren liegt bei der heutigen Stromerzeugung hierzulande im Jahresdurchschnitt bei etwa 50 Prozent, zumindest auf dem Papier. Die Stromversorgung verursacht damit unweigerlich Emissionen, und somit auch das Laden des E-Autos.
Das heißt, während E-Auto und Wärmepumpe in Norwegen im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren und klassischen Heizungen tatsächlich Emissionen einsparen, ist das in Deutschland keineswegs selbstverständlich. Die Frage lautet also nach wie vor: Woher kommt der Strom?
Um diese Frage zu beantworten, gibt es zwei Ansätze: Erstens könnte man den gesamten deutschen Strom „in einen großen Topf werfen“, aus dem jeder Verbraucher seine Portion erhält. Oder zweitens, jedem Verbraucher wird Strom individuell bereitgestellt und nach dem Verursacherprinzip die jeweiligen Emissionen zugerechnet.
Aus dem „großen Topf“ ergibt sich der sogenannte deutsche Strommix. Dieser ist jedoch ein rein fiktiver Durchschnittswert, der in der Realität überhaupt nicht existiert. Spätestens wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht, stammt der Strom in Deutschland überwiegend aus fossilen Kraftwerken, egal wie viel Sonne oder Wind vorher in den Topf gelangt sind.
Die Emissionen des nationalen Strommix haben jedoch auch am Tag und bei Wind nur wenig mit dem tatsächlich durch ein E-Auto verursachten CO₂-Ausstoß der Stromversorgung zu tun.
Strommix - statt exklusiver "grüner Strom" für E-Autos
Konkret belief sich die Bruttostrom-Erzeugung in Deutschland im Jahr 2022 auf 575,2 Terawattstunden (TWh) Strom. Darin ist der Bedarf der zu diesem Zeitpunkt rund 700.000 zugelassenen E-Autos enthalten. Von diesen 575,2 TWh entfielen 291,5 TWh auf „emissionsfreie Erzeugung“ . Verbleiben für die konventionellen Kraftwerke – d.h.für die „fossile Erzeugung“ – 283,7 TWh.
Die erwähnten E-Autos hatten insgesamt einen Nettostromverbrauch – ab Steckdose – von 2,26 TWh. Unter Berücksichtigungen des Eigenverbrauchs der Kraftwerke und den Transportverlusten im Stromnetz ergibt sich daraus eine notwendige Bruttostromerzeugung von 2,51 TWh.
Ohne E-Autos hätte man in jedem Fall weniger Strom benötigt. Es ist jedoch mehr als unwahrscheinlich, dass man deshalb die emissionsfreien Kraftwerke (Windkraft und Solaranlagen) heruntergefahren hätte. Man hätte stattdessen höchstwahrscheinlich die fossilen Kraftwerke von 283,7 TWh auf 281,2 TWh gedrosselt. Ergo sind die Emissionen, die bei der fossilen Erzeugung dieser etwa 2,5 TWh entstanden sind, direkt der Elektromobilität zuzurechnen.
Warum diese Zuweisung berechtigt ist, zeigt ein weiteres Beispiel: Wird ein E-Auto an eine Ladestation angeschlossen, scheint deswegen weder die Sonne heller, noch weht der Wind stärker. In jenem Moment wird folglich ein regelbares – und in Deutschland meist fossiles – Kraftwerk den zusätzlichen Strom liefern.
Die Betrachtungsweise nach dem Verursacherprinzip
Die Betrachtungsweise nach dem Verursacherprinzip ist im Übrigen auch vom deutschen Umweltbundesamt vorgesehen. In deren Publikation „Strombilanzierung im Verkehrssektor“ heißt es: „Für eine politische Bewertung verschiedener Technologie-Entwicklungspfade im Rahmen von Transformationsszenarien sollte eine Marginalbetrachtung erfolgen, um die spezifischen Effekte der verschiedenen Technologien beurteilen zu können.“ Der erwähnte Marginalansatz bedeutet, dass für jede zusätzliche Strombereitstellung das dafür benötigte Kraftwerk betrachtet werden soll.
E-Autos deutlich dreckiger als Verbrenner
Das bedeutet jedoch auch, dass E-Autos im Jahr 2022 für jene Emissionen verantwortlich waren, die bei der Erzeugung dieser 2,5 TWh Strom entstanden sind. Je nachdem, welche Kraftwerke in Betrieb sind, variieren die Emission. Aus dem gewichteten Durchschnitt – welches Kraftwerk hat wie viel erzeugt – ergibt sich ein CO₂-Emissionsfaktor in Höhe von 0,81 kg CO₂/kWh. Das korreliert sehr gut mit Daten aus der Vergangenheit.
Dieser Wert ist somit auch auf die 2,5 TWh Ladestrom anzuwenden. Insgesamt hat die deutsche Stromversorgung im Jahr 2022 demnach rund 230 Millionen Tonnen CO₂ verursacht. Etwas über zwei Millionen Tonnen sind dabei den E-Autos anzulasten.
Unter der Annahme, dass E-Autos wie normale Verbrenner genutzt werden und damit 2022 eine Strecke von durchschnittlich 12.700 Kilometer zurücklegten, errechnen sich wiederum CO₂-Emissionen von rund 230 g CO₂ pro Kilometer. (Berechnungsformel: siehe Quelle)
Zwar umfassen die Abgasnormen Euro 6 und 7 keine CO₂-Grenzwerte, der europäische Zielwert für die Flottenemissionen der Hersteller liegt jedoch bei 95 g CO₂/km. Bisherige Verbrenner liegen je nach Fahrzeugalter deutlich darüber; mit einem Durchschnitt von rund 165 g CO₂/km jedoch noch weit unter den Emissionen der vermeintlich sauberen deutschen Elektromobilität.
Würde man die Emissionen der deutschen Stromversorgung gleichmäßig auf alle Kraftwerke einschließlich Wasser, Wind, Solar und Kernkraft verteilen, beliefen sich die Emissionen auf knapp 0,4 kg CO₂/kWh. Die daraus resultieren E-Auto-Emissionen betragen rund 115 g CO₂/km.
Diese Methode unterschlägt damit etwas über 50 Prozent der tatsächlich von Elektroautos verursachten CO₂-Emissionen. Hätte man auf die 700.000 E-Autos verzichtet und diese durch Autos mit Verbrennungsmotor ersetzt, so hätte man dadurch über 500.000 Tonnen CO₂ einsparen können. Wären sie alle EU-konforme Neuwagen, beliefen sich die Einsparungen sogar auf knapp 1,2 Millionen Tonnen CO₂. (Berechnungsformel: siehe Quelle)
Strengere Emissionswerte erhöhen zwangsläufig den Verbrauch
Da E-Autos zudem meist deutlich schwerer sind als vergleichbare Verbrenner, kann auch nicht gesagt werden, dass sie weniger Feinstaub erzeugen. Auch bei Stickoxiden, kurz NOx, ergibt sich ein zwiespältiges Bild. So wurde mit allen Mitteln – auch unlauteren – versucht, die NOx-Emissionen zu senken. Noch vor wenigen Jahren waren das die Argumente der Umweltschützer, die sogar zu zeitweisen oder streckenweisen Fahrverboten für weniger saubere Autos führten.
Zwar reduziert die Energierückgewinnung beim Bremsen den Verschleiß der Bremsbeläge, das höhere Gewicht wiederum steigert den Abrieb von Bremsen und Straßenbelag, sodass sich diese Vor- und Nachteil möglicherweise aufheben. Der Großteil der Feinstaubpartikel stammt jedoch vom Abrieb der Reifen, und der steigt mit dem Gewicht des Fahrzeugs.
Das Herabsetzten der NOx-Grenzwerte hat seinerseits dazu geführt, dass der Verbrauch der Verbrennungsmotoren gestiegen ist, dass zusätzliche Stoffe wie AdBlue benötigt werden, dass Abgasreinigungsanlagen preislich nicht mehr mit Kleinwagen kompatibel sind und dass diese sukzessive zugunsten größerer und teurerer Modelle vom Markt verschwinden.
Zum Schutz der Umwelt: Fahrverbote für E-Autos?
Die Grenzwerte haben jedoch auch dazu geführt, dass moderne Dieselfahrzeuge NOx-Werte zwischen zehn und 20 mg/km erreichen. Das ist weit unter den aktuellen und künftigen Grenzwerten der Abgasnormen Euro 6 und Euro 7. Diese erlauben für Benziner maximal 60 und für Diesel nicht über 80 mg NOx/km.
Das ist jedoch bei Weitem weniger, als E-Autos verursachen. Hierbei gilt wieder, dass nicht das Fahren die Emissionen erzeugt, sondern das Laden und die Strombereitstellung im Kraftwerk.Analog zum CO₂ berechnet, ergeben sich für E-Autos Werte von rund 200 mg NOx/km. Bezieht man die Batterieherstellung ebenfalls in die Rechnung mit ein, dann sind es eher 220 mg NOx/km.
Mit anderen Worten, wenn ein Land seinen Strombedarf nicht tatsächlich zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien und/oder Kernkraft decken kann, dann sollte es die Finger von der Elektromobilität lassen – zumindest wenn ihm Klima und Umwelt wirklich am Herzen liegen.
Über den Autor :
Gerhard Metzele ist Maschinenbauingenieur und hat Erfahrung in der Leitung eines Werkes für Batterien und Notstromversorgungsanlagen sowie im automotiven Bereich. Sein Buch „Elektromobilität confidential – Die Kehrseite der Medaille“ ist als Taschenbuch und e-Book erhältlich.
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