Die CO2-Bilanz der Elektroautos

Der Siegeszug der Elektromobilität ist nicht mehr aufzuhalten. In den vergangenen Wochen und Monaten konkretisierten mehrere große Autohersteller ihren Kurswechsel. Allen voran der mächtige VW-Konzern, der bis 2030 die Hälfte seines gesamten Modellangebots auf E-Autos umgestellt haben will und bis 2050 eine konzernweit komplett ausgeglichene CO2-Bilanz anstrebt. Rivale Renault ist noch ambitionierter: Die Franzosen wollen bis Ende des Jahrzehnts bereits neun von zehn Neuwagen mit reinem Elektroantrieb anbieten. Angefacht wird der Transformations-Ehrgeiz von der Politik: Die EU-Kommission hat soeben das lange erwartete Klimapaket „Fit for 55“ vorgestellt. Ihre Vorschläge sollen ein Fahrplan sein zum Ziel, bis 2030 mindestens 55 Prozent der Treibhausgase im Vergleich zu 1990 einzusparen. Ein Teil davon fokussiert sich auf die Autobranche: Neuwagen sollen ab 2035 keine CO2-Emissionen mehr ausstoßen dürfen. Aber wie umweltfreundlich sind E-Autos und damit die gesamte E-Mobilität wirklich?

CO2-Bilanz: Es geht um mehr als nur den Betrieb

Sind Elektrofahrzeuge tatsächlich umweltfreundlicher als moderne Verbrenner, seien es nun Benziner oder Diesel? Darüber streiten durchaus auch Experten. Schließlich müssen nicht nur die (nicht vorhandenen) Emissionen beim Antrieb betrachtet werden, sondern auch die produzierten Schadstoffe für die gesamte Lebensdauer des Autos. „Elektroautos fahren lokal emissionsfrei. Was nicht heißt, dass sie auch CO2-frei fahren, weil eben die Erzeugung des Stroms mitgerechnet werden muss“, erklärt Prof. Martin Doppelbauer vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), wo er eine Professur für Hybride Elektrische Fahrzeuge hält, in einem Gastbeitrag in der Zeitschrift „Auto Motor Sport“. 

Die Frage der Umweltfreundlichkeit, der tatsächlichen CO2-Bilanz der Elektrofahrzeuge, kann nur mithilfe einer umfassenden Umweltbilanz beantwortet werden. Dabei wird der gesamte Lebensweg von Fahrzeugen berücksichtigt: von der Herstellung aller Bauteile inkl. Akku, über den Betrieb des Fahrzeugs und die dafür benötigte Energie sowie den Wartungsaufwand bis hin zur Entsorgung des Autos. Eine solche ganzheitliche Bilanz hat das deutsche Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) erstellt. Ergebnis ist die Studie „Wie umweltfreundlich sind Elektroautos?“. 

Warum so viele Studien in die Irre führen

Darin wird auch erklärt, wieso es so viele unterschiedliche, teils irreführende oder sich widersprechende Meldungen zur Umweltfreundlichkeit von E-Autos gibt: Zu den häufigsten Ursachen dafür zählen laut BMU der Vergleich unterschiedlicher Fahrzeugeigenschaften (beispielsweise Klassen, Motorisierungen und Batteriegrößen), die Betrachtung unterschiedlicher Bilanzabschnitte (beispielsweise nur die Fahrzeugherstellung) sowie verschiedene Annahmen zum Strommix in der E-Auto-Herstellung und -Nutzung. Zudem würden teilweise auch veraltete Daten genutzt, insbesondere bei Batterien. Apropos Akku: Auch die Annahmen zur Lebensdauer eines Akkus für E-Autos sind in diversen Studien oft höchst unterschiedlich. Kurzum, es werden schlichtweg häufig Äpfel mit Birnen verglichen und zudem mitunter falsche bzw. zumindest veraltete Daten verwendet.

CO2 Elektroauto: Der Strommix ist entscheidend

Darüber, ob nun ein Elektrofahrzeug in der Klimabilanz besser abschneidet als ein Verbrenner, entscheidet vor allem der Strommix. Denn während so ein Fahrzeug zwar abgasfrei fährt, stoßen Kraftwerke bei der Bereitstellung des Ladestroms durchaus Treibhausgase aus, jedenfalls sofern dabei fossile Energieträger zum Einsatz kommen. 

In Länder wie Deutschland, oder auch Österreich werden freilich immer mehr erneuerbare Energien zur Stromerzeugung genutzt. 2019 betrug ihr Anteil in Deutschland beispielsweise bereits rund 41 Prozent, in Österreich waren es im selben Jahr laut der Energiebilanz der Statistik Austria sogar 75,1 Prozent. Den steht ein EU-Schnitt von 34,1 Prozent gegenüber. Die Tendenz ist jedenfalls weiter steigend, in Deutschland dürfte in Kürze erstmals mehr als die Hälfte des Stroms aus erneuerbaren Quellen stammen. Elektroautos fahren aber schon mit dem aktuellen deutschen Strommix deutlich klimafreundlicher als Verbrennerfahrzeuge.  

Das bestätigt Prof. Doppelbauer vom KIT: In der EU emittierte, wie er erklärt, ein Neuwagen (alle Antriebsarten) 2020 im Schnitt rund 140 Gramm CO2 pro Kilometer. Die steigende Zahl von PHEVs und Elektrofahrzeugen hätte diesen Wert gegenüber 2019 schon erheblich gesenkt. Elektroautos verbrauchen beim Fahren logischer Weise Strom. Ein typischer Wert inklusive Ladeverlusten wären laut dem Experten 22 kWh/100 km. Wie viel CO2 bei der Erzeugung einer kWh bisher emittiert werden, weiß das Umweltbundesamt (UBA). Dieses gibt für 2020 auf seiner Website einen Wert von 366g CO2/kWh an. 

Doppelbauer rechnet nun vor: „Zu den CO2-Emissionen, die beim Fahren eines E-Autos entstehen, ist es dann ein kurzer Weg über einen Dreisatz: 22kWh/100 km x 366 g (CO2)/kWh = 8.052 g (CO2)/100km. Das entspricht also 80,5 g/km. Ersparnis gegenüber dem Durchschnittsneuwagen (und in diesem Mix ist wie gesagt schon eine beträchtliche Zahl an E-Autos und Plug-in-Hybriden enthalten): gut 42 Prozent.“ 

Batterie belastet die Ökobilanz

Aber was ist mit der energieintensiven Herstellung der Batterien und wie wirkt sich diese auf die Gesamtbilanz aus? Dies ist, so viel vorweg, der wahre Stimmungskiller in Sachen E-Mobilität! Denn wegen der aufwendigen und energieintensiven Produktion der Batterien machen die gesamte Produktion, Wartung und Entsorgung der Fahrzeuge in der Klimabilanz mehr aus als der gesamte Fahrbetrieb. Und auch wesentlich mehr als bei vergleichbaren Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren (siehe Grafik).

Dennoch fällt die Bilanz gemäß der BMU-Studie für E-Autos insgesamt immer noch positiv aus, weil der Betrieb eben so viel umweltfreundlicher ist. „Die Treibhausgasemissionen eines heutigen Elektrofahrzeugs der Kompaktklasse liegen über den gesamten Lebensweg niedriger als bei vergleichbaren Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Es erzeugt gegenüber einem Benziner etwa 30 Prozent weniger Klimagase. Gegenüber einem vergleichbaren Diesel sind es etwa 23 Prozent weniger“, heißt es in der Studie des BMU, das diese Werte auf Basis von Daten des ifeu (Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg) berechnet hat.

Weitaus kritischer fällt das Urteil von Jürgen Stockmar aus. Der erfahrene Experte für Kraftfahrzeugentwicklung war in seiner Karriere unter anderem im Management bei Magna, Steyr Daimler Puch, Opel und Audi tätig. Heute berät er Firmen im automotiven Bereich und unterrichtete an der TU Wien. Stockmar zieht freilich einen Audi e-tron und somit ein Oberklasse-SUV in seinen Berechnungen heran. Bei der Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie würden, so Stockmar, laut Johanneum Research 165 kg CO2 pro kWh Batteriekapazität entstehen. Für die Produktion einer 95 kWh-Batterie im Audi e-tron fielen demnach 15.675 kg CO2 an. Ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor mit dem gesetzlich erlaubten CO2-Ausstoß von 95 g pro Kilometer würde damit 165.000 Kilometer laufen. Und selbst dann würde sich der Stromer noch nicht rechnen, da er ja im Betrieb auch noch Strom verbraucht.  

Aufgeteilt auf eine angenommene Kilometerleistung von 150.000 kommt man beim e-tron in Stockmars Rechenbeispiel allein durch die Batterieproduktion auf 104,5 g CO2 pro Kilometer. Bei einem Fahrzeugverbrauch von 15 kWh pro 100 Kilometer kommen mit dem aktuellen deutschen Strommix laut Stockmar weitere 50g CO2 pro Kilometer dazu. In Summer errechnet sich so eine Gesamtemission (für Batterieproduktion und laufenden Betrieb) von rund 150 g CO2/km. „Dieser CO2-Ausstoß liegt deutlich über der gesetzlichen Emissionsgrenze von 95 g CO2/km“, sagte Stockmar auf einer vom MPKA (Motor Presse Klub Austria) organisierten Online-Veranstaltung zu Beginn des Jahres 2022. Nachsatz: „Dieses Fahrzeug erfüllt nicht die heutigen Zulassungsbestimmungen!“ Es sei unverständlich, wieso die bei der Herstellung der Batterie verursachten Emissionen von Gesetzgeber in der EU einfach ignoriert werden. Von der für das Recycling der Batterien benötigten Energie, die auch er in seinen Berechnungen außen vor gelassen hat, ganz zu schweigen. Tatsächlich müsste die über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeges anfallende Ökobilanz herangezogen werden. 

Erneuerbare Energien auf dem Vormarsch

Eines spielt der E-Mobilität freilich in die Hände: Der Anteil erneuerbarer Energien am deutschen Strommix wird wie erwähnt weiter steigen - bis 2030 gemäß dem Ziel der Bundesregierung auf mindestens 65 Prozent. Zudem seien Verbesserungen bei der Batterieherstellung zu erwarten, sowohl bei der Materialeffizienz als auch beim Energieeinsatz. „Wird erneuerbarer Strom zur Herstellung verwendet, verkleinert sich allein dadurch der Kohlenstoffdioxid-Rucksack der Batterie um rund die Hälfte“, heißt es in dem Papier des BMU. Zwar wurde in den zugrunde liegenden Berechnungen berücksichtigt, dass auch bei Benzin und Diesel die Motoren sparsamer werden, eine vergleichbare Entwicklung wie bei den E-Autos sei dagegen jedoch eher unwahrscheinlich.

Der Studie lagen neben einem steigenden Anteil von erneuerbaren Energien folgende Annahmen zugrunde: Für die Fahrzeugherstellung wird die Produktion in Europa angenommen, während die Batterieherstellung für die heutige Situation entsprechend dem aktuellen Mix der Herstellungsländer berücksichtigt wird. Für den Ausblick auf 2030 wurde dann von einer europäischen Batterieproduktion ausgegangen. Dies scheint vernünftig, da derzeit gerade massiv in den Ausbau der Produktion von Batterien in Europa investiert wird. Allein VW hat hier ehrgeizige Pläne.

Auch die Beimischung von Biokraftstoffen zu Diesel und Benzin gemäß den nationalen Zielen und der europäischen Vorschriften floss in die Berechnungen ein. Für den Strom- und Kraftstoffverbrauch werden insgesamt realitätsnahe Daten von typischen Beispielfahrzeugen aus dem ADAC EcoTest verwendet, die deutlich über den offiziellen Herstellerangaben liegen. Flottendurchschnittswerte wurden nicht berücksichtigt. Und um einen, wie es heißt „fairen Vergleich zwischen verschiedenen Nutzungsarten zu ermöglichen“, wurden die Gesamtemissionen auf eine durchschnittliche Lebensfahrleistung von 150.000 Kilometern umgelegt.

Elektroauto: 40 Prozent weniger CO2-Verbrauch 

Unter all diesen Annahmen steigt der Vorteil des Elektroautos im Jahr 2030 gegenüber einem Benziner in der Modellrechnung des BMU sogar auf 42 Prozent und gegenüber einem Diesel auf 37 Prozent. Und das trotz der energieintensiven Herstellung. 

Apropos energieintensiv: Viel diskutierte Alternativen, allen voran die von der Industrie forcierten E-Fuels, haben einen Nachteil: „Die Erzeugung dieser Kraftstoffe braucht mehr Energie als anschließend als Kraftstoff zur Verfügung steht“, so das Fazit der BMU-Experten dazu. Gleichzeitig sei die Nutzung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor im Vergleich zum E-Motor weitaus weniger effizient. KIT-Professor Doppelbauer stimmt inhaltlich zu: „Rechnet man ehrlich mit den aktuellen 7,3 Liter Kraftstoffverbrauch auf 100 km, dann benötigen synthetische Kraftstoffe über 10-mal mehr elektrische Energie als Elektroautos.“  

Rohstoffaufwand ist bei E-Autos größer

Einen Verdacht, der schon beim vergleichsweise hohen Emissionsaufkommen in der Fahrzeugproduktion aufkommt, bestätigt eine weitere Analyse des BMU: Beim kumulierten Rohstoffaufwand schneiden Elektrofahrzeuge heute noch schlechter ab als verbrennungsmotorische Fahrzeuge. „Für die Herstellung der Fahrzeugkomponenten werden schlicht mehr Rohstoffe benötigt. So kommen insbesondere für die Batterieproduktion eine Reihe von herstellungsintensiven Materialien zum Einsatz.“ Das wiederum belastet auch die Ökobilanz. 

Auch hier ist die Batterieproduktion der größte Spielverderber: Die Lithium-Ionen-Technologie benötigt beispielsweise relevante Mengen an Kobalt, welches obendrein sowohl für seine sozial und ethisch problematischen Förderbedingungen als auch für seine hohen Umweltlasten in der Kritik steht. Hier sei ein verstärkter Fokus auf die Lieferketten und Sorgfaltspflichten der Unternehmen ein vielversprechender Ansatz zur Bekämpfung von Missständen, so das BMU, das auch die Entwicklung von Recyclingverfahren für neue Komponenten fördert. Und das folgender Hoffnung Ausdruck verleiht: „Die Weiterentwicklung von Produktion, Materialeffizienz und Speichertechnologie werde die Bilanz aller Voraussicht nach deutlich verbessern.“ 

Dennoch kann man die beiden Hauptaussagen der deutschen Studie wie folgt zusammenfassen: Hinsichtlich des gesamten Rohstoffaufwandes haben Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor derzeit noch einen Vorteil. Aber bezogen auf den Gesamtenergiebedarf und somit den CO2-Ausstoß über den gesamten Lebensweg hinweg  – und darum geht es in dem vorliegenden Beitrag – liegen Elektrofahrzeuge aufgrund der hohen Effizienz bereits deutlich vorne. 

Auch viele andere Studien stellen den Elektroautos im Vergleich zu Verbrennerfahrzeugen inzwischen ein besseres Zeugnis aus, was vor allem am hohen Wirkungsgrad des Motors liegt. Eine Bilanz des ADAC ergibt, dass der CO2-Nachteil von Batterieautos ab Fahrleistungen von 50.000 bis 100.000 Kilometern ausgeglichen werde. 

Gibt es überhaupt genug (Öko-)Strom? 

Aber gibt es überhaupt genug Strom und vor allem genug Ökostrom, wenn die ehrgeizigen Elektrifizierungspläne der EU sowie der großen europäischen Autohersteller umgesetzt werden? „Würden fast alle Autos in Deutschland elektrisch fahren, so hätten wir zwischen 20 bis 25 Prozent höheren Strombedarf“, meint Doppelbauer. Von einem weitgehenden Verkaufsende der Verbrenner-Pkw sei man freilich noch mindestens 10 Jahre entfernt. Und dann folgen typischer Weise weitere 15 Jahre, bis sich der Pkw-Flottenbestand einmal weitgehend umgewälzt hat. „Die zusätzliche Stromproduktion haben wir also, optimistisch gerechnet, in frühestens 25 Jahren vollständig aufzubringen. Anders formuliert: Wir müssen lediglich knapp 1 Prozent zusätzliche Stromproduktion pro Jahr aufbauen, um den Mehrbedarf durch Elektroautos aufzufangen.“  

Die wirklichen Herausforderungen der Elektromobilität liegen dem Experten zufolge anderswo: Darin für viele Millionen Menschen, die kein Eigenheim und keinen eigenen Parkplatz haben, komfortable Lademöglichkeiten zu schaffen. Und auch darin, wettbewerbsfähige Autos zu schaffen, die nicht nur umgebaute Verbrenner sind. Und die Entwicklung und Produktion der neuen Technologien schließlich hochzufahren, zu optimieren und die Kosten zu reduzieren.

Der deutsche "Autopapst", Prof. Ferdinand Dudenhöffer, wiederum betonte, als er im Frühsommer 2022 auf Stippvisite in Österreich war, dass man in Sachen CO2-Bilanz der E-Autos in alle Richtungen argumentieren könne: „Man kann sich die Ergebnisse durch verschiedene Annahmen, etwa zum künftigen Strommix, zurechtlegen, so wie man es gerade möchte.“ schickt einen Appell nach: „Wir sollten die E-Mobilität nicht kaputt reden mit Annahmen, die grauslich sind!“ 

Dudenhöffer selbst erweist sich geradezu als Fan der Elektromobilität und meint: „Die Zukunft ist elektrisch. Wir sollten die E-Mobilität nicht kaputt reden mit Annahmen, die grauslich sind!“ Er schätzt, dass im Jahr 2030 bereits zwei Drittel aller verkauften Neuwagen in Deutschland E-Autos sein werden. Freilich werde dadurch der Strombedarf explodieren, weshalb man, so Dudenhöffer, an der Kernenergie kaum vorbeikomme. „Wir sollten uns der Diskussion um Atomkraft nicht verschließen“, meinte er im Gespräch mit der KFZwirtschaft, der Ausstieg Deutschlands aus der Kernkraft sei naiv. Nun, die EU hat der Atomkraft mittlerweile ohnehin auch bereits ein grünes Label verpasst. Aber auch darüber lässt sich freilich trefflich streiten.