Mobilität CO2-Emissionen im Vergleich - wann wird Autofahren grün?

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Der VDI ist in einer Ökobilanzstudie der Frage nachgegangen: „Welche Antriebssysteme sind auf dem Weg zur klimafreundlichen Mobilität die richtigen?“ Verglichen wurden dabei die CO₂-Fußabdrücke von E-Autos, Plug-In-Hybriden und konventionell angetriebenen Fahrzeugen.

E-Autos werden klimafreundlicher, je länger sie laufen. Denn sie starten mit einem immensen „CO₂-Rucksack“ in ihre Nutzungsphase. Diesen gilt es über die Laufzeit zu kompensieren. So stellt sich die Klimafreundlichkeit eines Elektroautos im Vergleich zu konventionellen Verbrennern erst ab etwa 90.000 Kilometern Fahrleistung ein. So lautet eine der wichtigsten Erkenntnisse der Ökobilanzstudie des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI). Warum ist das so?

Knackpunkt Batterieherstellung

Der Knackpunkt liegt in der Herstellung der Elektrofahrzeuge. Über die Hälfte der dabei anfallenden CO₂-Emissionen entfällt auf die Produktion des Antriebsstrangs. Besonders die Batterie ist hier mit 83 Prozent der Hauptverursacher. Bei einem Fahrzeug mit 82 kWh Batterie bedeutet das 10,12 Tonnen CO_2äq. Im Vergleich dazu produziert ein Benzinmotor in der Herstellung lediglich 1,21 Tonnen.

Dennoch: Betrachtet man die Fahrzeuge von der Herstellung bis zu einer angenommenen Laufleistung von 200.000 km, haben E-Autos und Plug-in-Hybride aus der Kompaktklasse die Nase vorn bei der Klimabilanz:

• E-Auto: 24,2 t CO₂

• Plug-in-Hybrid: 24,8 t CO₂

• Diesel: 33 t CO₂

• Benziner: 37 t CO₂

Echtzeit-Messverfahren

Batterien langlebig und sicher im E-Auto einsetzen

Grundlagen und Testverfahren der Studie

Die Grundlagen der Betrachtung waren die o.g. Fahrleistung von 200.000 km sowie die Verwendung des Mittelwert- und Marginalansatzes sowie des WLTP-Szenarios.

Der Mittelwertansatz liefert die mittlere CO₂ -Emission von allen vorhandenen elektrischen Verbrauchern im Sinne eines arithmetischen Mittelwerts über feste Zeiträume. Er geht davon aus, dass immer ausreichend Strom aus erneuerbaren Energien verfügbar ist. Der Marginalansatz als weitere Berechnungsgrundlage zeigt die CO₂ -Zusatzemissionen beim Hinzufügen eines weiteren elektrischen Verbrauchers, z. B. eines neu zugelassenen Elektrofahrzeugs. Hierbei gilt die Annahme, dass nicht immer ausreichend Strom aus regenerativen Energien vorhanden ist, sodass zusätzlicher Strom aus fossilen Energieträgern gewonnen werden muss, um den Bedarf zu decken.

Das WLTP-Szenario steht für Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure. Es ist ein Testverfahren zur Messung von Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emissionen von leichten Fahrzeugen. Es arbeitet in einem längeren Testzyklus mit mehr Beschleunigungs- und Bremsanteilen, höheren Geschwindigkeiten und kürzeren Standzeiten. Zusätzlich werden Sonderausstattungen für Gewicht, Aerodynamik und Eigenverbrauch berücksichtigt. Dies soll realistischere Ergebnisse liefern, die näher am tatsächlichen Fahrverhalten im Alltag liegen.

Auf erneuerbare Energien setzen

Die Studie zeigte auch, dass ein E-Auto, dass ausschließlich mit Solarstrom beladen wird, seine CO₂-Bilanz auf 19,1 Tonnen im Vergleich zu den o.g. 24,2 Tonnen senken kann.

Diese beiden Kernergebnissen lassen folgende Schlussfolgerung zu:

• Zum einen muss die Produktion des E-Antriebsstrangs und allen voran der Batterie umweltfreundlicher werden. Auch das Recycling der einzelnen Komponenten und die Wiederverwertbarkeit müssen zugunsten eines geringeren CO₂-Fußabdrucks optimiert werden.

• Zum anderen spielt auch der Ausbau der erneuerbaren Energien eine große Rolle bei einer klimafreundlichen Mobilität der Zukunft. Denn für die CO₂-Bilanz eines E-Autos oder eines Plug-in-Hybrids ist es entscheidend, wie der Strom, mit dem das Fahrzeug beladen wird, entsteht.

Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge zeigen die größte Bandbreite an Treibhausgasemissionen von 24,8 t CO_2äq (WLTP, Mittelwertansatz) bis 46,0 t CO_2äq (EcoTest im Hybridmodus) – je nach Szenario und Analyseansatz. Bei hohem elektrischen Fahranteil und Strom aus erneuerbaren Energien wirkt sich jedoch auch dieser Fahrzeugtyp positiv auf eine klimafreundliche Mobilität aus. Der VDI warnt allerdings auch: Bei nicht bestimmungsgemäßer Nutzung zeigt die Studie die höchsten CO₂-Emissionen aller verglichenen Antriebsarten.

Motortechnologie

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Handlungsempfehlungen für Deutschland

Aus den Ergebnissen der Ökobilanzstudie, hat der VDI folgende Handlungsempfehlungen für Deutschland formuliert:

• 1. Ausbau Erneuerbarer Energien: Der Umstieg auf Elektrofahrzeuge muss mit grünem Strom erfolgen, um eine tatsächliche Reduzierung der CO₂-Emissionen zu gewährleisten. Der Ausbau von Photovoltaik und Windkraft ist entscheidend.

• 2. Grüne Batterieproduktion: Die Herstellung von Batterien sollte mit regenerativer Energie erfolgen, um die Emissionen während der Produktion erheblich zu senken. Produktionsstandorte mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien sind hier vorteilhaft.

• 3. Standortförderung in Europa: Der Aufbau einer nachhaltigen Batterieproduktion in Deutschland und Europa verbessert die CO₂-Bilanz der Fahrzeuge und stärkt die regionale Wirtschaft.

• 4. Nutzung von E-Fuels: E-Fuels sind essenziell, um bestehende Fahrzeuge klimaneutral zu betreiben. Hierfür sind klare politische Rahmenbedingungen nötig, um die Technologie zu skalieren.

• 5. Effiziente Nutzung von Plug-in-Hybriden: Ein hoher elektrischer Fahranteil kann die Treibhausgasemissionen dieser Fahrzeuge positiv beeinflussen. Regelmäßiges und korrektes Laden ist essenziell.

• 6. Förderung neuer Fahrzeugklassen: Eine neue Klasse von leichten Elektro-Kleinfahrzeugen für den urbanen Bereich könnte eine zusätzliche Entlastung der Umwelt bewirken.

• 7. Forschung und Entwicklung im Batterierecycling: Die Weiterentwicklung und Skalierung des Recyclings von Traktionsbatterien wird als notwendig erachtet, um die Materialverfügbarkeit und -nachhaltigkeit zu sichern.

Nachhaltigkeit

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Nachhaltige Produktion sorgt für grüne Mobilität

Die VDI-Studie zeigt klar auf, dass die Transformation hin zu klimafreundlicher Mobilität komplexe Herausforderungen mit sich bringt.

Ein zentrales Ergebnis ist die hohe Bedeutung erneuerbarer Energien, sowohl bei der Stromerzeugung für den Betrieb von Fahrzeugen als auch bei der Produktion von Batterien. Nur durch den verstärkten Einsatz von Windkraft und Solarenergie lässt sich das Potenzial von Elektrofahrzeugen voll ausschöpfen.

Zudem wird deutlich, dass die Produktionsbedingungen der Batterien maßgeblich zur Klimabilanz beitragen. Die Entwicklung nachhaltiger Produktionsmethoden in Europa könnte eine Schlüsselrolle einnehmen. Da das Recycling die Materialverfügbarkeit steigert und ebenfalls Emissionen reduziert, sollte auch die Optimierung und Weiterentwicklung der Wiederverwertbarkeit im Sinne einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft im Fokus stehen.

Neue Fahrzeugklassen für den urbanen Raum

E-Fuels und der sinnvolle Einsatz von Plug-in-Hybriden sind weitere wichtige Bausteine auf dem Weg zu einer grünen Mobilität. Technologische Innovationen und die Förderung neuer Fahrzeugklassen in Kleinstausführung für den urbanen Raum können zusätzlich erheblichen Einfluss auf die Reduzierung von Treibhausgasemissionen haben.

Insgesamt macht die Studie deutlich, dass Politik, Industrie und Nutzer aktiv an der Gestaltung eines klimafreundlichen Verkehrssektors der Zukunft mitwirken müssen.

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