E-volution - Der ökologische Fußabdruck eines Elektroautos

„Der Verkehrssektor ist nur einer der Sektoren, die den Weg der Defossilisierung beschreiten müssen, aber gleichzeitig auch der am schwierigsten zu reformierende.“ Die Aussage von Dr. Aleksandar Damyanov macht deutlich, wieso die Verkehrswende keine plötzliche 180-Grad-Kurve sein konnte, sondern eher vergleichbar ist mit einem trägen Tanker, bei dem man eine Kursänderung vornimmt: Es braucht Zeit. Der technische Leiter von Green NCAP sagt aber, dass die Elektromobilität bereits an Dynamik gewonnen habe. Er muss es wissen. Green NCAP ist eine unabhängige Initiative, die die Entwicklung sauberer, energieeffizienter und möglichst umweltfreundlicher Fahrzeuge fördert. Die Mitglieder des Konsortiums sind seit Jahrzehnten im Bereich der Fahrzeugprüfung und des Verbraucherschutzes tätig. Sie analysieren Autos, messen ihre Leistung und kommunizieren mit den Herstellern.

Der elektrische Antrieb hat einen unübertroffenen Wirkungsgrad, aber, so Damyanov: „Heute liegt der eigentliche Vorteil von Elektrofahrzeugen in der Möglichkeit, nachhaltig bereitgestellte Energie zu nutzen, und man sieht, dass die Verantwortung plötzlich geteilt wird. Die Hersteller bieten heute sehr attraktive, hocheffiziente und erschwingliche Elektromodelle an, aber die Energiewirtschaft und die politischen Entscheidungsträger müssen es ermögliche, dass diese Fahrzeuge sauberen Strom nutzen können, sonst bleibt das Potenzial des elektrischen Antriebs ungenutzt. Glücklicherweise scheint die Europäische Union als Ganzes auf dem richtigen Weg zu sein, aber viele Mitgliedsstaaten hinken hinterher.“

Wer von Energie und Ressourcen spricht, kann die Herstellung der Fahrzeuge nicht ausblenden. Die wahren Umweltauswirkungen können nur durch die Methoden der Lebenszyklusanalyse ermittelt werden. Dr. Aleksandar Damyanov erklärt: „Die Treibhausgasemissionen und der hohe Energiebedarf, die mit der Herstellung von Batterien verbunden sind, sind ein Nachteil, der durch hohe Effizienz und einen steigenden Anteil erneuerbarer Energien ausgeglichen wird. Die Hersteller sind sich auch zunehmend bewusst, dass ihre Produkte in Sachen Nachhaltigkeit wettbewerbsfähig sein müssen, und ergreifen Maßnahmen, indem sie die Batterieproduktion nach Europa verlagern oder in ihren Fabriken auf erneuerbare Energien setzen.“ Auch die Bereitstellung von Materialien unter sozioökonomischen und ethischen Gesichtspunkten gewinne an Bedeutung. „Schon bald werden die Menschen wissen wollen, welche Materialien und Energie die Hersteller für ihre Produkte verwenden und ob ihre Behauptungen, umweltfreundlich zu sein, wirklich gerechtfertigt sind. Der Begriff Green Washing gewinnt an Bedeutung, und es gibt nichts Schlimmeres als den Verlust von Vertrauen und Zuversicht.“

Joanneum Research im österreichischen Graz betreibt Spitzenforschung auf internationalem Niveau. Die Forschungsgesellschaft ist wissenschaftlicher Partner von Green NCAP und stellt modernste Ökobilanz-Methoden und Daten zur Verfügung. „Es ist wichtig zu wissen, dass eine Ökobilanz zumindest die beiden Aspekte Treibhausgase und Primärenergiebedarf berücksichtigen sollte. Es macht wenig Sinn, einen der beiden Aspekte zu ignorieren, da beide für das Verständnis der Gesamtauswirkungen wichtig sind. Die Wirkung der Treibhausgase auf den Klimawandel wird summiert und als CO2-Äquivalent ausgedrückt. Der Begriff Primärenergiebedarf beschreibt die gesamte Energie, die der Natur entnommen werden muss, um die Transportleistung zu erbringen – Rohöl, Gas, Sonnenlicht, Wind- und Wasserkraft, Kernenergie usw.“ Bei den untersuchten Phasen unterscheide man zwischen der Herstellung des Fahrzeugs und der Batterie, der Wartung, der Versorgung mit Kraftstoff und Energie, der Nutzung von Kraftstoff und Energie sowie der Demontage und dem Recycling (bekannt als End-of-Life), so Dr. Aleksandar Damyanov.

„Für die von uns getesteten Fahrzeuge basieren die Berechnungen der Nutzungsphasen nicht nur auf den gesetzlichen WLTP-Verbrauchswerten (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure), sondern auch auf den Werten, die wir in unseren Tests unter verschiedenen Bedingungen messen. Dies ermöglicht es uns, zusätzlich den besten, durchschnittlichsten und schlechtesten Fall darzustellen und so den Verbrauchern zu helfen, die Auswirkungen ihres Fahrstils zu verstehen.“

Die Bewertung der Produktions- und der End-of-Life-Phase stütze sich auf öffentlich zugängliche Daten über globale allgemeine Lieferketten und berücksichtige nicht die Produktions- oder Recyclingprozesse bestimmter Fahrzeughersteller, betont Dr. Damyanov. Diese Daten seien noch nicht verfügbar und falls doch, müssten sie erst noch nachgewiesen und zertifiziert werden. „Daher können wir derzeit nicht sagen, ob die Produktion einer 50-kWh-Batterie von Hersteller A mehr oder weniger CO2 emittiert hat als die von Hersteller B. Aber das Interesse an diesem Aspekt wächst – auch auf politischer Ebene, und wir hoffen, solche Daten in Zukunft vorlegen zu können. Unser derzeitiges System ermittelt die Masse des Fahrzeugs, die Art des Antriebsstrangs, den Energieverbrauch, die Abgasemissionen, die gefahrene Kilometerzahl und das Land, in dem das Fahrzeug betrieben wird, als die wichtigsten Parameter, die die Umweltauswirkungen beeinflussen.“ Hier gibt es die neuesten Ökobilanz-Ergebnisse von Green NCAP.

Am 1. Dezember hat Green NCAP eine neue interaktive Plattform für Verbraucher*innen veröffentlicht, die es den Nutzer*innen ermöglicht, bis zu drei Fahrzeuge auszuwählen, die jährliche Fahrleistung und das Land festzulegen und die Umweltauswirkungen der gewählten Fahrzeuge in der Ökobilanz zu analysieren und zu vergleichen. „Dieses Life Cycle-Assessment-Tool ist der nächste Schritt, den wir auf dem Weg zur Stärkung der Rolle der Verbraucher bei einer nachhaltigeren Mobilität zum Wohle der Natur und des Menschen anbieten können“, unterstreicht Dr. Aleksandar Damyanov.

Auch Prof. Dr. Martin Wietschel hat versucht, in diesem Kontext Klarheit zu schaffen. Der Leiter des Competence Centers Energietechnologien und Energiesysteme beim Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI war beteiligt an der diesjährigen Studie Langfristige Umweltbilanz und Zukunftspotenzial alternativer Antriebstechnologien. Es ging hierbei um die ökonomische und ökologische Bewertung alternativer Kraftstoffe und Antriebe bei Pkws. Verglichen wurden Pkws, die 2020 beziehungsweise 2030 angeschafft und dann über die nächsten 15 Jahre genutzt werden. „Wir haben bei unserer Bilanzmethode versucht, alle Effekte mit einzubeziehen, von der Rohstoffgewinnung bis zur Entsorgung, und haben Weiterentwicklungen berücksichtigt. Auch das Stromsystem hat beispielsweise Einfluss darauf, wie Elektroautos bewertet werden“, so Martin Wietschel. Die Studie steht unter der politischen Zielsetzung der Treibhausgasneutralität. Auf die Komplexität eines solchen Vergleichs mit all seinen Variablen angesprochen, gibt Prof. Dr. Martin Wietschel zu, dass dieser natürlich mit Unsicherheiten behaftet sei. „Aber man braucht eine Entscheidungsgrundlage für die politischen Ziele. Man versucht Unsicherheiten mit verschiedenen Szenarien abzufedern. Man ändert dabei einzelne Parameter bei entscheidungsrelevanten Größen und schaut, wie groß der Einfluss ist. Komplexität darf nicht dazu führen, dass man blind in die Zukunft geht.“

Die Batterien haben maßgeblichen Einfluss auf den ökologischen Rucksack von Elektrofahrzeugen. „Die Rohstoffgewinnung und die Herstellung von Batteriezellen sind energieintensiv. Da hat man noch Einsparpotenziale von 20 bis 30 Prozent mit Verfahren, die heute schon bekannt sind. Wir müssen uns auch gedanklich darauf vorbereiten, dass die Batterie das Auto schon in naher Zukunft überleben wird. Darüber hinaus gibt es auch interessante Konzepte für die Zweitverwertung, zum Beispiel in Verbindung mit heimischen Fotovoltaikanlagen.“ Prof. Dr. Martin Wietschel gibt zu bedenken, dass nicht jedes Recycling ökologisch sinnvoll sei und man aufpassen solle, wie viel Energie reingesteckt wird. Man müsse sich ebenfalls verstärkt mit der Produktion des gesamten Fahrzeugs auseinandersetzen, da dies ab 2030 den überwiegenden Anteil der Treibhausgasemissionen ausmachen werde. „Hier kann man noch vieles ökologischer machen, zum Beispiel Stahl auf Basis von Wasserstoff herstellen. Auch bei Kunststoff und Glas ist ein ganzheitlicher Blick wichtig, um die Kreislaufschließung in der Produktion zu erreichen.“ Der Experte schätzt, dass Elektroautos in 3 bis 4 Jahren wirtschaftlich günstiger sein werden als Verbrenner. Es sei aber notwendig, Aufklärungsarbeit zu leisten, da der reine Kaufpreis immer noch ein Hemmnis sei, obwohl die Folgekosten deutlich niedriger seien.

Auf politischer Ebene ist der Weg Richtung Elektromobilität schon längst eingeschlagen und scheint nach den Ergebnissen der Studie auch der Richtige zu sein. „Die Brennstoffzelle ist noch relativ weit weg vom Markt und eher etwas für schwere Fahrzeuge, die sehr hohe Reichweitenanforderungen haben“, erklärt Martin Wietschel. „Biokraftstoffe aus Pflanzen oder Abfällen sind eine relativ günstige Lösung und tragen zu Treibhausgasminderung bei. Diese brauchen wir aber vor allem im Schiffs- und Flugverkehr oder in der Industrie, wo uns keine Alternativen zur Verfügung stehen.“ Plug-in-Hybride galten lange als Übergangstechnologie, würden aber zu wenig elektrisch fahren. „Im Dienstwagenbereich wird die Batterie zum Beispiel im Schnitt nur 10 Prozent genutzt. Diese Technologie ist wenig zielführend“, so der Experte. Wenn man Treibhausgasneutralität anstrebe und die individuelle Mobilität ja nicht abschaffen wolle, sei der Elektromotor mit Wirkungsgraden von bis zu 97 Prozent die sinnvollste Lösung.

Prof. Dr. Martin Wietschel plädiert für einen konsequenten Ausbau der Schnellladestationen und kritisiert den Trend hin zu schweren Autos mir großer Reichweite. „In den letzten Jahren sind die Emissionen im Gesamtverkehr nicht gesunken, sondern ungefähr konstant geblieben. Die Autos wurden stärker motorisiert und damit wurden die Effizienzverbesserungen zunichtegemacht. Dabei ist die Zahl an Fernfahrten sehr gering.“ Da ein Pkw bis zu 95 Prozent der Zeit stehe, sei das bidirektionale Laden der richtige Weg hin zu einem effizienten Gesamtsystem, so Martin Wietschel. Damit könnten Pkws gesteuert beladen werden und bei Bedarf wieder Strom an das Netz abgeben. Es habe sich gezeigt, dass weder die Lebensdauer der Batterie darunter leide noch, dass es Probleme mit der Akzeptanz der Kund*innen gebe. Was die Verkehrswende bei Lkws angehe, sei die Zukunft etwas unsicherer. „In Deutschland verursachen 200.000 schwere LKWs genauso viele Emissionen wie 10 Millionen PKWs. Wie man diesen Bereich transformieren kann, darüber sind sich Industrie und Wissenschaft noch nicht einig.“

Dr. Aleksandar Damyanov von Green NCAP berichtet von einigen überraschenden Erkenntnissen aus den letzten Jahren, die den Verbrauchern so wahrscheinlich nicht bewusst sind. „Elektroantriebe bieten die höchstmögliche Energieeffizienz, aber die Verbraucher sollten sich darüber im Klaren sein, dass die angegebenen WLTP-Verbrauchswerte in einem Test ohne Klimatisierung ermittelt wurden. Bei kalter Witterung wird die für die Beheizung des Innenraums benötigte Energie aus der Batterie entnommen, während bei konventionellen Fahrzeugen die Verbrennungswärme kostenlos genutzt wird.“ Mit steigendem Heizbedarf verringere sich die elektrische Reichweite also deutlich. Auch das Fahren auf der Autobahn verbrauche im Allgemeinen viel mehr Energie als erwartet, weshalb die Hersteller insbesondere bei Elektrofahrzeugen die aerodynamischen Eigenschaften vieler Modelle weiter verbessern müssten. „Ein versteckter Kostenpunkt für die Verbraucher liegt in der Effizienz des Ladevorgangs. Oft glaubt man, dass die Verbrauchszahlen auf dem Bordcomputer den tatsächlichen Werten entsprechen, vergisst aber, dass es sich dabei nur um die aus der Batterie entnommene Energie handelt. Der tatsächliche Energieverbrauch umfasst den Strom, der aus dem Stromnetz bezogen wurde, und je nach Modell und Ladeart gehen 10 bis 20 Prozent der Energie verloren“, rechnet Dr. Damyanov vor.