Elektroautos können den CO2-Ausstoß erhöhen~12 Minuten Lesezeit

Artikelaktualisierung Zukunft Mobilität

Hinweis: Die OPTUM-Studie im Auftrag des Bundesministeriums für hat Mitte Januar 2012 die Hauptaussage dieses Artikels belegt und weitere Berechnungen durchgeführt. Ich empfehle zum Grundverständnis die Lektüre dieses Artikels und im Anschluss die Lektüre der oben genannten Studie.

Als ich mich das vergangene Wochenende zum wiederholten Male mit und den damit verbundenen beschäftigt habe, ist mir bei einer kleineren Nebenrechnung etwas aufgefallen. Nach kurzer Recherche wurde ich von einem meiner Professoren an der , Professor Becker, bestätigt.

Bei der Berechnung von CO2-Emissionen setzt man diese zur besseren Vergleichbarkeit in Relation zum Ausstoß eines anderen Fahrzeugs oder anderen Objekts. Wie allgemein bekannt ist, fahren Elektroautos zwar lokal emissionsfrei, bei der Produktion des Stroms fallen aber sehr wohl Emissionen an.

Im Idealfall nutzen wir erneuerbare Energien wie Sonnen-, Wind- oder Hydroenergie um unsere Fahrzeuge anzutreiben. Aber schlagen wir damit wirklich den optimalen Weg ein?

Oftmals vergleichen wir die Emissionen von Elektrofahrzeugen, die mit regenerativ erzeugtem Strom „betankt“ wurden, mit herkömmlichen Fahrzeugen, die angetrieben durch einen Verbrennungsmotor auf unseren Straßen fahren. Da Elektrofahrzeuge sich aber erst in einigen Jahren auf dem Massenmarkt durchgesetzt haben dürften, erscheint es sinnvoller, eine gewisse Innovation in noch unbekannter Höhe bei Verbrennungsmotoren zu unterstellen. Dies wirkt sich vor allem auf die und somit auf den Verbrauch und die Emissionen aus. Man kann also eine gewisse Ungewissheit unterstellen, die den Vergleich insgesamt inkonsistent werden lässt.

Eine andere Möglichkeit wäre es, den Energieaufwand der Ortsveränderung zu betrachten und zu vergleichen. Welche Energie muss ich aufwenden um heute, morgen oder in 10 Jahren von A nach B zu kommen und welche Emissionen werden dadurch erzeugt?

Bei diesen Betrachtungen schneidet das Elektrofahrzeug naturgemäß besser als heutige Fahrzeuge ab. Allerdings muss auch hier einschränkend festgehalten werden, dass erneuerbare Energien nicht nur für den Verkehrssektor verwendet werden, sondern auch im Energiesektor. 

Die größten Emittenten von schädlichen Treibhausgasen bei der Stromerzeugung sind Braun- und Steinkohlekraftwerke. Durch entsprechende technische Einrichtungen lassen sich die CO2-Emissionen zwar verringern, aus Sicht der Umwelt wäre es allerdings idealer, neben Kernkraftwerken auch auf die Verstromung von Kohle zu verzichten. Karte der Kraftwerke in Deutschland Gaskraftwerke Kohlekraftwerke Wasserkraftwerke Solarkraftwerke Atomkraftwerke im Jahr 2011 Umweltbundesamt JPEG

In standen 2010 laut Umweltbundesamt 137 Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke ab einer elektrischen Bruttoleistung von 100 Megawatt, die mit Stein- oder Braunkohle betrieben werden1

Derzeit werden 26 neue Kohlekraftwerke gebaut oder geplant. Es handelt sich hier aber nicht um reine Neubauten, sondern zum Großteil um Erweiterungen bestehender Kraftwerke. Einige Ausbaupläne sind aber derzeit aufgrund des Widerstandes aus der Bevölkerung gestoppt.

Aber auch die regenerative Energieerzeugung geschieht nicht vollständig emissionsfrei. 2

Beim Bau eines Wasserkraftwerkes müssen beispielsweise die Emissionen für den in der Staumauer verbauten Beton eingerechnet werden, bei Windkraftanlagen die Emissionen von Bau, Transport und Errichtung der Anlage. Bei Solaranlagen fallen die Materialien für die Solarzellenherstellung, die Aufständerung und den Bau größerer Anlagen negativ ins Gewicht.

Mit etwa 40 Gramm Co2-Äq je kWh Strom (mit vorgelagerten Prozessen und Stoffeinsatz zur Anlagenherstellung) liegen Wasserkraftwerke bei den regenerativen Energiequellen Wasser, Sonne und Wind auf dem letzten Platz. Beim Solarstromimport aus Spanien fallen 27 g CO2-Äq / kWh an, für die Sonnenstromproduktion im Inland 101 g CO2-Äq / kWh. Am Besten schneidet die Windkraft mit 23 g CO2-Äq / kWh onshore und 24 g CO2-Äq / kWh off-shore ab. (vgl. LÜBBERT 2007, S.22)

Im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken schneiden die erneuerbaren Energien allerdings mit Abstand am besten ab. Für die Erzeugung einer Kilowattstunde Strom emittiert ein Steinkohle-Import-Kraftwerk 949 g CO2-Äq / kWh inklusive der Emissionen der vorgelagerten Prozesse (Abbau, Transport, usw.) und des Stoffeinsatzes zur Anlagenherstellung. Der Wert für ein Steinkohle-Import-Heizkraftwerk liegt bei 622 g CO2-Äq / kWh. Bei der Verstromung von Braunkohle rechnet man mit 1153 g CO2-Äq / kWh für ein Braunkohle-Kraftwerk und mit 729 g CO2-Äq / kWh für ein Braunkohleheizkraftwerk. (vgl. LÜBBERT 2007, S.22)

Es stellt sich daher die Frage, ob es nicht intelligenter wäre, mit regenerativ erzeugter Energie, Strom aus älteren Kohlekraftwerken statt fossiler Kraftstoffe zu ersetzen. Die Differenz der ausgestoßenen Emissionen bei der Stromproduktion mit Hilfe von regenerativen Energien zu Kohlekraftwerken ist rechnerisch größer als die Differenz zwischen der Emission von regenerativen Energien und der Nutzung von Benzin und Diesel.

Mit den folgenden beiden Szenarien lassen sich die Auswirkungen auf die Emissionen diskutieren:

Szenario 1:

In Szenario 1 werden Elektrofahrzeuge mit Strom aus regenerativen Quellen angetrieben. Die Erzeugung von Strom für den Energiemarkt geschieht zum Teil über Kohlekraftwerke.

CO2- Emissionen eines Elektroautos im Vergleich zum Energiesektor Erneuerbare Energien KohlekraftwerkEin Mitsubishi i-Miev verbraucht innerorts 11,30 kWh pro 100 km, außerorts 15,03 kWh pro 100 km und auf der Autobahn 24,64 kWh pro 100 km. Der kombinierte Verbrauch liegt somit bei 16,94 kWh pro 100 km 3. Der Verbrauch eines Tesla Roadster liegt laut Hersteller bei 12,7 kWh / 100 km, Autobild und der Touring Club Schweiz kamen in ihren Tests (AutobildTCS Beratung & Begutachtung) jeweils auf 33 kWh / 100 km und die Verbrauchswerte eines Karabag new 500e (umgerüsteter Fiat 500) liegen in der Stadt bei 11,75 kWh/100 km, auf dem Land bei 13,93 kWh/100 km und auf der Autobahn bei 15,97 kWh/100 km. Der kombinierte Verbrauch liegt somit bei 13,98 kWh pro 100 km 4.

Leider ist die Zahl der getesteten Elektrofahrzeuge noch relativ gering. Es fällt daher schwer, einen Verbrauch festzulegen, der das Marktangebot richtig abbildet. Aus Vereinfachungsgründen habe ich einen durchschnittlichen Verbrauch von 15 kWh auf 100 Kilometer festgelegt. Dieser Wert wird mit dem Faktor 1,25 multipliziert, um Energie für Heizung / Klimaanlage und unterschiedliche Fahrweisen in die Rechnung miteinzubeziehen.

Somit entstehen für eine 100 Kilometer lange Fahrt mit einem Elektrofahrzeug (15 kWh / 100km) die folgenden Treibhausgasemissionen:

15 kWh * 1,25 =
Verbrauch * Aufschlagfaktor für Klimaanlage und andere verbrauchserhöhenden Einbauten sowie Berücksichtigung unterschiedlicher Fahrweisen und größerer Fahrzeuge, die noch auf den Markt kommen
= 18,75 kWh

Emissionen bei ausschließlicher Nutzung regenerativ erzeugten Stroms:

18,75 kWh * (0,3 * 40 + 0,5 * 23,5 + 0,2 * 84) g CO2-Äq / kWh =
Verbrauch * CO2-Äq der einzelnen Stromarten, gewichtet nach ihren Anteilen an der regenerativen Stromerzeugung in Deutschland  =
18,75 kWh * 40,55 g / kWh = 

760,3125 g

Emissionen bei Nutzung von Strom nach heutigem Strommix:

In der aktuellen deutschen Stromproduktion werden pro kWh 565 g / CO2 freigesetzt 5.

18,75 kWh * 565 g / kWh = 10,5937 kg

Szenario 2:

In Szenario 2 werden Elektrofahrzeuge nicht mit erneuerbaren Energien angetrieben. Der regenerativ erzeugte Strom wird statt dessen dafür genutzt, die Strommenge älterer Kohlekraftwerke abzulösen.

Statt Elektroautos fahren die Menschen weiterhin Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.

Co2-Emissionen eines Elektroautos vs. VerbrennungsmotorDie pro Kilowattstunde Strom entstehenden CO2-Emissionen sind alleine abhängig von den Eigenschaften des Brennstoffs und vom elektrischen Wirkungsgrad des Kraftwerks.Wirkungsgrad und CO2-Ausstoß verschiedener Kraftwerke Gaskraftwerk KohlekraftwerkDie spezifischen CO2-Emissionen von Braunkohlekraftwerken liegen auch bei der zukünftig zu erwartenden Technik mit über 800 Gramm pro Kilowattstunde (g/kWh) höher als die der meisten anderen Kraftwerkstypen. Die spezifischen CO2-Emissionen von neuen Steinkohlekraftwerken betragen zwischen 735 g/kWh (Stand der Technik) und 680 g/kWh (). Erdgas-Kraftwerke emittieren pro erzeugter Kilowattstunde Strom erheblich weniger CO2 als die modernsten Kohlekraftwerke – dies gilt selbst für die älteren, sogenannten Kombi-Kraftwerke mit einem deutlich niedrigeren Wirkungsgrad. Erdgaskraftwerke haben mit derzeit etwa 350 g/kWh – und zukünftig 335 g/kWh – die geringsten spezifischen Emissionen fossiler Kraftwerke. Dieser niedrige CO2-Emissionsfaktor ist nicht allein das Ergebnis des hohen Wirkungsgrades von Gaskraftwerken, auch die chemische Zusammensetzung des Brennstoffes hat einen sehr großen Einfluss. Denn bei der Verbrennung von Erdgas (im Wesentlichen bestehend aus CH4) entsteht pro erzeugter Energieeinheit weniger CO2, als bei der Verbrennung von Kohle, die hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht. (vgl. LÜBBERT 2007, S.8 – 20)

Für unsere Rechnung mit aktuellen Werten gilt daher…

…für Steinkohlekraftwerke:

18,75 kWh * (949 g / kWh – 40,55 g / kWh) =
18,75 kWh * 908,45 g / kWh =

17,033 kg CO2

…für Braunkohlekraftwerke:

18,75 kWh * (1153 g / kWh -40,55 g / kWh) =
18,75 kWh * 1112,45 g /kWh – 18,35 kg =

20,8584 kg CO2

Für den Antrieb der Fahrzeuge werden in diesem Szenario Erdöl-basierende Kraftstoffe genutzt.

Benzin hat eine Energiedichte von 8,9 kWh/l. Um den Energiebedarf eines Elektroautos zu decken, benötigt man für 100 km theoretisch 2,107 Liter. Da der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors bei nur 30 – 50 Prozent liegt, steigt der theoretische Äquivalenzverbrauch auf etwa 6 Liter.

Bei der Verbrennung eines Liters Benzin entstehen 2,36 kg CO2. Bei einem Verbrauch von 6 Liter Benzin auf 100 km werden somit 14,16 Kilogramm CO2 freigesetzt. 

Für Steinkohlekraftwerke beträgt die Einsparung somit nur noch 17,033 kg CO2 – 14,16 kg CO2 = 2,873 Kilogramm. Beim Ersatz eines Braunkohlekraftwerks werden 20,858 kg – 14,16 kg = 6,698 kg eingespart.

Um eine wahrheitsgemäße Aussage treffen zu können, muss aber auch bei der Benzinherstellung die Vorkette beachtet und mit einberechnet werden. Diese umfasst die Bohrung, den Transport, die Benzinproduktion in der Raffinerie an sich, die Emissionen der Tankstelle, etc.

Nach den Zahlen des Öko-Instituts, Büro Darmstadt, müssen pro kWh 58,2g CO2-Äq aus der Vorkette aufgeschlagen werden6. Für einen Liter Benzin ergibt sich somit eine CO2-Äq-Zusatzbelastung von 0,51798 kg. Multipliziert mit dem Faktor 6 fallen somit 3,107 kg CO2-Äq zusätzlich an.

Somit ergeben sich die folgenden Ergebnisse:

Würden wir regenerativ erzeugten Strom statt für Elektrofahrzeuge für den Ersatz von Steinkohlekraftwerken nutzen, würden die CO2-Emissionen um 234 Gramm steigen!

Würden wir regenerativ erzeugten Strom statt für Elektrofahrzeuge für den Ersatz von Braunkohlekraftwerken nutzen, würden die CO2-Emissionen um 3,591 Kilogramm sinken! Im Umkehrschluss bedeutet dies: Elektrofahrzeuge, die mit regenerativem Strom angetrieben werden, obwohl eine gewisse Strommenge von Braunkohlekraftwerken ersetzt werden könnte, belasten das Klima zusätzlich auf indirekte Weise!

Anmerkungen und Abgrenzungen:

Natürlich muss man anmerken, dass diesen Berechnungen einige Annahmen zugrunde gelegt werden:

  • die regenerativ erzeugte Strommenge steht gleichmäßig und immer in ausreichender Menge zur Verfügung, die Zusammensetzung ändert sich nicht
  • der Verbrauch von Elektrofahrzeugen ist mit 18,75 kWh / 100 km angesetzt, der Verbrauch des Vergleichsfahrzeuges mit Verbrennungsmotor bei sechs Litern Benzin auf 100 Kilometer
  • wird ein Kohlekraftwerk ersetzt, so wird immer das „schmutzigste“ abgeschaltet
  • es gibt keinen abrupten technologischen Fortschritt im Bereich Kohlekraftwerke

Fazit:

Das hier festgestellte Ergebnis sollte man allerdings nicht überbewerten. Elektrofahrzeuge haben einige eindeutige Vorteile gegenüber einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Diese Aufstellung verdeutlich nur nochmals, dass die Verkehrswende eng mit der Energiewende verknüpft ist und das eine das andere bedingt. Wir können das eine nicht bekommen, ohne auch das andere umzusetzen.

Einen wirklichen Umbruch im - als auch im Energiesektor haben wir erreicht, wenn so viel regenerative Energie erzeugt wird, dass wir großteils auf fossile Brennstoffe verzichten können. Derzeit kann es aus Umweltsicht sogar von Vorteil sein, Elektrofahrzeuge nicht mit „grünem Strom“ zu versorgen, sondern diesen stattdessen zum Wechsel von fossile auf regenerative Energieträger zu nutzen. Diese Berechnungen sollen auch kein Plädoyer gegen das sein, sondern nur zeigen, dass bei gewissen Konstellationen die Modelle kippen können und trotz anderer Absichten ein negativer Effekt erzielt wird. Natürlich kann jeder für sich entscheiden, ob er meine getroffenen Annahmen als richtig erachtet oder gegenteiliger Meinung ist. Ich habe versucht, meinen Gedankengang transparent darzustellen und gebe durchaus zu, dass diese Modellkonstruktion natürlich leicht angreifbar ist. Deswegen lautet die Überschrift auch „Elektroautos können den CO2-Ausstoß erhöhen“ und nicht „Elektroautos lassen die CO2-Emissionen steigen“. 

Verbrennungsmotoren mit einem Verbrauch von sechs Liter Benzin auf 100 Kilometern sind noch relativ selten, Verbesserungen dürften aber auch in Zukunft noch erfolgen. Der Wirkungsgrad von Anlagen zur Produktion von „grüner Energie“ dürfte auch wachsen, aber dies beeinflusst die Berechnungen nicht gravierend.

Geht man noch weiter, könnte man auch die CO2-Emissionen „Well-to-Wheel“, d.h. die Emissionen über die gesamte Erzeugungs- und Verbrauchskette zu betrachten. Dies fängt in der Bauxitmine zur Herstellung von Aluminium an und geht über den seltenen Erden-Abbau und Transport über die Produktionsanlagen (Bau und Betrieb) bis zum Recycling der Batteriepacks.

Der Guardian kam im September 2010 auf folgende CO2-Emissionen für Neuwagen:

  • Citroen C1: sechs Tonnen CO2-Äq
  • Ford Mondeo: 17 Tonnen CO2-Äq
  • Land Rover Discovery: 35 Tonnen CO2-Äq
  • die Werte für Elektroautos dürften durch die Belastungen für die Herstellung der Batterien höher liegen

Bei den ganzen negativen Anmerkungen, möchte ich jedoch auch festhalten:

Steigende Preise für das begrenzte Gut Rohöl werden uns dazu zwingen, Alternativen zum schwarzen Gold zu suchen und auch zu finden. Ich hoffe, dass dies rechtzeitig geschieht. Eine bessere Versorgungssicherheit ist im Interesse aller. Und Elektromobilität minimiert auch andere externe Effekte wie (unter 40 Stundenkilometer) oder die direkte Abgasbelastung des Umfeldes.

Aber Elektromobilität wird nicht das Allerheilmittel sein. Wir werden uns in Zukunft darüber unterhalten müssen, welche innerstädtischen Strukturen wir erhalten wollen und welche wir aufgeben müssen / können. Wir werden ebenso einen Diskurs über die Sicherstellung von in ländlichen Regionen, von älteren und sozial schwächeren Menschen und unsere Bedürfnisse im Allgemeinen führen müssen. Gewisse Strukturen sind mittlerweile überholt. Ich glaube, dass wir auf einige gut verzichten können ohne Abstriche machen zu müssen…

Hinweis: Die OPTUM-Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt hat Mitte Januar 2012 die Hauptaussage dieses Artikels belegt und weitere Berechnungen durchgeführt. Ich empfehle zum Grundverständnis die Lektüre dieses Artikels und im Anschluss die Lektüre der oben genannten Studie.

  1. Datenbank „Kraftwerke in Deutschland“: Liste der sich in Betrieb befindlichen Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke ab einer elektrischen Bruttoleistung von 100 Megawatt, Stand 09.09.2011 – Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau, September 2011 – http://www.umweltbundesamt.de/energie/archiv/kraftwerke_in_deutschland.pdf
  2. CO2-Bilanzen verschiedener Energieträger im Vergleich. Zur Klimafreundlichkeit von fossilen Energien, Kernenergie und erneuerbaren Energien, Dr. Daniel Lübbert, Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestags, Berlin 2007 – http://www.bundestag.de/dokumente/analysen/2007/CO2-Bilanzen_verschiedener_Energietraeger_im_Vergleich.pdf
  3. ADAC Autotest Mitsubishi i-Miev, Januar 2011 – http://www.adac.de/_ext/itr/tests/Autotest/AT4517_Mitsubishi_i_MiEV/Mitsubishi_i_MiEV.pdf
  4. ADAC Autotest Karabag 500e, August 2010 – http://www.adac.de/_ext/itr/tests/Autotest/AT4452_Karabag_500_E/Karabag_500_E.pdf
  5. Entwicklung der spezifischen -Emissionen des deutschen Strommix 1990-2009 und erste Schätzung 2010 im Vergleich zum Stromverbrauch, Umweltbundesamt, FG I 2.5., Stand: März 2011 – http://www.umweltbundesamt.de/energie/archiv/co2-strommix.pdf
  6. Endenergiebezogene Gesamtemissionen für aus fossilen Energieträgern unter Einbeziehung der Bereitstellungsvorketten, Kurzbericht im Auftrag des Bundesverbands der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e.V. (BGW), Uwe R. Fritsche Koordinator Bereich Energie & Öko-Institut e.V., Büro Darmstadt, August 2007, S.12 – http://www.oeko.de/service/gemis/files/doku/gemis44thg_emissionen_fossil.pdf

Verfasst von

Martin Randelhoff

Herausgeber Zukunft Mobilität. Studium der Raumplanung an der TU Dortmund, Studium der Verkehrswirtschaft an der TU Dresden. Ist interessiert an innovativen Konzepten zum Lösen der Herausforderungen von morgen insbesondere in den Bereichen urbane Mobilität, Verkehr im ländlichen Raum, Wirkung autonomer Fahrzeugsysteme und nachhaltige Verkehrskonzepte.

Hinterlasse einen Kommentar

Benachrichtige mich zu:
avatar
 
Bild(er) hinzufügen
 
 
 
Sortiert nach:   neuste | älteste | beste Bewertung
wpDiscuz

Jetzt abonnieren!

Twitter

Auszeichnungen

Grimme Online Award Preisträger 2012

Zukunft Mobilität hat den Grimme Online Award 2012 in der Kategorie Information erhalten. Ich möchte mich bei all meinen Lesern für die Unterstützung bedanken!

PUNKT Preisträger 2012

Zukunft Mobilität hat den PUNKT 2012 der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech) in der Kategorie "Multimedia" gewonnen.

Logo VDV Verband Deutscher Verkehrsunternehmen

Der Verband Deutscher Verkehrsunternehmen e.V. (VDV) hat mich im Rahmen der VDV-Jahrestagung 2013 in Mainz als “Talent im ÖPNV” des Jahres 2013 ausgezeichnet. Der VDV vertritt rund 600 Unternehmen des Öffentlichen Personennahverkehrs, des Schienenpersonennahverkehrs, des Schienengüterverkehrs, der Personenfernverkehrs sowie Verbund- und Aufgabenträger-Organisationen.

Lizenz

Zukunft Mobilität Creative Commons

Die Inhalte dieses Artikels sind - soweit nicht anders angegeben - unter CC BY-SA 3.0 de lizensiert. Grafiken sind von dieser Lizenz aus Vereinfachungs- und Schutzgründen ausgenommen (Anwendung aufgrund der Verwendung von Grafiken / Bildern mit unterschiedlichen Lizenzen zu kompliziert) außer die CC-Lizenz ist ausdrücklich genannt.

Weitere Informationen
Share This