Batterieelektrische Pkw

Batterie-elektrische Pkw , die heute zugelassen werden, haben über den Lebensweg (inkl. Fahrzeugherstellung und Energiebereitstellung) bei Nutzung des deutschen Strommix gegenüber konventionellen Pkw einen Vorteil in der Klimabilanz. Dies gilt besonders für Stadt- und Gewerbefahrzeuge.

Ein zentrales politisches Ziel bei der Einführung von Elektrofahrzeugen ist die Reduktion des Treibhausgasausstoßes. Ein durchschnittlich genutzter Batterie-Pkw mit etwa 100 km realer Reichweite kann dazu bereits heute beitragen: Gegenüber mittleren Diesel-Fahrzeugen ergibt sich über den gesamten Lebensweg eine Treibhausgasminderung von etwa 5 %, gegenüber Benzinfahrzeugen sogar um über 20 %. Berücksichtigt man, dass sich über die Lebensdauer des Fahrzeugs (Annahme: 13 Jahre) durch die Energiewende die Klimabilanz der Stromerzeugung weiter verbessern wird, so kann man sogar von einem Vorteil von über 10 % für ein heute zugelassenes Elektrofahrzeug gegenüber dem Diesel-Pendant ausgehen. Diese Verhältnisse ändern sich nur marginal mit der Fahrzeuggröße.

Seit unserer UMBReLA-Studie im Jahr 2011 hat sich die Umweltbewertung von Elektrofahrzeugen damit in einem zentralen Punkt verbessert. Grund dafür ist zum einen die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterien, wodurch man heute davon ausgehen kann, dass ein Batterietausch im Laufe des Fahrzeuglebens in der Regel nicht notwendig ist. Zum anderen ist der Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Strommix gestiegen. Auch gegenüber unserer Studie "Weiterentwicklung und vertiefte Analyse der Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen" (im Auftrag des Umweltbundesamts, 2015) hat sich die Klimabilanz von Batteriefahrzeugen dadurch noch einmal leicht verbessert.

Klimabilanz von batterieelektrischen Fahrzeugen der Kompaktklasse bei durchschnittlicher Nutzung, verglichen mit konventionellen Neufahrzeugen.

Bei "Energiewende" liegt der mittlere Strommix über die Betriebsdauer für ein heutiges Neufahrzeug zugrunde sowie die Annahme, dass die Energiewende weiter voranschreitet (Grundlage: "Aktuelle Maßnahmen"-Szenario aus Öko-Institut 2015). (IFEU 2017)

Im Vergleich zwischen Batterie- und Verbrennungsfahrzeugen unterscheidet sich neben der Gesamtmenge der Emissionen über den Lebensweg auch deren Verteilung auf die einzelnen Abschnitte des Lebenswegs. Bei Verbrennungsfahrzeugen geht die Klimawirkung insbesondere auf die direkten Auspuffemissionen beim Fahren zurück, vor allem Kohlendioxidemissionen (CO2). Neben diesem Beitrag sind auch die Umweltwirkungen der Kraftstoffbereitstellung (Ölgewinnung, Raffinierung und Distribution) relevant. Sie betragen für Otto-Kraftstoff etwa 25 % und für Diesel etwa 16 % der Klimawirkung, die durch Verbrennung der Kraftstoffe entsteht. Insgesamt sind die direkten und indirekten Treibhausgasemissionen durch die Fahrzeugnutzung für etwa 80 % der Klimawirkung über den gesamten Lebensweg des Fahrzeugs verantwortlich.

Der größte klimawirksame Beitrag der Elektrofahrzeuge hingegen kommt aus der Strombereitstellung (67 %), ist damit allerdings indirekt ebenfalls durch die Fahrzeugnutzung bedingt. Der Energieverbrauch eines mittleren Elektro-Pkw der Kompaktklasse liegt heute im Stadtverkehr bei gut 22 kWh / 100 km, auf Autobahnen bei etwa 27 kWh / 100 km. Dies liegt am dort deutlich höheren physikalischen Energiebedarf bei gleichbleibender Effizienz des Antriebsstrangs. Diese Zahlen berücksichtigen reale Fahrmuster, und auch Nebenaggregate, wie beispielsweise Klimaanlagen, sind mit eingeschlossen.

Über den Lebensweg eines Elektro-Pkw tragen heute auch die Herstellungsaufwendungen mit einem Anteil von über 30 % relevant zur Klimawirkung bei: Bei der Herstellung eines Batteriefahrzeugs mit 100 km realer Reichweite werden etwa 9,5 Tonnen CO2-Äquivalente ausgestoßen, beim Verbrenner sind es knapp 6 Tonnen. Fahrzeugentsorgung und -wartung spielen nur eine untergeordnete Rolle, was zum Teil damit zusammenhängt, dass die Aufbereitung von recycelten Materialien für die Fahrzeugherstellung der Produktion des Fahrzeugs zugeschlagen wird.

Vergleich der Umweltwirkungen eines Batteriefahrzeugs (100 km Reichweite) ggü. einem Verbrennungsfahrzeug:

  • Treibhausgasemissionen   

    Umweltwirkung: Beitrag zur globalen Erwärmung mit einem Zeitbezug von 100 Jahren

    Vergleich: Elektrofahrzeuge profitieren vor allem in der Nutzungsphase vom steigenden Anteil der erneuerbaren Energien im Strommix. Zwar verursacht die Herstellung der Batterie relevante zusätzliche Treibhausgasemissionen, über den gesamten Lebensweg ist jedoch in den meisten Fällen mit einer Verringerung der THG-Emissionen ggü. konventionellen Fahrzeugen zu rechnen - auch bei heutigem Strommix.

  • Versauerungspotential   

    Umweltwirkung: Beitrag zur Absenkung des pH-Wertes in Böden und Gewässern

    Vergleich: Die Herstellung von Batteriefahrzeugen verursacht durch den insgesamt höheren Materialeinsatz  und den Einsatz bestimmter Materialien (Nickel, Kobalt und Lithium) innerhalb der Batterie einen höheren Beitrag zum Versauerungspotential. Diese Effekte schlagen derzeit stärker zu Buche als die direkten Auspuffemissionen von Verbrennungsfahrzeugen.

  • Eutrophierungspotential  

    Umweltwirkung: Beitrag zur Überdüngung von Böden 

    Vergleich: Bei konventionellen Fahrzeugen werden etwa 50% der Eutrophierungswirkung durch direkte Auspuffemissionen verursacht, hinzu kommt eine eutrophierende Wirkung durch die Kraftstoffbereitstellung. Da bei Elektrofahrzeugen diese beiden Faktoren wegfallen, zeigen sich hier Vorteile gegenüber konventionellen Antriebssträngen. Dennoch zeigt die Fahrzeugherstellung auch hier ein erhöhtes Schadpotential.

  • Feinstaubemissionen  

    Umweltwirkung: Beitrag zur Erhöhung der Feinstaubkonzentration (Partikel  < 10 µm)

    Vergleich: Die Herstellung der Batterie verursacht in den Materialvorketten hohe Feinstaubemissionen, so dass die Emissionen hier auch über den gesamten Lebenszyklus gerechnet deutlich höher sind als bei konventionellen Fahrzeugen. Im Betrieb verursachen Batteriefahrzeuge hingegen keine Feinstaubemissionen, was v.a. beim Einsatz in ohnehin hoch belasteten städtischen Gebieten von Vorteil ist.

  • Sommersmog-Potential  

    Umweltwirkung: Beitrag zur Bildung bodennahen Ozons

    Vergleich: Vor allem Benzinfahrzeuge tragen mit ihren Kohlenwasserstoffemissionen beim Kaltstart zur Sommersmogbildung bei. Bei Batteriefahrzeugen entstehen die Beiträge zu dieser Umweltwirkung durch Fahrzeugherstellung und Strombereitstellung. Sie sind in Summe zwar deutlich geringer als beim Benziner, aber immer noch signifikant höher als beim Dieselfahrzeug.

 

Vergleich der Ressourcenbedarfe eines Batteriefahrzeugs (100 km Reichweite) ggü. einem Verbrennungsfahrzeug:

  • Energieaufwand  

    Indikator: Primärenergiebedarf (kumulierter Energieaufwand in MJ)

    Vergleich: Das Batteriefahrzeug liegt hier (ähnlich wie bei der Klimawirkung) bei Betankung mit durchschnittlichem heutigen Strom in etwa gleichauf mit dem Dieselfahrzeug und etwa 20 % besser als der Benziner. Eine Versorgung mit vollständig erneuerbarem Strom reduziert neben den Treibhausgasemissionen auch den Primärenergiebedarf erheblich.

  • Rohstoffaufwand  

    Indikator: Kumulierter Rohstoffaufwand = Inanspruchnahme von Materialressourcen (mineralisch, metallisch und biotisch) in kg

    Vergleich: Die heute noch deutlichen Nachteile von Batteriefahrzeugen beim Rohstoffaufwand sind vor allem der Batterieherstellung geschuldet. Zwar ist mit Steigerungen der Energiedichte in den kommenden Jahren zu rechnen, gleichzeitig wird die Batteriekapazität pro Fahrzeug aber ebenfalls steigen, um derzeitige Reichweitenbeschränkungen zu mindern. Der Rohstoffaufwand pro Batteriefahrzeug wird daher nur langsam sinken. Verstärktes Recycling kann dazu ebenfalls einen Beitrag leisten.

  • Wassernutzung  

    Indikator: Inanspruchnahme von Frischwasser (ohne Kühlwasser) in Litern

    Vergleich: Der größte Anteil (90 %) der Wassernutzung entfällt auf die Fahrzeugherstellung bzw. ihre Vorketten und liegt bei einem Batteriefahrzeug mit 100 km Reichweite etwa das Doppelte eines konventionellen Fahrzeugs. Dies geht zu einem wesentlichen Teil auf die Herstellung des Elektrolyten (Lithiumhexaflurophosphat) für die Batterie zurück. Hier kommt erschwerend hinzu, dass der Rohstoff Lithium derzeit zu wesentlichen Teilen in Wassermangelgebieten gewonnen wird (v.a. Atacama-Wüste in Chile). Die Rückgewinnung von Lithium und seinen Verbindungen aus Altbatterien könnte diese Situation verbessern.

  • Landnutzung  

    Indikator: Inanspruchnahme von Flächen in m²*a

    Vergleich: Die Flächennutzung über den Lebensweg beträgt bei Batteriefahrzeugen nur einen Bruchteil der Werte von konventionellen Fahrzeugen. Der Flächenverbrauch ist dort vor allem durch die Biokraftstoffherstellung innerhalb der Kraftstoffbereitstellung getrieben.

  • Kritikalität  

    Indikator: Verfügbarkeit von Rohstoffen aus ökonomischer Sicht (Versorgungsrisiko und Vulnerabilität)

    Vergleich: Als wirtschaftskritische Materialien sind v.a. Kobalt und seltene Erden identifiziert worden. Andere kritische Rohstoffe könnten substituiert werden oder werden nur in geringen Mengen eingesetzt. Eine in Zukunft steigende Nachfrage an Elektrofahrzeugen kann zu einem Anstieg der Kritikalität von Metallen führen. Dies dürfte allerdings u.a. zu einer Anpassung der Rohstoffgewinnung und Explorationsaktivitäten führen und damit mittelbar wieder zu einer Senkung der Kritikalität.