Beitragsreihe Elektromobilität: Ökobilanz von Elektrofahrzeugen

Die Elektromobilität ist ein zentraler Forschungsbereich der FfE und Teil von zahlreichen Forschungsprojekten. In der folgenden Beitragsreihe werden verschiedene Themenbereiche vorgestellt. Ein Fokus liegt auf Szenarien für Elektrofahrzeuge und Ladesäulen in Deutschland. Im weiteren werden die unterschiedlichen Ladestecker erklärt, sowie verschiedene Netzintegrationsmöglichkeiten durch gesteuertes und bidirektionales Laden beschrieben. Zum Abschluss wird auf die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen eingegangen.

Dies ist der siebte und damit letzte Beitrag einer Reihe von 7 Beiträgen, die nun sukzessive auf unserer Website erscheinen und in dieser Tabelle verlinkt werden.

 

Übersicht über die Themen der Beitragsreihe Elektromobilität
1.   Entwicklung der Elektromobilität
2.   Ladepunkte
3.   Steckertypen
4.   Privates und öffentliches Laden
5.   Smart Charging
6.   Anwendungsfälle von Bidirektionalem Laden
7.   Ökobilanz von Elektrofahrzeugen

 

Die Wahrnehmung von Elektrofahrzeugen (EV) in der Öffentlichkeit schwankt zwischen "Allheilmittel" und "Placebo". Um jedoch die ehrgeizigen Treibhausgas-Reduktionsziele von 40 % bis 2040 und 80 - 95 % bis 2050 im Vergleich zu 1990 [1] des Pariser Klimaabkommens zu erreichen, ist die Integration erneuerbarer Energien in den Verkehrssektor erforderlich. Zu diesem Zweck ist die Elektromobilität derzeit die einzige nennenswerte Alternative und ihr Ausbau hat irreversibel an Fahrt gewonnen. Es stellt sich daher die Frage, welchen realen Beitrag EVs zur Erreichung dieser Ziele leisten können.

Es ist unbestritten, dass ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug wesentlich effizienter ist als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Dieser Vorteil wird jedoch durch den höheren kumulativen Energieaufwand für die Herstellung von EV-Batterien verringert. Der Energiebedarf bei der Batterieherstellung ist mit Unsicherheiten behaftet und liegt nach [2] in der Regel im Bereich von weniger als 10 bis fast 170 kWh pro kWh erzeugter Batteriekapazität, wobei die mit diesem Strombedarf einhergehenden Emissionen stark von dem am Standort der Batteriefertigung vorherrschenden Strommix abhängen.

Abbildung 1 zeigt die Ergebnisse der FfE Studie „Klimabilanz von Elektrofahrzeugen – Ein Plädoyer für mehr Sachlichkeit“ [3]. Zu sehen sind die THG-Emissionen der gesamten Batterieproduktion in kg CO2-Äquivalent pro kWh Batteriekapazität als Funktion des für die Batterieproduktion benötigten Stroms und des Emissionsfaktors für den bei der Batterieproduktion verwendeten Strom.

 Energiebedingte THG Emissionen der Batterieproduktion

Abbildung 1: Auswirkung des Strombedarfs und des Emissionsfaktors von Strom in der Batteriefertigung auf die Treibhausgas-(THG)-Emissionen der Batterieproduktion

In der Studie wurde auch die "Amortisationsdauer" eines EVs im Vergleich zu einem Fahrzeug mit konventionellem Verbrennungsmotor analysiert [3]. Die THG-Emissionen für die Produktion des Benzinfahrzeugs in Deutschland wurden aus [4] abgeleitet und belaufen sich auf ca. 6,6 t CO2- Äquivalent. Für ein EV mit einem 30 kWh Batteriesystem, das wie in [5] angegeben produziert wird, betragen die Emissionen 10 t CO2-Äquivalent. Die Ergebnisse des in Abbildung 2 dargestellten Vergleichs beziehen sich auf Fahrzeuge mit Verbrauchswerten von 5,9 l/100 km für das Benzinfahrzeug und 17,3 kWh/100 km für das Elektrofahrzeug.

 

Klimawirksamkeit eines Benzin und eines batterieelektrischen Fahrzeugs

Abbildung 2: Klimawirksamkeit eines Benzin- und eines batterieelektrischen Fahrzeugs der Kompaktklasse in Abhängigkeit von Fahrleistung und geladenem Strom (DE: deutscher Strommix, EU: europäischer Strommix, PV: Photovoltaik)

Es ist zu sehen, dass das Elektrofahrzeug bei Aufladung mit dem deutschen Strommix ab 2015 (Emissionsfaktor: 0,58 kg CO2-Äquivalent/kWh, Anteil erneuerbarer Energien: 29 %) ab einer Strecke von ca. 50.000 km emissionsseitig besser abschneidet als das Benzinerfahrzeug. Bei einer durchschnittlichen Jahresfahrleistung von ca. 14.000 km ergibt sich für die berechnete Strecke eine Amortisationszeit von 3,6 Jahren. Diese reduziert sich auf knapp 2,8 Jahre für den EU-Strommix (0,46 kg CO2-Äq./kWh) und auf 1,6 Jahre für Strom aus Photovoltaik (0,1 kg CO2-Äq./kWh). Die Ergebnisse zeigen auch, dass selbst wenn der Strommix noch sehr stark von konventionellen Kraftwerken dominiert wird, die zusätzlichen Emissionen für die Produktion des Elektrofahrzeugs durch die geringeren Emissionen im Betrieb kompensiert werden.

 

Weitere Informationen:

 

Quellen:

[1] Sechster Monitoring-Bericht zur Energiewende - Berichtsjahr 2016. Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), 2018. 
[2] Ellingsen, L. et al.: Identifying key assumptions and differences in life cycle assessment studies of lithium-ion traction batteries with focus on greenhouse gas emissions. In: Transportation Research Part D: Transport and Environment 55, 82-90, 2017.
[3] Regett, A. et al.: Klimabilanz von Elektrofahrzeugen – Ein Plädoyer für mehr Sachlichkeit. Munich: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V., 2020.
[4] Hawkins, T. et al.: Comparative environmental life cycle assessment of conventional and electric vehicles - supporting information. In: Journal of Industrial Ecology 17(1), 53-64, 2013.
[5] Thielmann, Axel et al.: Energiespeicher-Roadmap (Update 2017) - Hochenergie-Batterien 2030+ und Perspektiven zukünftiger Batterietechnologien. Karlsruhe: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI), 2017.

 

 

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