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Faktencheck: Welches Auto hat die beste Klimabilanz?

Von Prof. Dr. Volker Quaschning, 09.08.2019

Eigentlich lässt sich die Frage ganz klar beantworten: Gar kein Auto. Die Herstellung eines Autos verschlingt große Mengen an Rohstoffen und Energie, wobei wiederum große Mengen an klimaschädlichen Treibhausgasen freigesetzt werden. Anfang des Jahres 2019 gab es in Deutschland 47, 1 Millionen Pkws [Kba19]. Auf 1,7 Einwohner kam bereits ein Auto. Wollte man den deutschen Lebensstil auf den Rest der Welt übertragen, bräuchte man für die 7,7 Milliarden Menschen auf der Erde rund 4,5 Milliarden Autos. Dafür müsste die Zahl der Autos weltweit rund verdreifacht werden. Es ist schwer vorstellbar, wie so wirksamer Klimaschutz realisiert werden soll und woher die dafür nötigen Rohstoffe stammen sollen, egal welcher Antrieb für die Autos dabei am Ende verwendet wird. Wollen wir die Klimakrise in den Griff bekommen, müssen der öffentliche Personenverkehr sowie die Fahrradinfrastruktur schnell und umfassend ausgebaut und intensiv genutzt werden sowie Konzepte zur wirksamen Verkehrsvermeidung erstellt und erfolgreich umgesetzt werden. Es gibt aber trotzdem viele Menschen, die können oder wollen nicht auf ein Auto verzichten.

In einem Kurzvideo habe ich darum die Vorteile des batterieelektrischen Autos für den Klimaschutz erläutert. In vielen Kommentaren zum Video werden verschiedene Aspekte unterschiedlicher Antriebsarten zum Teil sehr leidenschaftlich diskutiert. Grund genug, einige Kommentare und Aspekte noch einmal näher zu beleuchten.

Einen Link auf das Video gibt es hier:



Elektroauto versus Diesel

Kommentar: In vielen Studien schneidet das Elektroauto schlechter ab als der Diesel. Darum kann und muss man auch weiter auf den Diesel setzen.

Fakten: In den letzten Monaten wurde sehr intensiv die Frage diskutiert, welcher Antrieb die beste Klimabilanz hat. Verschiedene Studien wie die vom ifo Institut [Buc19] oder dem ADAC [ADAC18] bescheinigen dem Diesel eine genauso gute oder gar bessere Umweltbilanz wie dem Elektroauto mit Batterie. Viele Studien mit dieser Aussage gibt es allerdings nicht und bei den genannten Studien wurden verschiedene systematische Fehler entdeckt [Haj19][Sei19]. Andere Studien sehen das Elektroauto mit Batterie eindeutig vorne [Reg19][ifeu19].

Fakt ist aber auch, dass das Elektroauto beim Laden mit dem deutschen Strommix trotzdem nur geringfügig besser abschneidet. Das Elektroauto hat zwar eine deutlich höhere Effizienz und verursacht trotz des immer noch hohen deutschen Kohlestromanteils weniger klimaschädliches Kohlendioxid pro Kilometer. Bei der Herstellung des Elektroautos entstehen allerdings auch mehr Treibhausgase, da für die Batterie zusätzliche Herstellungsenergie benötigt wird. Erst beim Laden mit reinem Ökostrom ist die Klimabilanz des Elektroautos deutlich besser. Aber auch hier muss man erst einige zehntausend Kilometer fahren, bis das Elektroauto die zusätzlichen Treibhausgase von der Batterieherstellung wieder eingespart hat. Für den Laien ist es angesichts der widersprüchlichen Studien schwer, ein eindeutiges Urteil zu fällen, welches mit Blick in die Zukunft ganz klar gegen den Diesel spricht.

Auch wenn das Elektroauto den Diesel heute in Bezug auf die Klimabilanz noch nicht um Längen schlägt, gibt es dennoch einige sehr gewichtige Gründe, sich möglichst bald vom Diesel zu verabschieden. Wollen wir die Klimakrise noch einigermaßen in den Griff bekommen und in Deutschland das Pariser Klimaschutzabkommen einhalten, müssen wir bis zum Jahr 2035 vollkommen klimaneutral werden [Rah19]. Das bedeutet, wir dürfen dann gar kein Kohlendioxid durch den Autoverkehr mehr verursachen. Mit dem Diesel kann dies nicht gelingen. Die Möglichkeiten der Kohlendioxideinsparungen durch Effizienzgewinne sind sehr begrenzt. Das Potenzial für Biomassetreibstoffe ist so gering, dass der Dieselbedarf nicht einmal ansatzweise gedeckt werden kann [Qua16]. Theoretisch ließen sich auch alternative Treibstoffe als Ersatz für den aus fossilem Erdöl gewonnenen Diesel klimaneutral durch erneuerbare Energien herstellen. Durch die damit verbundenen großen Verluste würde der Bedarf an Solar- und Windstrom explosionsartig ansteigen und diese Treibstoffe wären sehr teuer. Außerdem bleibt die Stickoxidproblematik auch beim Austausch der Treibstoffe erhalten. Es gibt aus heutiger Sicht also keine Option, den Diesel im notwenigen Zeitrahmen zu vertretbaren Kosten klimaneutral zu machen. Da die Lebensdauer von Autos 10 bis 15 Jahre beträgt, sollte darum die Produktion neuer Dieselfahrzeuge möglichst in den nächsten 5 Jahren gestoppt werden.

Anders ist die Perspektive beim Elektroauto: Werden bei der Herstellung und beim Laden ausschließlich erneuerbare Energien verwendet, ist die völlige Klimaneutralität greifbar. Tesla produziert in seiner Gigafactory schon heute seine Batterien nach eigenen Angaben zu größeren Teilen mit erneuerbaren Energien [Tes19]. Probleme wie der große Ressourcenverbrauch, Inanspruchnahme von öffentlichem Raum, verstopfter Innenstädte oder Feinstaub durch den Reifenabrieb bleiben aber auch beim Elektroauto bestehen.


Wasserverbrauch für Lithiumbatterien

Kommentar: Die Herstellung von Lithiumbatterien verschlingt Unmengen an Wasser. Darum ist das Elektroauto
keine Alternative.

Fakten: Lithiumakkumulatoren, also wieder aufladbare Lithiumbatterien, werden seit den 1990er-Jahren verwendet. Während man früher im Sprachgebrauch noch zwischen Akkumulatoren und nicht wieder aufladbaren Batterien unterschieden hat, umfasst heute der Begriff Batterie oftmals beide Varianten. Haupteinsatzgebiete waren bislang Consumergeräte wie Videokameras, Laptops oder Handys. Auch in Einwegbatterien kommt Lithium zum Einsatz. Die verwendeten Rohstoffe sind die gleichen wie beim Elektroauto oder auch Solarbatteriesystemen. Erstaunlicherweise ist ausschließlich der Wasserverbrauch bei der Lithiumgewinnung für die Elektromobilität in der Kritik. Beim eigenen Handy oder Laptop wird hingegen großzügig über das Thema hinweggesehen.

Für eine Tonne Lithium werden bis zu zwei Millionen Liter Wasser benötigt [Les19]. Andere Quellen gehen "nur" von 400.000 Liter Wasser aus. Aber auch das klingt erst einmal viel. Nun ist der Lithiumbedarf für Lithiumbatterien relativ gering. Für einen Batteriespeicher mit einer Speicherkapazität von einer Kilowattstunde benötigt man nur 80 bis 140 Gramm Lithium [Qua19]. Ein Tesla braucht etwa 10 Kilogramm Lithium, andere Elektroautos mit kleineren Batterien entsprechend weniger. Damit liegt der Wasserbedarf für das Lithium einer Tesla-Batterie zwischen 4.000 und 20.000 Liter. Auch für die Herstellung anderer Produkte des täglichen Bedarfs ist der Wasserbedarf enorm [Sch19]. So liegt der genannte Wasserbedarf gerade einmal in der gleichen Größenordnung wie die Produktion von einem Kilogramm Rindfleisch [San10]. Dieser Vergleich soll die Umweltprobleme bei der Lithiumgewinnung nicht verharmlosen, jedoch in den Kontext des Wasserbedarfs einbetten. Die extreme Kritik am Wasserbedarf für Batterien von Elektroautos scheint bei einer solchen Einordnung doch etwas überzogen, zumindest von Autofahrern, die gerne Fleisch essen. Derzeit wird intensiv daran gearbeitet, den Lithiumbedarf für Batterien weiter zu verringern. Eine Reduktion um den Faktor zehn ist durchaus im Bereich des möglichen, was den Wasserbedarf für die Lithiumgewinnung pro Fahrzeug noch einmal drastisch reduzieren wird, sodass er dann gerade einmal einem kleinen Rindersteak entsprechen würde.

Für die Gewinnung von Lithium wird außerdem kein Trinkwasser benötigt. Das Lithium befindet sich in unterirdischer Sole, also Salzwasser. Die größten Fördergebiete befinden sich in Südamerika. Hier wird das Salzwasser aus unterirdischen Seen in Wüstenregionen nach oben gefördert und in großen künstlichen Becken verdunstet, bis das reine Lithiumsalz zurückbleibt. Hierbei geht also erst einmal kein wertvolles Trinkwasser verloren. Die große Entnahme von Salzwasser kann aber zum Nachströmen von Trinkwasser aus angrenzenden Regionen führen. Die unterirdischen Wasserflüsse in der betroffenen Region sind noch nicht ausreichend erforscht. Außerdem ist der Landverbrauch für die Verdunstungsbecken sehr groß, auch wenn es sich dabei in der Regel um Wüste handelt. In der Forschung werden darum bereits alternative Verfahren zur Gewinnung von Lithium aus Salzwasser ohne Wasserverdunstung entwickelt. Mittelfristig könnte dann das Wasser wieder in den Untergrund zurückgepumpt oder daraus sogar Süßwasser gewonnen und als wertvolles Trinkwasser für die Region genutzt werden.

Das Problem des Wasserverbrauchs bei der Lithiumgewinnung ist also heute im Vergleich zu anderen Produkten bereits überschaubar und mittelfristig vollständig lösbar und damit kein Argument, nicht weiter auf das Elektroauto zu setzen. Bei der Kritik des Wasserverbrauchs bei der Lithiumgewinnung wird nämlich ein Argument gerne vergessen: Gerade für die Gewinnung von Treibstoffen für Autos mit Verbrennungsmotoren, z. B. beim Abbau von Teer- und Ölsanden, ist der Wasserverbrauch und die Umweltbelastung viel extremer [Gre14][Gre10].


Kinderarbeit für Lithiumbatterien

Kommentar: Bei der Herstellung von Lithiumbatterien kommen seltene Erden und Kobalt zum Einsatz, das unter unwürdigen Bedingungen mit Kinderarbeit gewonnen wird.

Fakten: Von der Lithiumbatterie gibt es verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Materialien. Seltene Erden werden in den gängigen Varianten bislang nicht benötigt. Dieses Argument können wir hier also klar widerlegen.

In der positiven Elektrode der Lithiumbatterie kommen Lithium-Metalloxide zum Einsatz. In vielen gängigen Varianten wird dabei auch Kobalt verwendet. Es gibt aber auch heute schon kobaltfreie Lithiumbatterien, zum Beispiel die Lithiumeisenphosphat-Batterie. Viele Hersteller arbeiten an einer Reduktion des Kobalt-Einsatzes oder anderen kobaltlosen Alternativen. Längerfristig ist es wahrscheinlich, dass sich komplett kobaltfreie Batterien durchsetzen werden. Heute wird Kobalt aber tatsächlich in vielen Batterien noch verwendet.

Um es ganz klar zu sagen: Kinderarbeit ist inakzeptabel und ist leider weltweit sehr verbreitet. UNICEF schätzt, dass es weltweit 152 Millionen Kinderarbeiter gibt, die "unter Bedingungen arbeiten, die sie ihrer elementaren Rechte und Chancen berauben" [Cha19]. Viele importierte Lebensmittel und Produkte werden mit Hilfe von Kinderarbeit produziert. Kinder arbeiten in Steinbrüchen, in Minen, in der Landwirtschaft, in Werkstätten oder der Textilproduktion.

Rund die Hälfte des Kobalts weltweit wird in der Demokratischen Republik Kongo gefördert. Im Kongo ist, wie in vielen Ländern Sub-Sahara Afrikas, Kinderarbeit weit verbreitet. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich mit Hilfe von Kinderarbeit gewonnenes Kobalt in einer Autobatterie befindet, ist damit nicht gering. Auch beim Kauf von T-Shirts oder Schokolade ist die Wahrscheinlichkeit von Kinderarbeit hoch. Hinzu kommt, dass bei Autos mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren Kinderarbeit bei der Gewinnung oder Verarbeitung einzelner Rohstoffe ebenso wahrscheinlich ist, ohne dass dies im Fokus der öffentlichen Diskussion steht.

Insofern ist es erfreulich, wenn im Zuge der Einführung der Elektromobilität die Problematik der Kinderarbeit endlich wieder breiter diskutiert wird. Alle können einen Beitrag leisten, die Situation zu verbessern, indem sie Produkte mit dem Fairtrade-Siegel kaufen [Fai19]. Bei anderen Produkten, wie T-Shirts, Handys, Laptops oder eben auch Autos muss Druck auf die Hersteller ausgeübt werden, auf faire Arbeitsbedingungen zu achten. Gleichzeitig müssen wir dafür sorgen, dass sich die Lebensbedingungen und die politischen Situationen in den betroffenen armen Ländern der Erde verbessern. Auch hier haben wir als Einwohner von einem reichen Land eine besondere Verantwortung, dies zu unterstützen. Hier sind wir als Verbraucher gefragt, bei den Herstellern kritisch nachzufragen und von der Politik die dafür nötigen Rahmenbedingungen zu fordern.


Netzüberlastung durch Elektroautos

Kommentar: Wenn wir nur noch Elektroautos haben und alle gleichzeitig laden, bricht das deutsche Stromnetz zusammen.

Fakten: In verschiedenen Beiträgen wie [Ebe17][Les19b] wird erläutert, dass unser Stromnetz beim gleichzeitigen Laden von 1 Millionen Elektroautos mit einer Ladeleistung von 350 Kilowatt komplett überlastet wäre. In einer Replik habe ich zusammen mit Stefan Rahmstorf bereits 2017 darauf hingewiesen, dass unsere Netze ebenfalls zusammenbrechen würden, wenn alle Deutschen gleichzeitig ihren Staubsauger oder ihren Fön einschalten [Qua17]. Auch wenn Millionen von Deutschen gleichzeitig zur nächste Tankstelle fahren, würde bei uns im Land das absolute Chaos ausbrechen. Entscheidend bei der Frage der Überlastung der Netze und anderer Teile der Infrastruktur ist die Gleichzeitigkeit.

Erst einmal ist es also richtig, dass wir mit dem derzeitigen Netz auf absehbare Zeit nicht gleichzeitig eine Millionen Elektroautos mit 350 Kilowatt laden können. Andererseits kann man derzeit noch gar keine Elektroautos kaufen, die sich mit 350 Kilowatt laden lassen. Die meisten Ladevorgänge finden an regulären Stellplätzen statt. Im Durchschnitt fährt ein Auto in Deutschland 38 Kilometer am Tag. Selbst bei einer Ladeleistung von 2,3 Kilowatt, die über eine herkömmliche Steckdose möglich ist, ist diese Strecke in rund 3 Stunden wieder nachgeladen (s. Tabelle). Bei einer Ladeleistung von 350 Kilowatt benötigt dies nur rund eine Minute. Es drängt sich die Frage auf, warum man das machen sollte, wenn man weiß, dass dies enorme Kosten verursacht, die Lebensdauer der Batterie stark leidet und das Auto sowieso 10 Stunden am Stellplatz neben der Steckdose rumsteht.

Reichweitengewinn beim Laden pro Stunde in Abhängigkeit der Ladeleistung
LadeleistungVerbrauch 15 kWh/100 kmVerbrauch 20 kWh/100 km
1,4 kW AC einphasig9 km7 km
2,3 kW AC einphasig15 km12 km
3,7 kW AC einphasig25 km19 km
7,4 kW AC einphasig49 km37 km
11 kW AC dreiphasig73 km55 km
22 kW AC dreiphasig147 km110 km
50 kW DC Gleichstrom333 km250 km
100 kW DC Gleichstrom666 km500 km
350 kW DC Gleichstrom2333 km1750 km

Wenn wir bei allen Autos die rund 7 Kilowattstunden an elektrischer Energie für 38 Kilometer durchschnittliche Fahrleistung über den Tag gleichmäßig verteilt nachladen, ergibt sich gerade einmal eine durchschnittliche Ladeleistung von weniger als 300 Watt, nicht mal ein Tausendstel der genannten Spitzenleistung von 350 Kilowatt. Bei der Elektromobilität kommt es also darauf an, die Ladeleistung aller Autos gleichmäßig zu verteilen, was bei dem Durchschnittsauto recht einfach machbar ist, wenn am Ende alle Stellplätze über eine einfache, gesteuerte Steckdose verfügen. Natürlich müssen wir für die Elektromobilität zusätzliche erneuerbare Kraftwerke bauen und die eine oder andere Leitung verstärken. Selbst wenn wir alle vorhanden Autos durch Elektroautos ersetzen würden, was wie in der Einleitung beschrieben wenig erstrebenswert ist, würde der deutsche Strombedarf "nur" um rund 20 Prozent ansteigen. Technisch und ökonomisch ist das in absehbarer Zeit problemlos zu leisten, zumal jährlich auch Milliardensummen für den Import von Erdöl eingespart werden können.

Lediglich bei Vielfahrern stellt sich die Frage nach hohen Ladeleistungen. Aber auch hier wird die Digitalisierung Lösungen bereithalten. Problematisch sind hohe Ladeleistungen nur, wenn damit viele Autos gleichzeitig geladen werden. Denkbar ist ein System, das alle Fahrstreckenwünsche so koordiniert, dass die dafür nötigen Schnellladestopps zeitlich gleichmäßig verteilt werden. Wenn künftig also das eigene Elektroauto entlang der geplanten Fahrstrecke vollautomatisch Ladestopps während zugewiesener Ladeslots ansteuert, wäre das Problem gelöst. Manchmal wünscht man sich als Ingenieurwissenschaftler, dass Kritiker deutschen Ingenieuren einfach nur mal zutrauen würden, für technisch lösbare Probleme am Ende auch Lösungen zu entwickeln.


Wasserstoffauto versus Batterie

Kommentar: Für den Klimaschutz sollten wir besser auf das Brennstoffzellenauto anstatt auf das Batterieauto setzen.

Fakten: Für den Betrieb eines Brennstoffzellenautos muss erst einmal Wasserstoff hergestellt und auf hohen Druck gebracht werden. Im Auto selbst muss dieser dann mit Hilfe einer Brennstoffzelle zurückverstromt werden. Beides verursacht hohe Verluste, sodass ein Brennstoffzellenauto fast dreimal so viel Strom zum Herstellen des nötigen Wasserstoffs braucht wie ein Batterieauto zum Laden der Batterien. Wenn man also beide Fahrzeugvarianten vergleichen möchte, muss man beim Brennstoffzellenauto auch den Herstellungsaufwand für den Wasserstoff berücksichtigen. Dafür fällt der hohe Herstellungsenergieaufwand für die Batterie weg. Unterm Strich unterscheidet sich am Ende die Klimabilanz beider Fahrzeugvarianten kaum [Ste19].

Derzeit wird ein Großteil des Wasserstoffs in Deutschland aus Erdgas gewonnen. Vorteile für den Klimaschutz lassen sich damit nicht generieren. Wollten wir alle Autos durch Brennstoffzellenautos ersetzen und den Wasserstoff durch erneuerbare Energien in Deutschland gewinnen, müssten wir auch fast dreimal so viel Windkraft- und Solaranlagen aufstellen. Zumindest für das Aufstellen der nötigen Windkraftanlagen fehlen in Deutschland aber die dafür benötigten Standorte [Qua16]. Bei der Wasserstofflösung wären wir also auf den Import von regenerativem Wasserstoff angewiesen. Dies in den für den Klimaschutz erforderlichen Zeitfenstern zu realisieren, dürfte schwer werden. Außerdem wird die Wasserstofflösung wegen der hohen Verluste am Ende auch teurer sein als die Batterievariante.

Darum ist es sehr wahrscheinlich, dass die Wasserstofflösung vor allem bei Fahrzeugen mit hohen täglichen Fahrleistungen wie LKWs, Bussen oder Autos für extreme Vielfahrer zum Einsatz kommt. Das normale Auto für durchschnittliche Anwendungen wird künftig mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Batterieauto sein. Umweltnachteile gibt es dadurch nicht.




Quellen:

[ADAC18] ADAC: Die Ökobilanz unserer Autos: Elektro, Gas, Benzin, Diesel & Hybrid. ADAC, 20.03.2018.
[Buc19] Buchal, Christof; Karl, Hans-Dieter; Sinn, Hans-Werner: Kohlemotoren, Windmotoren und Dieselmotoren: Was zeigt die CO2-Bilanz? In: ifo Schnelldienst 8 / 2019 72. Jahrgang 25. April 2019, S. 40-54.
[Cha19] Charbonneau, Ninja: Kinderarbeit weltweit. UNICEF, 07.06.2019.
[Ebe17] Ebert, Vince: Was wäre, wenn wir alle elektrisch fahren würden? Spektrum.de vom 19.03.2017.
[Fai19] Fairtrade Deutschland: Kinderrechte - Faire Handelsstrukturen zur Bekämpfung von Kinderarbeit. Fassung vom 02.08.2019.
[Gre10] Greenpeace: Ölsandabbau in Kanada: dramatische ökologische und klimatische Auswirkungen. Hamburg 02/2010.
[Gre14] Greenpeace: Teersand in Kanada. 14.02.2014.
[Haj19] Hajek, Stefan: Was Hans-Werner Sinn bei seiner Elektroauto-Studie übersehen hat. Wirtschaftswoche, 19.04.2019.
[Les19] Lesch, Harald: Brennstoffzelle im Auto: Besser als Lithiumakkus? Terra X Lesch & Co vom 05.06.2019.
[Les19b] Lesch, Harald: Brennstoffzelle im Auto: Besser als Lithiumakkus? Terra X Lesch & Co vom 05.06.2019.
[ifeu19] ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung: Klimabilanz von Elektroautos. Heidelberg, 2019.
[Kba19] Kraftfahrt Bundesamt Kba: Jahresbilanz des Fahrzeugbestandes am 1. Januar 2019.
[Qua16] Quaschning, Volker: Sektorkopplung durch die Energiewende. HTW Berlin, 2016.
[Qua17] Quaschning, Volker; Rahmstorf, Stefan: E-Autos - Der Kollaps bleibt aus. Spektrum.de vom 30.03.2017.
[Qua19] Quaschning, Volker: Regenerative Energiesysteme. Hanser Verlag München, 10. Auflage 2019.
[Reg19] Regett, Anika; Mauch, Wolfgang; Wagner, Ulrich: Klimabilanz von Elektrofahrzeugen - Ein Plädoyer für mehr Sachlichkeit. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V., 2019.
[Rah19] Rahmstorf, Stefan: Wie viel CO2 kann Deutschland noch ausstoßen? Blog Klimalounge auf Spektrum.de, Fassung vom 28.03.2019.
[Sch19] Schwochow, J.: Wie viel Wasser verbrauchen wir? Fassung vom 06.08.2019.
[Sei19] Seiwert, Martin: ADAC rechnet Elektroautos schlecht. Wirtschaftswoche, 11. Juli 2019.
[San10] Sanktjohanser, Florian: Ein Kilo Rindfleisch kostet 15.000 Liter Wasser. Welt Wissen, 28.01.2010.
[Ste19] Sternberg, André; Hank, Christoph; Hebling, Christopher: Treibhausgasemissionen für Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeuge mit Reichweiten über 300 km.
[Tes19] Tesla: Tesla Gigafactory. Fassung vom 22.07.2019.
[Vol19] Vollmer, Peter: Lithium aus Lateinamerika: Umweltfreundlicher als gedacht. Edison Handelsblatt vom 07.03.2019.




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