Umwelteffekte von Elektromobilität - Energieautonomie ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Umwelteffekte von Elektromobilität
INHALTSVERZEICHNIS
1 Elektroauto & Diesel-PKW im Vergleich 4 Diese Infobroschüre geht den großen Fragen der Auswirkungen auf die Um-
1.1 Herstellung 5 welt durch Elektrofahrzeuge nach.
1.2 Umwelteffekte im Fahrbetrieb 8 Im ersten Teil werden die Umwelteffekte der Herstellung, Nutzung und des
1.3 Lebenszyklus von Traktionsbatterien 10 Lebensendes von Elektrofahrzeugen inklusive Batterie im Vergleich zu Die-
1.4 Entsorgung - Recycling 12 selfahrzeugen beschrieben.
1.5 Umwelteffekte über die gesamte Lebensdauer 14 Im zweiten Teil wird der Frage nachgegangen, was eine weitgehende Um-
2 Was wäre, wenn… 16 stellung auf Elektromobilität in Vorarlberg bedeuten würde. Wie viel impor-
2.1 Schlussfolgerung 20 tiertes Öl könnten wir sparen? Und woher könnte der zusätzlich notwendige
Strom kommen?
Quellen 22
Impressum 23
2 31 Elektroauto &
Diesel-PKW im Vergleich 1.1 Herstellung
Die zentralen Auswirkungen des Verkehrs auf die Umwelt sind die Luft- Umwelteffekte durch Fahrzeugherstellung
schadstoffe und Treibhausgase. Diese entstehen bei der Herstellung, der Ver- Bei der Herstellung von Fahrzeugen entstehen Umwelteffekte. Unterschiedli-
wendung und der Entsorgung der Fahrzeuge: che Rohstoffe müssen gewonnen, verarbeitet und zusammengesetzt werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, sind
• Luftschadstoffe wie Stickoxide und Feinstaub gefährden unsere Gesundheit Elektroautos aufwändiger in der Produktion. Grund dafür ist insbesondere der
unmittelbar. In Ländern wie Deutschland und Österreich sterben heutzutage “Tank” des Elektroautos: die Traktionsbatterie. Das spiegelt sich auch in den
doppelt so viele Menschen an Luftschadstoffen aus dem Verkehr als durch Umwelteffekten wider: Elektroautos verursachen in der Produktion etwa 30 %
Verkehrsunfälle (Leliveld 2015). mehr klimaschädliche Gase als herkömmliche Fahrzeuge.
• Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2) verstärken den Klimawandel und stellen
kg CO2 eq.
dadurch eine Gefährdung für die gesamte Menschheit dar.
3500
1100
3000
2633 2500
2161 2000
1500
Herstellung Batterie
1000
Herstellung Fahrzeug
500
Diesel-PKW Elektroauto 0
Umweltbundesamt 2016
Die CO2-Emissionen bei der Batterieherstellung variieren stark je nach Tech-
nologie. Die verwendeten Daten beziehen sich auf eine Lithium-Mangan-
Batterie eines Kompakt-Klasse-Fahrzeugs.
4 5Potentielle Eigenversorgung mit Rohstoffen aus Österreich:
In Kärnten befindet sich mit 280.000 Tonnen das größte Lithiumoxid-
Vorkommen Europas. Damit könnten etwa 28 Millionen Traktionsbatterien
Rohstoffe in Traktionsbatterien hergestellt werden. Durch die steigende Nachfrage wurde auch
Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren fungieren Diesel oder Benzin als Ener- der Abbau von Graphit in der Steiermark wieder aufgenommen.
giespeicher. Das nötige Erdöl kommt oft aus instabilen Regionen. Die Förderung
verursacht und verlängert politische sowie ökologische Krisen rund um die Welt.
Anstatt Diesel oder Benzin haben Elektroautos eine Traktionsbatterie. In dieser
wird der Strom für den Antrieb gespeichert. Die Inhaltsstoffe von Traktions-
batterien sind den Batterien von Mobiltelefonen und anderen elektronischen
China ist der größte
Geräten sehr ähnlich.
Graphitproduzent
Aufgrund der größeren benötigten Mengen (die Traktionsbatterie eines PKW
wiegt rund 200 kg) wird öfter über die Versorgung mit den Rohstoffen disku-
tiert. Lithium-Oxid ist dabei der bekannteste und meist diskutierte Inhaltsstoff.
Das ungiftige Metall macht zwar nur 2 % der Masse aus, ist aber in mehreren
Komponenten von Traktionsbatterien unabdinglich. Weitere zentrale Inhalts- Demokratische Republik Kongo:
stoffe sind Aluminium, Graphit, Kobalt, Mangan und Nickel. 65 % des weltweiten Kobalt
kommen aus dem Kongo. Das Land
Die Graphik zeigt, welche Inhaltsstoffe für Traktionsbatterien besonders wich-
ist von politischer Instabilität geprägt.
tig sind und woher sie kommen.
Nickel aus Indonesien
Mangan aus Südafrika
Aluminium aus Australien
Lithium Dreieck:
In Argentinien, Chile und Bolivien
befinden sich rund 75 % der
weltweiten Lithium-Vorkommen.
6 7E-PKW
NOx (Stickoxide)
Strommix
Österreich bei einer 100 km-Fahrt
5,2 g E-PKW
Ökostrom
1.2 Umwelteffekte im Fahrbetrieb Diesel-PKW 5,3 g
35,1 g
Nicht nur die Herstellung eines Fahrzeuges hat einen Einfluss auf die Umwelt.
E-PKW
Je nach Antriebsart gibt es auch beim Fahren unterschiedliche Umwelteffekte. Ökostrom
Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird Diesel oder Benzin als Treib- 0,2 g
stoff verbrannt - dadurch entstehen unmittelbar schädliche Abgase wie Stick- Diesel-PKW E-PKW
PM (Feinstaub) Strommix
oxide, Feinstaub und das klimaschädliche Kohlendioxid. bei einer 100 km-Fahrt 1,2 g Österreich
Elektroautos haben keinen Auspuff und verursachen beim Fahren keine Schad- 0,3 g
stoffe. Diese fallen je nach Herstellungsart des “getankten” Stroms am Ort der
Stromerzeugung an.
Ein wichtiger Grund für die niedrigeren Umwelteffekte von Elektroautos ist
auch der niedrigere Energieverbrauch. Da Elektromotoren viel effizienter sind,
als Verbrennungsmotoren, benötigt ein Elektroauto ca. 1/3 der Energie für die
Diesel-PKW Energieverbrauch
gleiche Strecke. E-PKW bei einer 100 km-Fahrt
61 kWh
20 kWh
CO2 bei einer 100 km-Fahrt
E-PKW
Strommix Umweltbundesamt 2016
Österreich
3.000 g
Vergleicht man die Schadstoffemissionen bei einer Fahrt von 100 km werden die
Nachteile von Verbrennungsmotoren sichtbar. Sowohl bei gesundheitsschädlichen
Stickoxiden und Feinstaub, als auch bei beim Treibhausgas CO2, haben diese
Diesel-PKW eine wesentlich schlechtere Umweltbilanz. Bei Elektroautos wird der Vorteil von
17.800 g E-PKW Strom aus erneuerbaren Energiequellen eindeutig. Das Umweltbundesamt setzt
Ökostrom
in seinen Berechnungen den durchschnittlichen österreichischen Ökostrom-
400 g
Mix an. Wird der Strom hingegen ausschließlich über Wind, Wasserkraft oder
Solaranlagen erzeugt, reduzieren sich die Schadstoffe auf nahezu Null.
Berechnungsbasis: PKW in der Kompaktklasse
Durchschnittsverbrauch 5,2l Diesel/100km
8 91.3 Lebenszyklus Traktionsbatterien
Ähnlich wie bei Mobiltelefonen altern auch die Batterien von Elektrofahrzeu- Verlängerung des Lebenszyklus. Ein zweites Leben für Traktionsbatterien
gen. Wenn sie nur mehr 70 - 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität haben, sind Bei “Second-Life” Anwendungen werden Traktionsbatterien, nach 10-15 Jah-
sie für den Einsatz im Fahrzeug oft nicht mehr geeignet, weil sich die Reich- ren nicht entsorgt, sondern für neue Anwendungen genutzt. Auch wenn die
weite entsprechend reduziert. Zellen nicht mehr stark genug für die Nutzung im Fahrzeug sind, können sie
Fahrzeughersteller geben derzeit Garantien von rund 6 Jahren auf die verbau- z.B. als Hausspeicher eingesetzt werden. Die Lebensdauer einer Batterie kann
ten Traktionsbatterien. Eine Verwendungsdauer von 10 Jahren wird als realis- so um 5-10 Jahre verlängert werden. Das schont nicht nur die Umwelt, sondern
tisch angesehen. spart auch Kosten.
Eine sinnvolle Möglichkeit die Zellen der Traktionsbatterien auch danach zu „Second-Life“ Anwendungen sind derzeit im Aufbau begriffen. Bereits heute
verwenden sind sogenannte „Second-Life“ Anwendungen. bieten einige Fahrzeughersteller derartige Lösungen an.
Lebensende Vorbereitung Second-Life als Recycling
bei 70 - 80 % Leistung für „Second-Life“ Anwendung - Hausspeicher bei Leistungsabfall
- Beitrag zur Netzstabilität unter 40 %
- Spitzenlastmanagement
- Notstromversorgung
Quelle: Schaufenster Elektromobilität 2016
10 111.4 Entsorgung - Recycling
Nach einem Leistungsabfall auf unter 40 % genügt die Leistung auch nicht 3. Metallische Komponenten wie Kup-
mehr für eine „Second-Life“ Anwendung. Die Batterien müssen entsorgt werden. fer, Nickel, Mangan, Aluminium, Eisen
Da es in Österreich derzeit keine Recyclinganlage für Li-Ionen-Akkumula-
Ni können zu 100 % wieder gewonnen
toren gibt, werden hierzulande anfallende Traktionsbatterien größtenteils in Cu werden.
Mn
Deutschland oder der Schweiz recycelt.
Bisher fallen alte Traktionsbatterien nur sehr vereinzelt an. Mit zunehmender
Fe
Verbreitung von Elektrofahrzeugen wird sich das allerdings ändern. Bereits
Al
heute sind Akkus aus E-Bikes und Pedelecs ein Thema.
Lithium Recycling in Zukunft:
1. Nicht mehr funktionstüchtige 2. Recyclinganlage: Nach der me- Das industrielle Recycling von Lithium ist aufgrund der niedrigen Marktpreise
Traktionsbatterien werden an ein chanischen Zerkleinerung werden die noch nicht rentabel. Mit steigenden Preisen infolge höherer Nachfrage oder An-
Entsorgungsunternehmen übergeben. Zellen thermisch behandelt. Wertvolle gebotsverknappung wird sich dies in Zukunft allerdings ändern.
Wegen der hohen Energiedichte von Metalle können so ausgeschmolzen
Erste Pilotprojekte zur Wiedergewinnung von Lithium, Kobalt und weiteren
Lithiumakkumulatoren gibt es strenge werden. Die Abluft wird gefiltert. Als
Rohstoffen existieren bereits (z.B. Lithorec 2: http://www.lithorec2.de).
Sicherheitsauflagen für den Transport. fester Rückstand des Verbrennungs-
prozesses fällt glasartige Schlacke an,
die deponiert werden muss.
12 1339
2633
kg CO2 Emissionen
1.5 Umwelteffekte - gesamte Lebensdauer
35154 35000
Betrachtet man den Ausstoß von Treibhausgasen durch Herstellung, Fahrbe-
30000
trieb und Entsorgung über die gesamte Lebensdauer, werden die hohen Um-
welteffekte von Verbrennungsmotoren deutlich. Entsorgung Fahrzeug und Akku
Durch die wesentlich höhere CO2-Bilanz im Fahrbetrieb, verursachen diese fast Herstellung Akku
zehn Mal so viel klimaschädliche Emissionen, wie ein Elektroauto, das mit Herstellung Fahrzeug 25000
Ökostrom betrieben wird.
Betrieb
Bei der CO2-Bilanz von Elektroautos ist auch bemerkenswert, dass neben der
Stromquelle insbesondere die Herstellung von Fahrzeug und Batterien aus-
20000
schlaggebend ist. Im Gegensatz dazu sind die Umwelteffekte durch die Entsor-
gung verhältnismäßig klein.
Beim Anblick der gesamten CO2-Bilanz von Elektroautos wird klar, dass 15000
a) das „Tanken“ mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen einen signifikanten
Unterschied macht und
b) eine möglichst lange Nutzung und eine möglichst hohe Auslastung von
59 10000
Fahrzeug und Batterie sinnvoll ist, da so die Umwelteffekte von Herstellung 1100
und Entsorgung pro Kilometer niedriger gehalten werden können. 2161
5934
59 5000
1100
2161
468
Diesel Strommix Ökostrom 0
Österreich
CO2-Emissionen über gesamte Lebensdauer
Berechnungsbasis: PKW der Kompaktklasse, Lebensdauer 15 Jahre, Jahresfahrleistung 13.000 km
Quelle: Umweltbundesamt 2016
14 152 Was wäre, wenn... 2573
GWh
2000
Die Vorteile von Elektrofahrzeugen liegen auf der Hand: Sie sind wesentlich
umweltfreundlicher und die Abhängigkeit von Öl aus Konfliktregionen wird
deutlich reduziert. Auch das viel diskutierte Thema der Reichweite wird sich
auflösen: Die neueste Generation an Elektroautos hat bereits Reichweiten um
die 400 km. Gleichzeitig ist die Ladeinfrastruktur - mit europaweit nutzbaren
Ladekarten - mittlerweile sehr nutzerfreundlich.
1500
Aufgrund der höheren Effizienz von Elektroautos geht der Gesamtenergiebe-
darf beim Austausch von fossil betriebenen Fahrzeugen deutlich zurück. Dafür
steigt der Strombedarf. Um 10.000 km pro Jahr elektrisch fahren zu können, Treibstoffe rund 600
genügt allerdings die Stromerzeugung einer 12 m2 Photovoltaikanlage.
Strom
60 kWh/100 km Diesel-PKW 1000
20 kWh/100 km E-PKW
0 20 40 60
Aber wäre ein weitgehender Umstieg auf Elektromobilität überhaupt möglich?
rund 600
Laut Vorarlberger Elektromobilitätsstrategie sollen bis 2020 mindestens 10.000
Elektroautos auf Vorarlbergs Straßen fahren. Dazu wären pro Jahr rund 20 GWh 500
zusätzlicher Strom erforderlich. Zum Vergleich: Das neue Kraftwerk Illspitz er-
zeugt 28 GWh pro Jahr.
Das Umweltbundesamt geht davon aus, dass bis 2050 rund 75 % aller Fahr-
zeuge elektrisch fahren werden. Damit würden wir uns in Vorarlberg etwa
200.000.000 Liter Diesel und Benzin Importe sparen. Um die darin enthaltene
0
Energie von knapp 2.000 GWh mit Strom zu ersetzen, brauchen wir aber gut Energieverbrauch Szenario 2050 mit
600 GWh zusätzlichen Strom. treibstoffgebundene Mobilität 2015 75 % Elektrofahrzeuganteil
Amt der Vorarlberger Landesregierung 2017
16 17Um den Strombedarf für den weitgehenden Umstieg auf Elektromobilität bis 2050 abzudecken, bieten sich Maßnahmen in folgenden Handlungsfeldern an: Weniger motorisierter Individualverkehr Ausbau Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern Vermeiden, verlagern und umweltverträglich abwickeln sind die Grundsätze Neben der Vermeidung des motorisierten Verkehrs und den Stromeinsparungen der Vorarlberger Verkehrspolitik. Dies trifft auch auf die Elektromobilität zu. können auch erneuerbare Energieträger weiter ausgebaut werden. Allein im Gelingt es, den motorisierten Verkehr zumindest teilweise auf andere Ver- Bereich Photovoltaik wurde in den Dokumenten der Energieautonomie das kehrsmittel zu verlagern, könnte der erforderliche zusätzliche Stromverbrauch Ausbaupotential von 2020 bis 2050 mit rund 200 GWh beziffert. Die zusätz- von 600 GWh noch reduziert werden. Die aktuelle Verkehrsverhaltensbefra- lichen Potentiale der Wasserkraft sind mit über 300 GWh bewertet. gung des Landes Vorarlberg (2013) zeigt, dass 65 % der heutigen PKW-Wege unter 10 km sind und 43 % der PKW-Wege sogar kürzer als 5 km sind. Effizienzsteigerung Strom Durch die Verdrängung fossiler Energieträger wird Strom weiter an Bedeu- tung gewinnen. Ein sorgsamer Umgang mit elektrischer Energie ist daher besonders wichtig. Wenn wir bei Beleuchtung, Gebäuden und Industriean- wendungen effizienter mit Strom umgehen, steht er uns für andere Anwen- dungen - z.B. Elektromobilität - zur Verfügung. Das Land Vorarlberg hat in der ersten Etappe der Energieautonomie eine Stromeinsparung im Bereich Gebäudestrom von 17 % bis 2020 vorgesehen. Das sind immerhin 136 GWh. Bis 2050 kann nach den Dokumenten der Energieautonomie allein im Bereich Gebäudestrom zumindest die 3-fache Menge eingespart werden. Das wären insgesamt rund 400 GWh. 18 19
2.1 Schlussfolgerungen Quellen
• Elektrofahrzeuge sind ökologischer als Diesel- oder Benzinfahrzeuge. Der • Amt der Vorarlberger Landesregierung. (2014). Mobilitätserhebung Vorarl-
Bezug erneuerbarer Stromquellen (Ökostrom) ist zentral. Ebenso wichtig ist berg 2013. Wien.
die lange Nutzungsdauer und gute Auslastung der Fahrzeuge. Nur so können • Amt der Vorarlberger Landesregierung. (2015). Elektromobilitätsstrategie
die ökologischen Vorteile der Elektromobilität voll ausgenutzt werden. Vorarlberg 2015-2020. Bregenz.
• Ein vollständiger Umstieg auf Elektromobilität stellt uns vor Herausfor- • Amt der Vorarlberger Landesregierung. (2017). Energie- und Monitoringbericht
derungen in der Stromversorgung. Damit wir unsere Unabhängigkeit von Vorarlberg. Bregenz
Ölimporten aus Krisenregionen nicht durch zusätzliche Stromimporte er- • Der Standard. (2017). Kärntner Lithium-Vorkommen größer als gedacht. Der
kaufen, sind Maßnahmen im Bereich Verkehrsverlagerung vom PKW auf Standard, pp. 1–2. Wien.
umweltverträglichere und aktive Mobilitätsformen, Effizienzsteigerung bei • E-Control. (2016). Stromkennzeichnungsbericht 2016.
bestehenden Stromanwendungen und ein moderater Ausbau der heimischen • Energieagentur-Nordbayern. (2012). Stromeinsparpotentiale in Bayern 2010
erneuerbaren Energieträger zur Stromproduktion notwendig. bis 2030. Eine Studie der Energieagentur Nordbayern.
• Fischhaber, S., Regett, A., Schuster, S., & Hesse, H. (2016). Second-Life-Kon-
zepte für Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen. Frankfurt am Main.
• Lelieveld, J., Evans, J. S., Fnais, M., Giannadaki, D., & Pozzer, A. (2015). The
contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a
global scale. Nature, 525(7569), 367–71.
• Lovins, A. (2015). Why Energy Efficiency is the Key. Yale Environment 360.
• Rahimzei, Ehsan, Regett, Anika, Fischhaber, S. (2016). Maßnahmenpapier zur Stu-
die: Second-Life-Konzepte für Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen.
Begleit- und Wirkungsforschung Schaufenster Elektromobilität. Frankfurt am Main.
• Ramoni, M. O., & Zhang, H. C. (2013). End-of-life (EOL) issues and options for elec-
tric vehicle batteries. Clean Technologies and Environmental Policy, 15(6), 881–891.
• Umweltbundesamt. (2010). Elektromobilität in Österreich - Szenario 2020
und 2050. Wien.
• Umweltbundesamt. (2016). Ökobilanz alternativer Antriebe. Wien.
• Wadud, Z., & Marsden, G. (2016). Self-Driving Cars. Will They Reduce Energy
Use? Mobility & Energy Futures Series. Leeds.
20 21IMPRESSUM
Herausgeber und Verleger
Amt der Vorarlberger Landesregierung
Abteilung VIa – Allgemeine Wirtschaftsangelegenheiten
Römerstraße 15, 6901 Bregenz
www.vorarlberg.at/energie
Redaktion und Recherche
Kairos – Institut für Wirkungsforschung und Entwicklung
www.kairos.or.at
Fotos
Energieinstitut Vorarlberg
Gestaltung
Christian Reinhard
September 2017
22 23Amt der Vorarlberger Landesregierung Abteilung VIa – Allgemeine Wirtschaftsangelegenheiten Römerstraße 15, 6901 Bregenz www.vorarlberg.at/energie
Sie können auch lesen
