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FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
Kohlemotoren, Windmotoren und Dieselmotoren:
Was zeigt die CO2-Bilanz?
Quelle: •••••••••••••••••
Dieser Artikel vergleicht aufgrund offizieller Messdaten zwei Mittelklasseautos, den Mercedes C 220 d
und den neuen Tesla Model 3, bezüglich ihres Verbrauchs an Diesel bzw. Strom. Dabei werden alterna-
tive marginale Energiequellen für den Strom sowie der tatsächliche Strommix Deutschlands aus dem
Jahr 2018 zugrunde gelegt. Ferner wird eine Metastudie für den CO2-Ausstoß bei der Batteriefertigung
berücksichtigt. Es zeigt sich, dass der CO2-Ausstoß des Elektromotors im günstigen Fall um etwa ein
Zehntel und im ungünstigen Fall um ein gutes Viertel über dem Ausstoß des Dieselmotors liegt. Am
günstigsten ist der mit Methan betriebene Verbrennungsmotor, der auch dann, wenn man die erhebli-
che Vorkettenverschmutzung beim Methan berücksichtigt, um ein knappes Drittel unter dem Dieselmo-
tor liegt. Auf die Wasserstoff-Methan-Technologie zu setzen, hat zwei Vorteile. Zum einen ist sie
langfristig der einzig funktionierende Weg zur Speicherung der überschießenden Stromspitzen des
Wind- und Sonnenstroms, die erforderlich ist, wenn die Marktanteile dieser Form regenerativen Stroms
ausgeweitet werden sollen. Zum anderen bietet sie schon aus dem Stand heraus die Möglichkeit einer
erheblichen CO2-Einsparung, selbst wenn dieses Methan aus fossilen Quellen stammt.*
von: Prof. Dr. Christoph Buchal (Forschungszentrum Jülich GmbH), Hans-Dieter Karl &
Prof. Dr. Hans-Werner Sinn (LMU München)
* Der vorliegende Beitrag ist erstmals im ifo Schnelldienst, Ausgabe 8/2019, S. 40–54 veröffentlicht worden.
2 energie | wasser-praxis 8/2019Eine Analyse der gegenwärtigen Situ- Jedoch kann nicht die Rede davon sein, dustriepolitische Täuschung vermuten
ation der Energiewende zeigt, dass dass Elektroautos ohne CO2 -Emissio- und in der Folge eine unvermeidliche
trotz hoher jährlicher Investitionen, nen bewegt werden können, wie es der Enttäuschung der Öffentlichkeit be-
vor allem sichtbar im Bereich der „er- europäische Gesetzgeber behauptet, fürchten, wenn sich die erhofften tech-
neuerbaren Stromproduktion“, die ge- wenn er die CO2-Emissionen dieser Au- nischen CO2-Minderungen nicht ein-
samten deutschen CO2 -Emissionen tos mit einem Wert von „null“ in seine stellen. Das wird in den Schlussbemer-
nicht im erhofften Umfang sinken. Berechnungen einfließen lässt. Ein sol- kungen ausführlicher erläutert.
Insbesondere im Verkehrssektor wer- cher Wert stimmt nicht einmal für
den seit vielen Jahren praktisch unver- Norwegen, wo der Strom nahezu emis- Die Zahlen zeigen, dass der forcierte
änderte Emissionssummen beobach- sionsfrei mit Wasserkraft gewonnen Ausbau der E-Autoflotte keineswegs di-
tet, obwohl für diesen Sektor von der wird, weil der CO2-Ausstoß bei der Fer- rekt zu sinkenden technischen CO2 -
Bundesregierung ein Reduktionsziel tigung von Fahrzeug und Akku igno- Emissionen führen kann, obwohl zu-
von mindestens 40 Prozent bis 2030 riert wird. In allen anderen europäi- sätzlich flankierend auch die CO2 -
vorgegeben wurde (vgl. [1], S. 8). schen Ländern ergeben sich darüber Emissionsgrenzwerte für konventio-
hinaus hohe CO2 -Emissionen durch nelle Pkw drastisch abgesenkt wurden.
Deshalb wird der Verkehrssektor im die Beladung der Akkus mithilfe des So wurde der CO2 -Ausstoß pro Pkw-
Hinblick auf seinen unverminderten Stroms aus dem jeweiligen nationalen Kilometer von 2015 bis 2020 gesetzlich
Kraftstoffbedarf derzeit heftig kriti- Produktionsmix aus grüner Energie bereits von 130 auf 95 g pro km ge-
siert. Obwohl eine wirksame Abkehr und Kernenergie auf der einen und drückt. Der zulässige Grenzwert für
von Benzin und Diesel offensichtlich fossilen Brennstoffen auf der anderen 2030 soll dann nur noch 59 g pro km
sehr schwierig ist, setzen Politik und Seite. betragen. Das entspricht einem Ver-
mediale Öffentlichkeit dennoch gro- brauch von 2,2 l Diesel pro 100 km oder
ße Hoffnungen auf eine forcierte Ein- Im Folgenden bieten wir deshalb zuerst 2,6 l Benzin pro 100 km.1 Da diese Zah-
führung von Elektroautos. Die Politik einen Überblick über die Situation der len ingenieurtechnisch unrealistisch
begründet diesen Schritt vor allem deutschen Stromproduktion, um im sind, können sie von den Herstellern
mit einem wirksamen Klimaschutz, anschließenden Kapitel einen Ver- in einen sogenannten fiktiven „Flot-
der durch die Verringerung des Mine- gleich von E-Autos mit Verbrennern, tenverbrauch“ umgerechnet werden.
ralölbedarfs für Benzin und Diesel insbesondere dem Diesel, im Hinblick So würde es beispielsweise der Flotten-
erzielt werden soll. Damit würden auf den CO2-Ausstoß durchführen zu verbrauch einem Pkw-Hersteller erlau-
auch die CO2 -Emissionen proportio- können. Dabei ist es natürlich für die ben, im Jahr 2030 noch 29 Prozent
nal sinken. CO2 -Bilanz und das Klimaproblem konventionelle Autos mit einem Ver-
gleichgültig, wo die CO2 -Emissionen brauch von 7,5 l Diesel pro 100 km zu
Nun kann man die Wende zum Elek- entstehen, ob verteilt bei den Fahrzeu- verkaufen, wenn 71 Prozent seiner Pro-
troauto aus ingenieurtechnischer Sicht gen oder konzentriert im Kraftwerk. duktion aus Elektro-Pkw besteht. Auch
durchaus begrüßen, denn es ist ele- eine Aufteilung von 50/50 wäre vorga-
gant, robust, spurtstark, fährt ge- Für den Vergleich betrachten wir den bekonform, falls die konventionellen
räuscharm und braucht kein kompli- CO2 -Ausstoß eines modernen Diesel- Pkw nur 4,4 l pro 100 km benötigen. Es
ziertes Getriebe. Insbesondere für den fahrzeugs mit jenem eines modernen bleibt bei dieser fiktiven Bilanz aller-
innerstädtischen Verkehr bietet das Elektroautos anhand zweier konkreter dings offen, ob die verkauften E-Autos
Elektroauto großes Potenzial, weil die Beispiele, für die uns die Messwerte nennenswert zur Transportleistung
Emissionen von den Städten zu den vorliegen. Das ist zum einen der Mer- beitragen oder ob sie als Zweitwagen
Kraftwerken verlagert werden. China cedes C 220 d und zum anderen das nur geringfügig genutzt werden.
bemüht sich sehr konsequent, seine neue Model 3 von Tesla. Beide Fahrzeu-
Riesenmetropolen mit Elektroautos ge haben eine ähnliche Größe und be- Abschließend erörtern wir noch ein-
wieder bewohnbarer zu machen. Vor finden sich in der gleichen Fahrzeug- mal die Frage, ob es Deutschland mög-
allem die innerstädtischen Feinstaub- klasse. Wir benutzen die offiziellen lich sein wird, vor dem Hintergrund
und Stickoxidemissionen des Verkehrs NEFZ-Werte für den Energieverbrauch der Energiewende eine schnelle Reduk-
sind dort mitverantwortlich für den oft und den CO2-Ausstoß. Soweit möglich, tion des CO2-Ausstoßes zu erreichen,
unerträglichen Smog. Elektrische Bah- stellen wir auch weitergehende Über- wenn der Abschied vom Verbren-
nen und Fahrzeuge bieten in dieser legungen zu den vor- und nachgelager- nungsmotor forciert wird.
Hinsicht eine wesentliche Verbesse- ten CO2-Bilanzen an.
rung. China entwickelt sich deshalb 1 Vgl. [2]. Der Berechnung liegt der vom Kraft-
gegenwärtig zu dem global entschei- Wir erläutern die gegenwärtige Fakten- fahrtbundesamt (2018) verwendete kraft-
stoffspezifische Umrechnungsfaktor von 2,65 kg
denden Markt für Elektro-Pkw und lage so detailliert, weil wir in der pos- CO2 pro l Dieselkraftstoff zugrunde. Für Benzin
-Busse. Hier darf die deutsche Industrie tulierten vollständigen Emissionsfrei- liegt der hypothetische Verbrauch mit einem
Umrechnungsfaktor von 2,32 kg CO2 pro l bei
nicht den Anschluss verlieren. heit der E-Autos eine zielgerichtete in- 2,56 l auf 100 km.
energie | wasser-praxis 8/2019 3FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
läutern wir im Anhang. Sie beinhalten
erneuerbare Energie fossile Energie den anteiligen CO2-Ausstoß für die Lei-
228,5 TWh; 35,6 % 337,6 TWh; 52,6 %
tungsverluste und den Eigenverbrauch
der Kraftwerke sowie Vorketteneffekte
übrige Energieträgera
beim Gas, bei der Steinkohle und bei
20,4 TWh; 3,2 %
biogener Hausmüll 6,3 TWh; 1,0 % Strom aus Mineralölprodukten.
Biomasse 45,7 TWh; 7,1 %
Staudämme 16,9 TWh; 2,6 % Braunkohle
146 TWh; 22,7 % Man sieht, dass beim Braunkohle-
Fotovoltaik strom mit einem Emissionsfaktor von
46,3 TWh; 7,2 % 1,36 kg/kWh am meisten CO2 anfällt.
Beim Steinkohlestrom liegt der Faktor
bei 1,06 und beim Erdgas wegen des
Steinkohle hohen Wasserstoffanteils am Methan
Wind 83 TWh; 12,9 % bei 0,55. Im Durchschnitt ergab sich
113,3 TWh; 17,6 %
beim deutschen Strommix des Jahres
2018 ein CO2 -Ausstoß von 0,55 kg je
kWh (Strom für Endkunden aus der
Erdgas
Kernenergie Mineralöle 83 TWh; 12,9 % Steckdose).
76,1 TWh; 11,8 % 5,2 TWh; 0,8 %
a Strom aus nicht-biogenem Anteil des Hausmülls (50 %), sonstigen Gasen, Industrieabfall, sonstigen fossilen Energie- Der CO2-Ausstoß alternativer
trägern (nicht weiter differenzierbar). Zu den übrigen Energieträgern zählen wir nicht den Pumpspeicheroutput, den wir Motoren
auf 6,5 TWh schätzen. Diese Zahl ergibt sich nach Abzug von Umwandlungsverlusten aus dem von der Arbeitsge-
Quelle: [3]
meinschaft Energiebilanzen [3] veröffentlichten Input der Pumpspeicherwerke in Höhe von 8,5 TWh. Der Input der
Pumpspeicherwerke ist in den in der Abbildung genannten, jeweiligen Bruttostromerzeugungswerten enthalten. Im Folgenden vergleichen wir einen
Diesel-Pkw mit einem batterieelek-
Abb. 1: Die Struktur der Bruttostromproduktion (642,4 TWh) in Deutschland im Jahr 2018 trisch betriebenen Auto, wobei wir un-
terschiedliche Herkunftsarten der ver-
wendeten elektrischen Energie unter-
Die Struktur der deutschen wurde die grüne Stromproduktion aber stellen, um Anhaltspunkte für die Be-
Stromproduktion nicht durch die gesamte Stromproduk- urteilung verschiedener Szenarien für
Für die Beurteilung des CO2-Ausstoßes tion, sondern nur durch die Endener- den erhöhten Bedarf für den Betrieb
der Elektroautos kommt es entschei- gie an der Steckdose geteilt. Dieser Wert einer sehr großen Zahl neuer Elektro-
dend darauf an, sich dafür zunächst die liegt um die Leitungsverluste, den Ei- fahrzeuge zu gewinnen.
Bedeutung alternativer Stromquellen genverbrauch der Kraftwerke, die Ver-
vor Augen zu führen. Abbildung 1 il- luste beim Durchfluss durch Pump- Wir vergleichen exemplarisch zwei
lustriert die Struktur der Bruttostrom- speicherwerke und vor allem um die Fahrzeuge einer ähnlichen Größen-
produktion des Jahres 2018 in Deutsch- Nettoexporte in erheblichem Maße klasse, und zwar den Tesla Model 3 mit
land nach der Statistik der AG Energie- unter der Stromproduktion. Er über- einer Batterie von 75 kWh mit einem
bilanzen [3]. Die Bruttostromproduk- treibt den grünen Stromanteil schon C 220 d von Mercedes, wobei der bis-
tion ohne den Ausstoß der Pumpspei- deshalb, weil der Nenner um die Net- lang gültige europäische Fahrzyklus
cherwerke lag in diesem Jahr insge- toexporte (immerhin 50 TWh) ver- NEFZ und die von den Herstellern dazu
samt 2 bei 642,4 Terawattstunden kürzt wird. Ähnliches gilt für den veröffentlichten Verbrauchswerte zu-
(TWh). Davon entfielen etwas mehr als Strom aus Pumpspeicherkraftwerken, grunde gelegt werden. Angaben zum
die Hälfte (52,6 Prozent) auf fossile der häufig beim Strom aus erneuerba- neuen Fahrzyklus WLTP wurden bis-
Quellen, 11,8 Prozent auf Kernkraft- ren Quellen mit eingerechnet wird, lang nur für den Mercedes, nicht aber
werke und 35,6 Prozent auf erneuerba- obwohl es damit zu einer Doppelzäh- für den Tesla veröffentlicht. Der Ver-
re Energien. lung und vielleicht sogar – falls es nicht gleich auf der Basis des NEFZ ist vermut-
nur grüner Strom ist, der durchge- lich eher günstig für das E-Auto, denn
In der Presse wurde in letzter Zeit des schleust wird – zu einer Art „Grünwä- die Testfahrzyklen sind stadtaffin aus-
Öfteren ein deutlich höherer Grünstrom- sche“ von Strom aus fossilen Quellen gestaltet. Die niedrigen Geschwindig-
anteil von bis zu 40 Prozent der Netto- kommt. keiten und die häufigen Bremsvorgänge
stromproduktion genannt (vgl. z. B. gehen bei Verbrennungsmotoren, nicht
[4]). Bei der Berechnung dieser Zahl Tabelle 1 gibt einen Überblick über aber bei Elektromotoren, zu Lasten des
den CO2-Ausstoß, der bei verschiede- Wirkungsgrades, weil sie häufig in sub-
2 Inklusive des Stroms für Exporte, für den Ei- nen Stromquellen je Kilowattstunde optimalen Drehzahlen fahren, wäh-
genverbrauch der Kraftwerke und für die Befül- (kWh) an der Steckdose zu erwarten ist. rend der Elektromotor praktisch immer
lung der Pumpspeicherwerke, jedoch ohne die
Abflüsse aus den Pumpspeicherwerken (vgl. [3]). Die genauen Berechnungen dazu er- denselben Wirkungsgrad hat. Die Do-
4 energie | wasser-praxis 8/2019mäne des Verbrennungsmotors ist dem- geht ein knappes Drittel der Energie Von einer vollständig grünen Energie-
gegenüber die Autobahnfahrt mit hoher verloren, bevor sie an den Rädern an- versorgung sind die meisten Stromsys-
Geschwindigkeit, weil der Motor auf kommt. Diese Verluste sind bei dieser teme aber noch weit entfernt.
eine entsprechend hohe Last ausgelegt Angabe aber bereits berücksichtigt.
ist und dann einen besseren Wirkungs- Bisweilen wird argumentiert, dass man
grad entfaltet. Der im Vergleich zum Allenfalls ein geringer Schwund an der für den Betrieb der Elektroautos den
Verbrennungsmotor besonders drasti- mit Transformatoren und Gleichrich- vorhandenen regenerativ gewonnenen
sche Schwund an Reichweite bei sehr tern bestückten Ladesäule selbst könn- Strom verwenden könne, und insofern
schneller Fahrweise ist ein Charakteris- te noch zusätzlich berücksichtigt wer- sei der CO2-Ausstoß schon heute null.
tikum aller E-Autos. Das berücksichti- den. Er bewegt sich im Bereich weiterer So darf man aber nicht rechnen, denn
gen wir bei unserem Vergleich nicht. fünf bis zehn Prozent im Vergleich zu dann entziehen diese Autos den Öko-
anderen Arten von Stromverbrauch an strom den anderen Sektoren der Wirt-
Im Übrigen ist der Vergleich für den der Steckdose. Wir verzichten darauf, schaft und erzwingen dort mehr CO2-
Elektromotor günstig, weil die Tesla- das hier in Ansatz zu bringen. Ausstoß, den man ihnen zurechnen
Batterie im Testzyklus bei niedrigen müsste. Im Folgenden werden wir eini-
Geschwindigkeiten eine Reichweite Der mit dem Energieverbrauch ver- ge Überlegungen zu alternativen mar-
von bis zu 500 km ermöglicht, wäh- bundene CO2-Ausstoß hängt entschei- ginalen Energiequellen für die Elek-
rend der Tank der C-Klasse auch im dend von der Art der Stromproduktion
Normalbetrieb für das Doppelte reicht. ab. Bei einer Verwendung von Öko-
Eigentlich müsste man deshalb mit ei- strom und „Atomstrom“« könnte man 3 Vgl. WTW, Appendix 1, Tabelle 1. Die EU-
ner doppelt so großen Batterie rechnen, diesen Ausstoß bei unserer Vergleichs- Kommission berechnet für Diesel einen Well-
to-Tank-Ausstoß von 25 g pro km und einen
was den CO2-Ausstoß wegen des hohen rechnung vernachlässigen, obwohl Tank-to-Wheel-Ausstoß von 120 g pro km. Das
entspricht einem Aufschlag für die Vorkette um
Zusatzgewichts (mehr als 300 kg) nach natürlich bei der Produktion von 20,83 Prozent. Auf die 117 g/km des Mercedes
oben schnellen ließe. Eine solche Bat- Wind- und Solaranlagen sowie Kern- C 220 d aufgeschlagen, entspricht dies einem
Gesamtausstoß von 141,37 g pro km.
terie ist aber nicht verfügbar. kraftwerken ein solcher Ausstoß statt- 4 Pro Gewichtseinheit absorbiert Methan 72-
findet und es bei der Produktion von mal so viel Rückstrahlung von der Erde wie
CO2. Es oxidiert aber allmählich und wird dann
Der Dieselmotor Biotreibstoffen zu einem beträchtli- zu Wasser und CO2. Über 100 Jahre gerechnet
hat es bei gleichem Gewicht eine 25-mal so
Wir beginnen mit dem Dieselmotor, chen Methanausstoß kommt, der in starken Klimaeffekt wie das CO2 selbst (vgl.
weil er die Vergleichsbasis zur Beurtei- CO2-Äquivalente umzurechnen wäre.4 z. B. [6] oder [7], S. 28; [8], S. 9).
lung der Werte für den batteriebetrie-
benen Elektromotor darstellt. Der Die- Tabelle 1: Die CO2-Emissionsfaktoren der deutschen Stromquellen
selmotor des 220 d von Mercedes (OM
Energieträger CO2-Emission je kWh Nettostromverbrauch
654) verbraucht im NEF-Zyklus 4,5 l
(Steckdosenstrom) (kg/kWh)
Treibstoff pro 100 km und stößt dabei
Braunkohle 1,36
nach Herstellerangaben 11,7 kg CO2,
Steinkohle 1,06
also 117 g pro km aus. Es kommen in
Erdgas 0,55
der Vorkette der Dieselerzeugung vom
Mineralölprodukte 0,87
Bohrloch bis zur Zapfsäule allerdings
Kernenergie
für die Förderung, für den Transport Erneuerbare Energie
und für die Raffinerie nach den Anga- darunter:
ben der Gemeinsamen Forschungsstel- Windkraft
le der Europäischen Kommission [5] Fotovoltaik
noch 21 Prozent hinzu.3 Das impliziert Staudämmea
für sich genommen, dass der C 220 d Biomasse
von Mercedes mit 141 g pro km zu ver- Biog. Hausmüll 0,85
anschlagen ist. Zusätzliche Energie für Übrige Energieb
die Innenraumerwärmung wird nicht Durchschnitt deutscher Energiemix 2018 0,55
benötigt, weil sie bereits beim Verbren- a Inklusive Laufwasserkraftwerke zur Erzeugung von Strom aus den Flüssen. Ohne Stromerzeu-
nungsprozess anfällt. gung der Pumpspeicherkraftwerke, es sei denn, die Pumpspeicher hätten einen natürlichen
Zufluss und würden deshalb als normale Speicherwerke (wie Talsperren) angesehen.
b icht biogener Hausmüll etc., ohne Output der Pumpspeicherwerke. Vgl. die Erläuterungen zur
N
Der batterieelektrische Motor
Tabelle 2.
Nach dem NEFZ-Verfahren der EU ver-
Hinweis: Die Tabelle zeigt die Emissionsfaktoren für den Nettostromverbrauch an der Steckdose
Quelle: siehe Anhang
braucht ein Tesla Model 3 pro 100 km nach Abzug des Eigenverbrauchs der Kraftwerke, der Leitungsverluste und der Vorketteneffekte.
nur eine Energie von 15 kWh an der Es wird dabei angenommen, dass Nettoexporte aus dem durchschnittlichen Energiemix gespeist
Ladesäule. Beim Laden, beim Entladen werden. Die Berechnungsdetails und die Quellenhinweise findet man im Anhang. Für alle
erneuerbaren Energien wird hier das theoretische Optimum von 0 kg CO2 pro kWh angesetzt.
und im Motor sowie in den Aggregaten
energie | wasser-praxis 8/2019 5FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
troautos anstellen, und zwar in dem Nun könnte man dagegenhalten, dass Tabelle 1 ein CO2-Ausstoß von 204 g pro
Sinne, dass wir fragen, welche Art von die Produktion eines Elektromotors km, bzw. nach den Zuschlägen für die
zusätzlicher elektrischer Energie für technisch einfacher ist als die Produk- Batterie zwischen 277 und 302 g pro km,
die neuen Stromverbraucher auf der tion eines Dieselmotors samt Getriebe was um 96 bzw. 114 Prozent mehr als
Straße verwendet werden könnte, und und deshalb deutlich weniger Energie- beim Diesel ist. Diese Rechnungen sind
berechnen, wieviel CO2 pro km dabei einsatz als die Produktion der elektri- natürlich nicht realistisch im Sinne eines
jeweils anfällt. schen Antriebskomponenten des Elek- durchschnittlichen Strommixes, wie wir
tromotors verlange. Dieser Vorteil be- ihn weiter unten betrachten. Sie könnten
Bei dieser Rechnung können wir uns zieht sich allerdings, wenn überhaupt, aber bei einer Marginalbetrachtung von
nicht allein auf den Energieeinsatz für auf den Aufwand vor Ort und nicht auf Bedeutung sein, wenn es, wie wir weiter
den Betrieb des Motors beschränken, den hohen Energieeinsatz bei der Her- unten erläutern werden, nötig sein sollte,
sondern müssen auch berücksichtigen, stellung vieler Zusatzbauteile, die welt- temporär mehr Strom aus fossilen Quel-
dass die Batterie bei einem E-Auto ein weit bezogen werden. Sie könnten den len zu erzeugen.
energieintensiv produziertes Ver- vermeintlichen Vorteil weitgehend
schleißteil ist, das in gewissen Abstän- kompensieren. Und selbst wenn es
Gasstrom
den zu ersetzen ist. In den Akkus ste- nicht so wäre, käme man nur auf gering-
cken u. a. Lithium, Kobalt und Man- fügig höhere Werte für den CO2-Aus- Viele Politiker gehen davon aus, dass
gan, die jeweils mit hohem Energieein- stoß von ein paar Gramm pro 100 km.5 die absehbaren Versorgungsengpässe
satz gewonnen und verarbeitet werden. nach der Abschaltung der Kernkraft-
Für einen fairen Vergleich muss man Man könnte noch berücksichtigen, werke durch eine Erhöhung der Strom-
deshalb in Rechnung stellen, dass bei dass einerseits ein Teil der Bremsener- produktion der Gaskraftwerke vermie-
der Lithium-Ionen-Batterie für Pro- gie zurückgewonnen werden kann und den werden. Auch deshalb verteidigt
duktion und Recycling ein erheblicher andererseits für das Heizen im Winter Deutschland das „Nord-Stream-2“-
CO2-Ausstoß hinzutritt. Wegen der be- Batteriestrom verbraucht wird. Wir ge- Projekt gegen die Widerstände anderer
grenzten Lebensdauer dieser Batterie hen darauf nicht ein, weil uns verläss- Länder. Mit den genannten 15 kWh
ist dieser Posten zu den Verbrauchswer- liche Messergebnisse fehlen. Bei einer für den Tesla bei einer Fahrstrecke von
ten hinzuzurechnen. In einer Metastu- schonenden Fahrweise und insbeson- 100 km ist im Falle einer Stromerzeu-
die, die eine Vielzahl von anderen wis- dere auf langen Strecken dürfte sich der gung aus Erdgas nach den Angaben
senschaftlichen Arbeiten zusammen- Vorteil der Rekuperation in Grenzen von Tabelle 1 ein CO2-Ausstoß von nur
fasst, schätzen Romare und Dahllöf [9], halten und den Heizenergiebedarf kei- 83 g pro km verbunden. Addiert man
dass pro kWh Batteriekapazität zwi- nesfalls ausgleichen. die Aufschläge für die Batterie, kommt
schen 145 und 195 kg an CO2-Äquiva- man auf Werte im Bereich von 156 bis
lenten ausgestoßen werden. Für eine 181 g. Das sind Werte, die deutlich
Strom aus Kohle
Tesla-Batterie von 75 kWh bedeutet das schlechter als beim Dieselmotor sind,
einen zusätzlichen CO2 -Ausstoß von Elektromotoren, die mit Kohlestrom der ja rechnerisch bei 141 g liegt.
10.875 bis 14.625 kg CO2 . Bei einer betrieben werden, verlagern den CO2-
Haltbarkeit der Batterie von zehn Jah- Ausstoß vom Auspuff des Autos zum
Direkter Gasbetrieb eines Verbren-
ren und einer Fahrstrecke von 15.000 km Schornstein des Kraftwerks. Wird der
nungsmotors
pro Jahr impliziert diese Angabe, dass betrachtete Tesla mit Strom aus Stein-
für die Produktion und das Recycling kohle betrieben, entsprechen die ge- Statt das Erdgas in den Kraftwerken
der Batterie pro km Fahrstrecke zwi- nannten 15 kWh für eine Fahrtstrecke einzusetzen, kann man es auch in
schen 73 und 98 g an CO2-Ausstoß an- von 100 km gemäß Tabelle 1 einem komprimierter Form im Auto mitneh-
zusetzen sind. CO2-Ausstoß von 15,9 kg, also 159 g pro men und direkt in einem konventio-
km. Hinzu kommen allerdings noch nellen Verbrennungsmotor („Benzi-
die erwähnten Zuschläge für den Ener- ner“) nutzen. Da bei der Verbrennung
5 Ohne die Einbeziehung der Batterie im Elek-
troauto liegt der Ausstoß von CO2-Äquivalenten gieeinsatz bei der Herstellung und von Erdgas um ein Drittel weniger CO2
bei der Herstellung eines großen Pkw sowohl
für ein Dieselauto als auch für ein Elektroauto
beim Recycling der Batterien von 73 bis ausgestoßen wird als bei der Verbren-
bei etwa 8 t. Davon entfallen 4,9 t auf den Fahr- 98 g. Dann liegt dieser Motor rechne- nung von Dieselöl, dürfte dies im
zeugrumpf und 1,5 t auf die Fahrzeugfertigung.
Während die Motorherstellung mit 0,8 t für den risch in einem Bereich von 232 bis 257 g NEFZ-Test auf einen direkten CO2-Aus-
Diesel und 0,3 t für das Elektrofahrzeug zu Bu- pro km. Das sind 65 bis 82 Prozent stoß einer entsprechend motorisierten
che schlägt, benötigt die Herstellung der Zu-
satzkomponenten für das Dieselfahrzeug 1 t mehr als beim Dieselmotor. C-Klasse von knapp 76 g pro km (statt
und für das Elektrofahrzeug 1,5 t (vgl. [10], Abb. 5,
S. 18, und Abb. 16, S. 30). Selbst wenn der CO2 -
der beim Diesel vorliegenden 117 g pro
Ausstoß bei der Produktion eines Diesel-Pkw Noch ungünstiger wird die Rechnung, km) hinauslaufen, jedenfalls dann,
um ein Drittel, also 2 t, über dem eines Elektro-
Pkw läge (ohne Batterien), wären dem Diesel wenn man unterstellt, dass der Strom aus wenn der Motor im Hinblick auf seinen
bei einer Laufleistung von 300.000 km zusätz- Braunkohle hergestellt wird. Hier ergibt Wirkungsgrad optimiert ist. Hinzu
lich zum Elektromotor nur ca. 7 g CO2 pro km
hinzuzurechnen. sich unter Verwendung der Angaben von kommen aber CO2-äquivalente Vorket-
6 energie | wasser-praxis 8/2019teneffekte beim Erdgas, die aufgrund
eines hohen Schwunds an Methan bei Fragen und Antworten zur Studie
„Kohlemotoren, Windmotoren
Förderung und Transport durch tau-
sende von Kilometern lange Rohrsys-
teme einen Aufschlag von 30 Prozent
bedingen.6 Man wird dann mit 99 g pro und Dieselmotoren: Was zeigt die
km rechnen müssen.
CO2-Bilanz?“**
Der Elektromotor mit dem In unserer Studie wollten wir einer breite- schäftigt haben. Richtig ist, dass wir die
ren Öffentlichkeit erläutern, dass E-Autos kleinen E-Autos wie Streetscooter und
deutschen Energiemix
im Gegensatz zur politischen Klassifizie- ähnliche nicht explizit erwähnt haben.
Betrachten wir nun den Elektromotor, rung und öffentlichen Wahrnehmung nicht Wie im Buch MOBILITÄT von Ch. Buchal,
der mit dem derzeitigen deutschen a priori CO2-emissionsfrei sind. Die inten- A. Gabor und S. Schiebahn ausführlich er-
Energiemix gemäß Abbildung 1 betrie- sive mediale Debatte drehte sich vor allem läutert, sind kleine E-Autos segensreich für
ben wird. Nach dem in Tabelle 1 gelis- um den direkten Vergleich zweier PKW. den Stop-and-Go-Betrieb in der Stadt. Bei
teten durchschnittlichen Emissions- Wir bedanken uns für zahlreiche kluge Zu- kleinen E-Autos ist auch der CO2-Rucksack
faktor von 0,55 kg/kWh steht dem
schriften. der Batterie viel geringer. Die Autoren sind
große Freunde und Verfechter dieser Form
Energiebedarf in Höhe von 15 kWh pro
Unsere Bemerkungen zu den Flottenver- der E-Mobilität. Sie war aber nicht Inhalt
100 km beim deutschen Energiemix
bräuchen als Zwang zu E-Auto-Produktion dieser Studie. Bei den verglichenen Model-
ein CO2-Ausstoß von nur noch 83 g pro
wurden kaum kommentiert, ebenso gab es len, Tesla Model 3 und Mercedes C 220 d,
km gegenüber. Rechnet man für die keine Beiträge zur wichtigen Einbindung handelt es sich nicht um leichte Stadt-
Batterien die erwähnten Zusatzmen- des Verkehrssektors in den Stromsektor Autos für kurze Entfernungen, sondern um
gen von 73 bis 98 g hinzu, kommt man und der Erwartung, dass der zusätzliche Autos mit windschnittigen Karosserien, die
auf Werte von 156 bis 181 g. Damit ver- Strom für die E-Autos wegen der in Kürze auch für größere Distanzen auf der Auto-
ursacht dieser Elektromotor im güns- anstehenden Abschaffung der Kernreak- bahn alltagstauglich sein sollen.
tigen Fall 11 Prozent mehr Emissionen toren vorläufig vornehmlich aus fossilen
als der betrachtete Dieselmotor (141 g), Quellen kommen wird, sodass der heutige 2. Haben wir die zukünftigen
im ungünstigen Fall liegt der Ausstoß deutsche Strommix ein viel zu günstiges Probleme der steigenden Volatilität
jedoch um mehr als ein Viertel (28 Pro- Bild für den CO2-Ausstoß der Elektroautos der Stromproduktion und die
zent) darüber. zeigt. Auch blieben unsere Ausführungen Einbindung in den Verkehrssektor
zur Speicherung überschießender Strom- mit speicherbaren Energieträgern
spitzen bei höheren Marktanteilen des nicht ausführlich genug dargestellt?
An den Gasmotor, der ja nur einen CO2-
Wind- und Sonnenstroms sowie zur Verla- Unsere kurzen Bemerkungen über die die
Ausstoß von 99 g pro km hat, kommt der
gerung der extrahierten Erdölmengen in die wichtige Rolle des „grünen Methans“ und
Elektromotor beim heutigen Energie-
weniger umweltbewussten Länder unkom- des Wasserstoffs plus Brennstoffzellen für
mix der Bundesrepublik nicht im Ent-
mentiert. Das erstaunt uns. die Speicherung überschießender Strom-
ferntesten heran. Selbst im günstigeren spitzen waren vielleicht zu knapp gehalten,
Fall des niedrigen CO2-Ausstoßes bei der Allerdings wurde in vielen Zuschriften die um verstanden zu werden. Vermutlich des-
Batterieproduktion liegt sein Ausstoß noch benötigte, gewaltige und kostspielige halb haben wir zu unseren Überlegungen
um 58 Prozent höher. Trotz des hohen Aufrüstung der elektrischen Verteilernetze fast keine Kommentare erhalten.
Aufschlags für die Vorkette beim Gas ist in den Städten angesprochen, die wir nicht
somit offenbar der Erdgas-Verbren- problematisiert haben. Im Folgenden ge- Ein Kritiker behauptet allerdings, mithilfe
nungsmotor im Hinblick auf den CO2- hen wir auf verschiedene Kritikpunkte ein, von Autobatterien ließen sich Netzschwan-
Ausstoß eine konkurrenzlos günstige die uns entgegengebracht wurden. kungen wirksam dämpfen. Dem möchten
Antriebsquelle im Verkehr, die alle an- wir ausdrücklich widersprechen. Die Bat-
deren Alternativen schlägt. 1. Haben wir die Bedeutung terien der E-Autos taugen nicht zur Puf-
der E-Mobilität für die Verbesse- ferung der saisonalen Schwankungen im
rung der Luftqualität der Städte Wind- und Sonnenstrom über viele Monate
Wenn nun freilich, wie beschlossen,
übersehen? hinweg, die das wirkliche Problem darstel-
der Atomstrom abgeschaltet wird und
Das haben wir nicht. Den Vorteil der Elek- len. Die Pufferung innerhalb eines Tages
zunächst durch Steinkohlestrom er-
tromobilität für die Säuberung der Stadtluft oder einer Woche ist überhaupt nicht re-
setzt würde, dann sieht die Rechnung
haben wir hervorgehoben, auch wenn wir levant. E-Autos sind im Kern einfach nur
für den Elektromotor noch schlechter uns nicht näher mit diesem Thema be- neue Verbraucher. Wir verweisen in diesem
aus, weil der Energiemix wieder CO2-
intensiver wird. Durch Hochrechnung
**Erstmals veröffentlicht am 26. April 2019 unter www.wiwo.de/technologie/mobilitaet/ist-das-e-auto-ein-rueck-
schritt-so-verteidigen-die-autoren-ihre-umstrittene-studie-zur-klimabilanz-von-e-autos/24261004-all.html, ab-
6Man vergleiche dazu die Angaben zu der Ta- gerufen am 10. Juli 2019.
belle 2.
energie | wasser-praxis 8/2019 7FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
der Angaben zum Steinkohlestrom aus er in der Natur so nicht vorkommt. Er
Zusammenhang auf diese Referenzen in
der Tabelle 2 ergibt sich nun ein An- ist grundsätzlich vergleichbar mit ei-
unserem Bericht: Leopoldina, Acatech,
Union der dt. Akademien der Wissen- stieg des Emissionsfaktors auf 0,68 kg/ ner Batterie, die den aus anderen Quel-
schaften, „Sektorkopplung – Optionen kWh.7 Für den Tesla Model 3 bedeutet len eingespeisten Strom speichern
für die nächste Phase der Energiewende. das unter den getroffenen Annahmen kann. Insofern stellt sich auch bei den
Stellungnahme” [22] und Sinn, „Buf- einen Ausstoß von 102 g pro km ohne Wasserstoffautos die Frage nach dem
fering Volatilty. A Study on the Limits of die Batterien und im Bereich von 175 CO2 -Ausstoß. Dafür ist auch hier ein
Germany‘s Energy Revolution” [17]. bis 200 g mit den Batterien. Das ist im Blick auf den Wirkungsgrad nötig.
günstigen Fall knapp ein Viertel und
3. Welche Variante des Tesla im ungünstigen Fall 42 Prozent mehr Der energetische Wirkungsgrad von der
wurde verglichen? als beim Dieselmotor des C 220 d nach Stromerzeugung (z. B. Windenergiean-
Als wir die Studie zu Beginn dieses Jahres dem NEF-Zyklus (141 g = 117 g gemäß lage) über die Elektrolyse und die Wasser-
erstellten, befanden sich auf der Home- NEFZ + 24 g für die Vorkette).8 Entspre- stoffverteilung bis hin zum Fahrzeug und
page von Tesla Deutschland zusammen
chend läge in diesem Fall der CO2-Aus- über die Brennstoffzelle bis zum elektri-
mit den Verbrauchsangaben nach NEFZ
stoß des Elektromotors fast schon beim schen Antriebsmotor ist nur etwa halb so
nur zwei Varianten des Model 3, eines mit
Doppelten des mit Gas betriebenen groß wie der eines Akkufahrzeugs. Bei der
50 kWh und eines mit 75 kWh. Wir haben
Verbrennungsmotors (Aufschlag 77 bis Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff
die zweite Variante genommen, weil wir
auf die Reichweite geachtet haben und 102 Prozent). liegt der energetische Wirkungsgrad bei
möglichst weit an den Mercedes C 220 d 70 Prozent. Kompression und Transport
herankommen wollten, dessen Reichwei- des Wasserstoffes schlagen mit 80 Pro-
Brennstoffzellen oder Batterien?
te viel höher liegt. Beim Model 3 handelt zent zu Buche. Die Brennstoffzelle für die
es sich nicht um einen teuren Sportwa- Brennstoffzellenfahrzeugen (FCV, Fuel Rückumwandlung des Wasserstoffs zu
gen, sondern um das Massenmodell des Cell Vehicles) wird eine wichtige Rolle Strom hat einen Wirkungsgrad von bis
Konzerns mit vergleichsweise großer für die Zukunft zugeschrieben, weil sie zu 60 Prozent. In der Kette ergibt sich
Reichweite und ähnlichen Abmessungen Wasserstoff als emissionsfreien, umwelt- daraus ein Wirkungsgrad von rechne-
wie die C-Klassen-Limousine. neutralen Kraftstoff verwenden. Er wird risch nur noch 34 Prozent.
in der Fahrzeugbrennstoffzelle zu Strom
4. Warum benutzt die Studie
verwandelt. Damit zählen FCV zu den Geht man davon aus, dass ein Elektro-
keine WLTP-Werte?
vor Ort emissionsfreien Elektrofahrzeu- fahrzeug von der Leistung des Tesla
Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser
gen. Der Wasserstoff kann in Elektroly- Model 3 mit Wasserstoff betrieben wird
Studie waren die WLTP-Werte für den
seuren aus Wasser hergestellt werden. und dass für das Be- und Entladen der
Tesla noch nicht veröffentlicht. Es gab
Die FCV sind deutlich komplizierter als Batterie ein Wirkungsgrad von 81 Pro-
nur NEFZ-Werte. Nur für den Merce-
des 220 d lagen sowohl NEFZ- als auch ein batterieelektrisches Auto, bieten aber zent erzielt wird, so entsprechen die
WLTP-Werte vor. Das haben wir ja auch große Vorteile. Der Wasserstoff selbst ist 15 kWh an Stromverbrauch für 100 km
explizit vermerkt. Deswegen haben wir in der Handhabung vergleichbar mit Fahrstrecke, die beim Tesla nach dem
den Vergleich auf der Basis der NEFZ- Erdgas und kann dementsprechend pro- NEFZ-Verfahren gemessen wurden, ei-
Werte für den Stromverbrauch bzw. des blemlos in großen Kavernen gespeichert nem Verbrauch des Tesla-Elektromo-
NEFZ-CO2-Ausstoßes des Mercedes werden. Der Betankungsvorgang an ei- tors selbst von nur noch 12,2 kWh. Bei
durchgeführt. Dass die NEFZ-Werte keine ner Wasserstofftankstelle ist ähnlich dem genannten Gesamtwirkungsgrad
realen Durchschnittswerte sind, ist klar. schnell wie das Betanken mit Benzin der Brennstoffzelle von 34 Prozent be-
Die Verzerrung gilt aber gleichermaßen und Diesel. Ein voller Fahrzeugtank deutet das, dass primär 35,9 kWh
für beide Autos. reicht für ca. 500 km. Strom benötigt werden. Nach dem
deutschen Energiemix des Jahres 2018
5. Haben wir zu hohe Werte für
Wasserstoff ist ein Energieträger, der gemäß Tabelle 1 entspräche dies einem
den CO2-Ausstoß bei der Batterie-
erst noch gewonnen werden muss, weil CO2-Ausstoß von 197 g pro km. Wie im
fertigung unterstellt?
Abschnitt 6 gezeigt wird, ergibt sich
Einige Kritiker bemängeln, dass wir uns
jedoch ein Vorteil der Wasserstofftech-
auf die ausführliche schwedische Über- 7 Werden 76,1 TWh Atomstrom durch Kohle-
sichtsstudie von Romare und Dahllöf
strom ersetzt, steigt der CO2 -Ausstoß um (76,1 nologie vor allem aus der Verwandlung
TWh/83 TWh) mal 79 Mio. t = 72,4 Mio. t. Ad-
[9] beziehen und zitieren eine Kritik des diert man diese Zahl zum bisherigen Gesamtaus- überschießender Ökostromproduktion
stoß an CO2 in Höhe von 317,2 Mio. t gemäß in einen speicherbaren Energieträger.
Handelsblatts. Das dem Handelsblatt Spalte G der Tabelle im Anhang, ergibt sich ein
zugeordneten Online-Magazin Edison neuer Gesamtausstoß in Höhe von 389,6 Mio. t,
der nach Division durch den Nettostromver-
berichtete am 11. Januar 2019, dass brauch aus Spalte H zu einem neuen Emissions- Zwei mögliche Szenarien für die
dieser Studie durch einen Journalisten koeffizienten von 0,68 kg/KWh in Spalte I führt.
8 Dieses Ergebnis bestätigt und verstärkt das Elektrifizierung des Verkehrs
ein Wert von 170 kg CO2 /kWh (Unter- Ergebnis einer Studie des Umweltbundesamtes
grenze eines Intervalls) zugeschrieben ([11], S. 20), wo es heißt, dass sich beim heuti- Woher wird der Strom kommen, der
gen Strommix „noch keine Verbesserung“ ge-
genüber dem konventionellen Diesel ergibt. die vielen Elektroautos antreiben soll,
8 energie | wasser-praxis 8/2019die durch die CO2 -Richtlinie der EU strom lag in diesem Jahr nur noch bei
wurde, und es insinuiert, dadurch seien
erzwungen werden, und nach der der etwa 76 TWh pro Jahr oder 11,8 Prozent
die erhöhten Zahlen in Umlauf gekom-
Flottenverbrauch auf 59 g pro km ge- der Stromerzeugung. Auch dieser Rest men, die wir verwendet hätten. Richtig
drückt werden soll? Die Befürworter soll bis zum Jahr 2022 verschwinden. sei ein Wert von 140 kg CO2 /kWh, meint
der deutschen Energiewende verwei- Demgegenüber lag der Anteil des Wind- das Magazin und verweist dabei auf ei-
sen darauf, dass das selbstverständlich und Sonnenstroms im Jahr 2018 bei nen eigenen Bericht.
regenerativ gewonnener, also grüner 25,2 Prozent. Der geplante Ersatz der
Strom sein solle. Wann sich dieser restlichen Kernkraftwerke durch Wind- Wir haben unsere Informationen indes
Wunsch erfüllen wird, bleibt offen. und Sonnenstrom verlangt also eine nicht den Zeitungen, sondern der Studie
nochmalige Ausweitung der Windkraft- selbst entnommen und im Best Case mit
Vielmehr steht zu befürchten, dass eine werke und der Fotovoltaikanlagen um 145 kg CO2/kWh gerechnet. Das ist nicht
gewaltige Ausweitung der Elektroflot- knapp die Hälfte. Beim Ausbautempo nur mit den Werten vergleichbar, die das
ten, die die neuen EU-Regeln erzwingt, der letzten fünf Jahre (2013 bis 2018), Handelsblatt-Magazin für richtig hält,
sondern auch mit der Metastudie der
vorläufig auch noch auf Kohlestrom an- das im Schnitt bei etwa 15 TWh pro Jahr
AGORA-Verkehrswende, die feststellt,
gewiesen sein wird – falls es sich dann lag, wäre der Ersatz der schon 2022 ab-
dass der Ausstoß an CO2-Äquivalenten
um intensiv eingesetzte E-Autos und zuschaltenden Atomkraftwerke mit
pro kWh Batteriekapazität in der Mehr-
nicht nur um Vorzeigeobjekte handelt. dem Ablauf des Jahres 2023 zu vermel-
zahl der Studien zwischen 100 und 200
Auf welchem Wege die benötigte be- den. Beim Durchschnittstempo der letz- kg CO2-Äquivalenten liegt.
darfsgerechte Steigerung der Stromer- ten zehn Jahre (2008–2018, gut 11 TWh)
zeugung in den kommenden Jahren wäre er jedoch erst im Verlauf des Jahres Es sei noch der Hinweis erlaubt, dass
wird stattfinden können, ist derzeit 2025 zu erwarten. Bis mindestens 2023 bei der schwedischen Studie nicht, wie
noch nicht absehbar. Das gilt umso wird so gesehen zusätzlicher Strom aus ein Kritiker vermutete, die ausschließ-
mehr, als allein schon der Grünstrom- emissionsfreien Quellen für die Elektro- liche Verwendung von Kohlestrom bei
ersatz für die verbliebenen Kernkraft- autos kaum verfügbar sein. der Batterieproduktion unterstellt wurde.
werke, die bis spätestens 2022 abzuschal- Vielmehr haben die Autoren einen erheb-
ten sind, eine große Herausforderung Der Versuch, darüber hinaus auch lichen Anteil CO2-freier Energie ange-
bildet. Der Ersatz selbst leistet offen- noch weite Teile des Pkw-Verkehrs nommen.
sichtlich noch keinen Beitrag zur Sen- überwiegend mit grüner Energie zu be-
6. Muss man nicht berücksichti-
kung der nationalen CO2-Emissionen. treiben, kann erst in den nachfolgen-
gen, dass die Hersteller versu-
den Jahren angegangen werden, aber
chen, ihre E-Autos mit grünem
Von grünen Politikern und von vielen auch dabei wird es die Grünstrompro- Strom zu produzieren?
NGOs wird das krachende Scheitern der duktion schwer haben, mitzuhalten.
Rechnungen derart, dass E-Auto-Her-
deutschen Klimapolitik gegeißelt, ob- steller ausschließlich grünen Strom nut-
wohl es dieselben politischen Kräfte Eine kleine Rechnung verdeutlicht die zen, sind problematisch. Es gibt in Europa
waren, die die Kanzlerin seinerzeit zur Größenordnung der Ersatzaufgabe.9 einen Markt für grünen Strom, den man
Abschaltung der Kernreaktoren dräng- Im deutschen Straßenverkehr wurden dort separat kaufen kann. Nur wird dieser
ten. Es sei daran erinnert, dass noch im im Jahr 2016 etwa 50 Mio. t Kraftstoffe Strom dann anderen Verwendungen ent-
Jahr 2000 etwa 170 TWh Strom aus den (Benzin und Diesel) eingesetzt. Da- zogen, die auf fossilen Strom ausweichen
deutschen Kernkraftwerken in das Netz von entfielen auf Pkw ca. 34 Mio. t. müssen. Diese Verdrängung muss man
eingespeist wurden. Das war mehr, Die Gesamtmenge dieser Kraftstoffe berücksichtigen, wenn man die margi-
als alle Wind- und Fotovoltaikanlagen entspricht einer CO2 -Emission von nale Energiequelle berechnen will. Wir
im Jahr 2018 zusammen produzierten 159 Mio. t CO2 sowie rund 590 TWh haben unsere Rechnungen deswegen auf
(160 TWh) (vgl. [3]). Mit dem Atom- an Wärmeenergie, die bei einem mitt- den durchschnittlichen deutschen Ener-
giemix konzentriert.
strom konnten jährlich über 170 Mio. t leren Wirkungsgrad von einem Drittel
CO2-Emissionen aus konventionellen am Antriebsstrang der vorhandenen
Wir vermuten allerdings, dass der Ver-
Kraftwerken vermieden werden. Indem Altflotte (Pkw, Lkw) eine Antriebsar-
such, große Teile des Verkehrs gleich-
man diese Anlagen sukzessive abschal- beit von ca. 200 TWh leistet.
zeitig mit der Abschaffung der restlichen
tete, beschädigte Deutschland nicht nur Kernkraftwerke zu elektrifizieren, wiede-
seine Emissionsbilanz, sondern hat sich Würde man zukünftig alle bislang mit rum die Kohle in einer Übergangszeit zur
auch die gegenwärtigen Probleme beim fossilen Brennstoffen fahrenden Pkw marginalen Energiequelle in Deutschland
Kohleausstieg, beim Netzausbau und und Lkw auf elektrischen Antrieb um- machen wird. Das würde die CO2-Bilanz
bei der Netzstabilität eingekauft. vollends verhageln. Daran ändert die
9Die dazu verwendeten Daten beziehen sich auf Behauptung der Hersteller, sie würden
das Berichtsjahr 2016 und sind der Statistik des
Bis zum Jahr 2018 wurde schon der größ- Bundesministeriums für Verkehr und digitale mit grünem Strom produzieren, nichts.
te Teil der Kernkraftwerke abgeschaltet. Infrastruktur [12] und der Arbeitsgemeinschaft Auch ohne diesen Effekt, also, wenn wir
Energiebilanzen [3], Energiebilanz 2016, ent-
Die restliche Produktion von Nuklear- nommen.
energie | wasser-praxis 8/2019 9FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
stellen wollen, entstünde ein zusätzli- rechten ist in Stein gemeißelt und un-
nur mit dem deutschen Strommix rech-
cher Bedarf an elektrischer Bruttoener- abhängig von der zusätzlichen Strom-
nen und den Minimalwert für den CO2-
Ausstoß bei Batterieproduktion ansetzen, gie von mindestens 300 TWh pro Jahr, nachfrage, die aufgrund der Elektrifi-
zeigt sich beim Elektroauto ein etwas hö- weil für Leitungs- und Ladeverluste zierung des Verkehrs nun politisch
herer Wert für den CO2-Ausstoß als beim etwa ein Drittel der Energie verloren erzwungen wird. In diesem Fall kann
Dieselauto. geht. Allein auf die Pkw würden dabei Kohlenstoff prima facie nicht der mar-
gut 200 TWh entfallen. Nimmt man ginale Brennstoff für die neuen Elekt-
Es gibt das Argument, den Strom für die den durchschnittlichen Zuwachs der roautos sein, und in der Tat könnte
E-Autos könne man selbst erzeugen, Produktion von Wind- und Sonnen- man dann geneigt sein, die neuen elek-
ohne über das Netz zu gehen, um damit strom der letzten fünf Jahre (2013– trisch betriebenen Autos, seien es Au-
sicherzustellen, dass beim Verbrauch 2018) als Vergleichsbasis, so würde der tos, die aus Batterien oder Wasserstoff-
kein CO2-Ausstoß entsteht. Auch hier Ersatz der Pkw- und Lkw-Flotten weite- tanks versorgt werden, mit einem CO2-
stellt sich allerdings die Frage, was die re 20 Jahre (also bis zum Jahr 2043) und Ausstoß von null anzusetzen.
Gesellschaft gewonnen hat, wenn der
der Ersatz allein der Pkw-Flotte weitere
selbst erzeugte grüne Strom nicht dem
13 Jahre (also bis 2036) dauern.10 Diese Logik gilt dann aber für jeden
Netz zur Verfügung gestellt wird.
Stromverbraucher, den man eigentlich
7. Haben wir falsche Daten beim Allein nur die Hälfte des Straßenver- vermeiden möchte. Dann kann man
Strommix verwendet, um das kehrs mit Wind- und Sonnenstrom zu auch die verpönte Elektroheizung und
E-Auto schlechtzurechnen? bewegen und die verbleibenden Kern- die alten Glühbirnen wieder guten Ge-
Unsere Zahlen basieren auf jenen des kraftwerke zu ersetzen, würde eine wissens installieren und sein Haus mit
Umweltbundesamtes. Es ist richtig, Ausweitung der Wind- und Sonnen- überdimensionierten Staubsaugern
dass man dort auf etwas weniger als 0,5 stromproduktion, die heute bei etwa reinigen, weil damit ja ohnehin kein
kg CO2 pro kWh Strom kommt, während 160 TWh liegt (vgl. Tabelle im An- zusätzlicher Verbrauch von fossilen
wir einen Wert von 0,55 kg verwenden. hang), um 226 TWh auf 386 TWh ver- Brennstoffen verbunden sein kann.
Das liegt aber daran, dass die Zahlen langen. Technisch möglich ist das,
des Amtes die Vorketteneffekte, also z. B. durch einen weiteren forcierten Es ist im Übrigen zu bedenken, dass der
den CO2-Ausstoß bei der Produktion Ausbau der Windkraft. Geht man da- sehr hohe CO2-Ausstoß bei der Batte-
von Strom aus fossilen Quellen, nicht von aus, dass Windkraftanlagen auch riefertigung durch den Emissionshan-
mitrechnet. Das haben wir getan, indem
in Zukunft den gleichen Auslastungs- del nicht erfasst wird. Trotz anders lau-
wir Vorketteneffekte bei der Kohle, beim
grad (Anteil der rechnerischen Volllast- tender Bestrebungen des Wirtschafts-
Gas und beim Öl auf der Basis der offizi-
stunden an der Jahresstundenzahl) wie ministeriums wird die Zellfertigung
ell auch von der EU verwendeten Daten
im Jahr 2017 aufweisen, nämlich 22,9 und insbesondere der Energieeinsatz
mitberücksichtigt haben. Man verglei-
che dazu unsere Tabelle 2, wo die Rech- Prozent,11 ferner die gleiche Größen- bei der Gewinnung der entsprechen-
nung ausführlich und für jedermann struktur haben wie die in diesem Jahr den Materialien bis 2030 wohl größten-
nachvollziehbar dargestellt wird. durchschnittlich vorhandenen 29.605 teils im nicht europäischen Ausland
Windkraftanlagen, dann bräuchte stattfinden.
Die Vorketteneffekte haben wir aber man 63.303 weitere solche Anlagen.12
genauso beim Diesel-Treibstoff berück- Bei einer Erhöhung des Anteils der An- Das ist insbesondere auch deshalb zu
sichtigt. Dort schlagen sie anteilig sehr lagen im Meer und einer Verwendung erwarten, weil es bei diesem Szenarium
viel stärker zu Buche als beim E-Auto, größerer Masten und Rotoren könnte voraussichtlich zu einem erheblichen
weil der Strom ja nur zur Hälfte aus fos- man die Zahl der benötigten Anlagen
silen Quellen stammt. Die Vorkettenef- natürlich deutlich verringern. So oder 10 Bei einer Ausbaugeschwindigkeit wie im
fekte sorgen dafür, dass der CO2-Aus- so stehen beachtliche Aufgaben an. Durchschnitt der letzten zehn Jahre würde die
stoß des C 220 d in unserer Rechnung Elektrifizierung des gesamten Verkehrs weitere
27 Jahre und des Pkw-Verkehrs fast weitere
von den angegebenen 117 g/km gemäß 18 Jahre, also bis zum Jahr 2043 dauern.
Daraus ergeben sich nach unserer Ein-
NEFZ auf 141 g/km steigt. Durch die 11 Aus der Division der Windstromerzeugung von
schätzung zwei mögliche Szenarien für 105.693 TWh im Jahr 2017 und der durch-
Berücksichtigung der Vorketteneffekte schnittlich installierten Kapazität in Höhe von
die Zeit bis 2030. Sie richten sich da-
gewinnt der Diesel keinen Vorteil ge- 52.730 MW ergeben sich 2.004 Volllaststunden.
genüber dem E-Auto, wie man zunächst nach, wie das Instrument des Emissi- Das entspricht einem Auslastungsgrad von 22,9
Prozent oder einer durchschnittlich verfügbaren
denken könnte, sondern er verliert einen onshandels für Strom in dieser Zeit von Leistung von 12,075 MW (vgl. [13], S. 12, S. 14).
12 Im Jahr 2017 lag die jahresdurchschnittliche
Teil seines Vorteils. der Politik eingesetzt werden wird.
Kapazität der 29.605 jahresdurchschnittlich
installierten Windkraftanlagen bei 1,78 MW
8. Wie lange hält eine Das eine Szenarium unterstellt eine ri-
pro Anlage. (vgl. [13, 14], jahresdurchschnittli-
che Leistung 52,730 MW dividiert durch 29.605
Elektrobatterie? gide Politik bei der Vergabe der Lizen- Anlagen). Diese Windkraftanlagen erzeugten,
wie schon in der vorigen Fußnote erwähnt,
Manche Hersteller reklamieren hohe zen für den europäischen Emissions- 105.693 TWh an Strom. Die Ausweitung der
Laufleistungen von 300.000 km und handel. Der avisierte Zeitpfad für die Produktion um 226 TWh würde also bei einer
unveränderten Größenstruktur um weitere
jeweils zulässige Menge an Emissions- 63.303 Anlagen verlangen.
10 energie | wasser-praxis 8/2019Anstieg der CO2 -Preise beim Emissi-
mehr, wobei sie aber optimale Ladestra- Allein schon eine Korrektur dieses Effektes
onshandel und damit auch der Strom-
tegien nutzen, die in der Praxis weniger würde rechnerisch in etwa so viel zusätzli-
preise kommen würde, denn die auf- Relevanz haben. Wir sind von nur 1.000 che CO2-Emissionen implizieren (man muss
grund der Elektroautos rapide wach- Ladezyklen für je 150 km ausgegangen. dann auch den Mehrverbrauch aufgrund der
sende Stromnachfrage würde auf ein Realistisch sind häufigere Ladevorgänge, schwereren Batterie rechnen), wie solche
wegen des Atomausstiegs vermindertes weil viele Fahrzeuge weniger als 150 km Emissionen durch eine Verdoppelung der
Stromangebot stoßen. am Tag fahren und ihre Batterien bei jeder Batterielaufzeiten verringert würden.
sich bietenden Gelegenheit aufgeladen
Im zweiten Szenarium ist der Zeitpfad werden, um bezüglich der stets knappen Wir haben den Stromverlust an den Transfor-
der vergebenen Emissionszertifikate Reichweite auf der sicheren Seite zu sein. matoren und Gleichrichtern der Ladestation
nicht rigide, sondern reagiert auf die Fährt man nur 50 km am Tag, entspricht der bei unserer Rechnung nicht berücksichtigt,
beschriebenen Schwierigkeiten beim Akku-Ersatz nach 150.000 km insgesamt um auf keinen Fall Annahmen zu setzen, die
Versuch, den Verkehr weitgehend zu 3.000 Ladezyklen. Hersteller akzeptieren das Elektro-Auto benachteiligen. Der Effekt
nach einer umfangreichen Übersichtsstu- ist bei schneller Ladung mit etwa 10 Prozent
elektrifizieren. Die starken Preissteige-
die von Schmuch et al. mittlerweile, dass zu veranschlagen. Hinzu kommt, dass wir
rungen der Emissionszertifikate und
sich die Zahl der Ladezyklen unter die darauf verzichtet haben, den hohen Ener-
des Strompreises, die dieser Versuch aus-
angestrebten Werte von 1.300 bis 2.000 giebedarf für die Heizung des Elektroautos
lösen wird, würde nun die Politik ver-
verringert, weil sie Batterien mit größerer zu berücksichtigen, der durch die Rekupe-
anlassen, den ursprünglich beschlosse- Kapazität verbauen. Allerdings kommt es ration nicht ausgeglichen wird, während die
nen Zeitpfad bei der Drosselung der dabei mehr auf den gesamten Energie- Heizenergie beim Diesel ohne zusätzlichen
Zertifikatmengen zu verlassen und die durchfluss an als auf die Zahl der Ladevor- Treibstoffverbrauch verfügbar wird.
Zügel lockerer zu lassen, um den Wider- gänge.
stand der Bevölkerung in Grenzen zu Schließlich haben wir, wie unter Punkt 7
halten. Allein schon die riesige Stabili- 9. Muss man nicht bei den Ver- schon erwähnt, zu den Emissionsdaten
tätsreserve, die beim Emissionshandel brennungsmotoren mit einem des Umweltbundesamtes noch die erheb-
besteht und die zur Preisdämpfung ver- höheren Energieeinsatz bei der lichen Vorketteneffekte bei den fossilen
fügbar ist, gewährt systemimmanent Motorproduktion rechnen? Brennstoffen berücksichtigt, die beim Die-
erhebliche Spielräume für eine Locke- Nach einer Studie des Instituts für Energie- sel wesentlich stärker zu Buche schlagen
rung der Einsparvorgaben. und Umweltforschung Heidelberg, die wir als beim Strom und die rechnerische Bilanz
in Fußnote 5 unseres Textes zitieren, muss noch weiter zugunsten der Elektroautos
man es nicht, weil der geringere CO2-Aus- verbessern.
In diesem Fall könnte der forcierte Aus-
stoß bei der Herstellung des Motors eines
bau der E-Mobilität im Verein mit der
Elektroautos durch höhere Emissionen bei Wir finden es erstaunlich, dass diese As-
Abschaltung der Kernkraftwerke be-
dessen Zusatzkomponenten ausgeglichen pekte von manchen Kritikern nicht gese-
deuten, dass die marginale Stromquel- wird. Und selbst wenn man unterstellen hen werden, die uns vorwerfen, wir hätten
le für die vielen neuen Elektroautos würde, dass der CO2-Ausstoß bei der Her- die E-Autos mit Extremszenarien zuguns-
zumindest zeitweilig nicht etwa grüner stellung eines Diesel-PKW um ein Drittel ten des Diesel schlechtgerechnet. Diesen
Strom, sondern Kohlestrom ist. Dann über der eines Elektroautos ohne Batterie Vorwurf weisen wir mit Nachdruck zurück.
würde, wie wir gezeigt haben, der läge, wären das bei einer Laufleistung von
Wechsel vom Dieselmotor zum Elek- 300.000 km gerade mal 7 g pro km. Auch 11. Widerspricht die VW-Studie
tromotor je nach Art der Batteriepro- diese Information findet sich in unserem unseren Ergebnissen?
duktion eine Erhöhung des CO2-Aus- Text. Ein Kritiker hatte unterstellt, wir hät- Am 24. April 2019 hat VW eine eigene
stoßes um zwei Drittel, wenn nicht gar ten das Thema übersehen. Studie zu den Emissionen der E-Autos
auf mehr als das Doppelte bedeuten. veröffentlicht, die auch den CO2-Ausstoß
10. Kommen die Elektroautos bei bei der Herstellung berücksichtigt. In die-
unserer Studie zu schlecht weg? ser Studie, bei der der E-Golf mit dem Golf
Als Nebenbemerkung sei noch ange-
Wir haben bei unserer Vergleichsstudie an TDI bei einer Laufleistung von 200.000 km
fügt, dass die Verschiebung des CO2 -
mehreren Stellen Annahmen getroffen, die verglichen wird, liegt der CO2-Ausstoß der
Ausstoßes vom Auspuff des Autos zum
man als übermäßig günstig für den Elek- Elektroversion beim deutschen Strommix
Schlot des Kraftwerks auch eine drama-
tromotor kritisieren könnte. So haben wir (nicht beim europäischen Strommix) mit
tische Verschiebung des CO2-Ausstoßes uns bei der Batterie mit der Annahme einer 142 g pro km leicht über dem des Diesel,
zwischen den Ressorts der Bundesregie- Kapazität von nur 75 kWh begnügt, obwohl der auf 140 g pro km kommt.
rung impliziert. Bundesumweltminis- man damit bei den betrachteten Autos im
terin Svenja Schulze will ja allen Res- Bestfall und unter der Verwendung der Diese Stellungnahme wird zum Teil medial
sorts zwingend für die von ihnen ver- neuen WLTP-Werte nur auf eine Laufleis- als Widerspruch zu unserer Studie auf-
tretenen Wirtschaftsbereiche gesonder- tung von ca. 60 Prozent des bei der Ver- gebaut. Tatsächlich besteht aber gar kein
te CO2 -Reduktionsziele vorschreiben wendung eines Dieseltanks erreichbaren Widerspruch, denn es handelt sich beim
(vgl. [15]). Uns ist nicht bekannt, ob sie Wertes kommt. Elektro-VW um ein kleineres Fahrzeug mit
dabei die automatische Entlastung des
energie | wasser-praxis 8/2019 11Sie können auch lesen
