VDI-Ökobilanzanalyse Wie grün ist E-Mobilität wirklich – und wie grün sind Verbrenner?

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Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) hat im Dezember 2023 eine spannende Ökobilanzanalyse zur Klimafreundlichkeit von E-Mobilität veröffentlicht, und zwar von der Herstellung bis zu einer Laufleistung von 200.000 Kilometern. Wie schlägt sich die „grüne“ E-Mobilität mit Blick auf die CO₂-Bilanz im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugmotoren?

Elektromobilität wird vielerorts als Mittel zu einer klimafreundlicheren Fortbewegung im Pkw gesehen. Klar, schließlich entstehen bei der Fortbewegung in einem Auto mit Strom weitaus weniger Treibhausgasemissionen als mit einem Benziner oder einem Dieselmotor. Gleichzeitig ist der Mensch so mobil wie nie zuvor und möchte diese Mobilität ungern einbüßen. Doch ist die E-Mobilität tatsächlich so grün, wie oft vermittelt wird – insbesondere wenn wir ihre CO₂-Bilanz nicht nur vom Kauf bis zu einer Laufleistung von 50.000 Kilometern betrachten? 

Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) hat im Dezember 2023 eine Ökobilanzanalyse veröffentlicht, die einen interessanten Einblick in die Klimafreundlichkeit der E-Mobilität gewährt, beginnend bei der Herstellung und endend mit einer Laufleistung von 200.000 Kilometern. Die Frage, die sich die Verfasser der Bilanz gestellt haben: Was ist für das Erreichen von Klimaneutralität die richtige Strategie bei der Wahl der Antriebsart und dem zugehörigen Energieträger? Betrachtet wurden für die Analyse rein elektrifizierte Antriebe, Hybrid-Antriebe in unterschiedlichen Ausprägungen sowie Verbrennungsmotoren, die mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden.

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Die technischen Grundlagen der Analyse

Die Ökobilanzanalyse wurde vom interdisziplinären Expertengremium Antriebe des VDI-Fachbereichs Kraftfahrzeugtechnik durchgeführt und von Mitarbeitenden des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) unterstützt. Methodik und Ergebnisse wurden dann vom Paul Scherrer Institut (PSI) auf den Prüfstand gestellt. „Bei der Erstellung wurden als Maßstab die 

DIN EN ISO 14040 sowie DIN EN ISO 14044 herangezogen. Als Datenbank wurde ecoinvent v.3.8 verwendet“, teilen die Verantwortlichen mit.

Als Beispiel für den Anwendungsfall wurden Kompaktklassefahrzeuge aus dem Jahr 2021 herangezogen, etwa der VW ID3, der Ford Focus, der VW Golf oder der Toyota Corolla Hybrid. Der Treibhausgas-Emissionsvergleich erfolgt unter Berücksichtigung der Fahrzeugproduktion im Jahr 2021 und Nutzung der Fahrzeuge bis zum Jahr 2035 mit einer Referenzlaufzeit von 200.000 km sowie der entsprechenden Netto-Stromerzeugung in diesem Zeitraum. In Betracht gezogen wurde der Bilanzraum Deutschland, eingeflossen in die Analyse sind außerdem Faktoren wie Rohstoffe, Prozesse, Produktionsorte, Nutzungsszenarien (WLPT, EcoTest) und mehr. Das Batterierecycling konnte hingegen nur auf der Potenzialseite in die Analyse einfließen. Weiterführende und ausführliche Details zur Methodik finden Sie in der mehr als 100 Seiten umfassenden Ökobilanzanalyse.

Bei der Methodik galt bei den Berechnungen der Studie, dass zu jeder Zeit ausreichend Strom aus erneuerbaren Energien verfügbar ist. Interessant ist dabei natürlich noch, dass im Rahmen der Initiativen Klimaneutrales Deutschland 2045 (KN2045) und AG Energiebilanzen (AGEB) angenommen wird, dass die Netto-Stromerzeugung in Deutschland bis zum Jahr 2035 auf über 750 TWh ansteigt. Rund 615 TWh kommen dabei aus erneuerbaren Energien, während angenommen wird, dass die Menge der erzeugten Energie aus fossilen Quellen von 244 TWh im Jahr 2021 auf 115 TWh fallen wird (zu sehen in Bild 1).

Wie viele Treibhausgase entstehen bei der Herstellung eines Pkw?

Kommen wir zu den Ergebnissen der Bilanzanalyse. Als eine der wichtigsten Erkenntnisse wird dabei die Menge der Treibhausgasemissionen (THG) bezeichnet, die entsteht, wenn ein Pkw hergestellt wird. Weil bei Elektrofahrzeugen über die Hälfte der entstehenden THG-Emissionen auf die Produktion des Antriebsstrangs entfällt, ist das E-Auto immer noch für die meisten CO₂-Emissionen verantwortlich (siehe Bild 2). Bei der Herstellung des Restfahrzeugs ohne den Antriebsstrang nehmen sich alle Antriebsformen nicht viel. Der Voll-Hybrid-Benziner ist mit durchschnittlichen 5,63 Tonnen CO₂ nur wesentlich „umweltfreundlicher“ als ein Stromer mit 82 kWh Kapazität mit 7,78 Tonnen.

Was bei der Herstellung eines Elektro-Pkws mit Blick auf die THG ganz besonders ins Gewicht fällt, ist die Produktion der Batterie, die für satte 83 Prozent des entstandenen CO₂ verantwortlich ist (siehe Bild 3). Daraus schließen die Autoren der Analyse folgerichtig: „Das Elektroauto startet folglich mit einem produktionsbedingten CO₂-Rucksack, den es über

die Nutzungsphase wieder ‚einfahren‘ muss.“ Wann also spart ein E-Fahrzeug das Kohlendioxid ein, das in seiner Produktion und in seiner Betriebszeit verursacht wurde?

Laufleistung 200.000 Kilometer – wer hat die Nase vorn?

Wie zuvor erwähnt sind die Analysten von einer Laufleistung von 200.000 Kilometern ausgegangen, während gleichzeitig das bereits bei der Produktion verursachte CO₂ als Startpunkt gilt. Unter Verwendung von Mittelwertansatz und WLTP-Szenario schneidet das Elektroauto mit einer Akkukapazität von 62 kWh am besten ab. Vom Beginn der Herstellung bis zu einer Laufleistung von 200.000 Kilometern werden 24,2 Tonnen CO₂ verursacht, bei einem Plug-in-Hybrid sind es mit 24,8 Tonnen knapp mehr. Dahinter folgen der Diesel (33 Tonnen) und der Benziner (37,1 Tonnen).

Die erhöhte Klimafreundlichkeit eines Elektroautos im Vergleich zum konventionellen Verbrenner mit Benzin stellt sich den Berechnungen vom VDI ab 90.000 Kilometern ein. Nun lässt sich das allerdings nicht alles über einen Kamm scheren, wie die Analysten selbst einräumen. Mit einem Fahrprofil Autobahn liegen die THG-Emissionen bei 27,5 Tonnen CO₂ fürs E-Auto. Wird das Fahrzeug hingegen ausschließlich mit Solarstrom geladen, dann sinken die CO₂-Kosten auf nur 19,1 Tonnen.

„Bei Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen ergeben sich THG-Emissionen zwischen 24,8 t CO₂ (WLTP, Mittelwertansatz) und 46,0 t CO₂ (EcoTest im Hybridmodus) je nach Analyseansatz und Anwendungsprofil. Bei Diesel- und Benzin- sowie Hybridfahrzeugen ergeben sich THG-Emissionen zwischen 25,1 t CO₂ (FHEV-g) und 43,6 t CO₂ (ICEV-g, Kurzstrecke) je nach Technologieausführungen und Fahrprofilen. Die größte Bandbreite an Ergebnissen weist das Plug-in-Hybrid-Fahrzeug (PHEV-g) auf. Einsatzfall und Analysemethode führen zu einer großen Bandbreite von 24,8 t CO₂ bis 46,0 t CO₂“, so heißt es.

Nicht alles, was summt, ist Klimagold. Noch nicht.

Die Leute vom VDI erkennen mit ihrer Ökobilanzanalyse einige wichtige Punkte, die sie als Handlungsempfehlungen für Deutschland aussprechen. So gibt es ohne grünen Strom keine grüne E-Mobilität und auch ohne grüne Batterien nicht. Die CO₂-Belastung durch die Herstellung eines elektrischen Antriebsstrangs muss sinken und mit regenerativer elektrischer Energie erfolgen, um den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern und E-Mobilität für die Erreichung von Klimaneutralitätszielen spürbar attraktiver zu machen.

Das Batterierecycling muss insbesondere in Deutschland ebenfalls vorangebracht werden und Autohersteller sollten sich das Potenzial von Elektro-Kleinfahrzeugen vor Augen halten. Plug-in-Hybride können einen positiven Beitrag zur Reduzierung der Emissionen beitragen, allerdings nur dann, wenn sie einen hohen elektrischen Fahranteil erreichen. Zudem empfehlen die Autoren vom VDI die Förderung und Nutzung von E-Fuels als wichtigen Technologiebaustein für eine klimaneutrale Mobilität. Wenn Sie eine kompakte Zusammenfassung der wichtigsten Analyse-Erkenntnisse vom VDI suchen, dann finden Sie diese im Factsheet.  (sb)

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