CO₂-Rucksack

Aktualisiert 10.11.2020

CO₂-Bilanz. „Rund tausendmal kann ein Hochleistungsakku nachgeladen werden, dann muss ein neuer her. Und dessen Herstellung hat bereits viel Energie verbraucht. Mit 48 Gramm CO₂ pro Kilometer schlägt sich dies in der Treibhausbilanz nieder, hat der Schweizer Ökobilanzierer Rolf Frischknecht ausgerechnet. Zusammen mit den CO₂-Emissionen der Kraftwerke für die Erzeugung der 0,2 Kilowattstunden, die das Elektroauto pro Kilometer verbraucht, ergibt sich eine CO₂-Gesamtemission von 162 Gramm pro Kilometer“¹
Und nach 1000 Ladungen wird ein neuer Hochleistungs-Akkusatz fällig – und damit ein entsprechend größerer CO₂-Rucksack.

Reichweite verursacht CO₂. Zur im Mai 2017 erschienenen Studie des Schwedischen Umweltforschungsinstituts (IVL) schreibt Bernd Rubel: „Die Experten errechneten, dass es bereits bei der Produktion einer Lithium-Ionen-Batterie zu CO₂-Emissionen von 150 bis 200 Kilogramm kommen könne – wohlgemerkt: pro Kilowattstunde (kWh) Batteriekapazität. (…) Umgerechnet auf die Batteriekapazitäten momentan erhältlicher Elektrofahrzeuge ergeben sich auf den ersten Blick erschreckend hohe Werte, die eine weitere Analyse der Problematik erzwingen. So führt die Produktion der Akkus für ein Tesla Model S mit einer Batteriekapazität von ~ 86 kWh nach den Berechnungen der Experten zu einem CO₂-Ausstoß von rund 17 Tonnen. (…) Grob und auf der Basis von Mittelwerten zusammengefasst ergibt sich ein Bild, das vor allem für Tesla schlecht ausfällt: Mit einem handelsüblichen europäischen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor kann ein typischer Verbraucher demnach ganze 8 Jahre fahren, bevor das Auto die Umwelt so stark belastet wie die Akku-Produktion für ein Tesla Model S. (…) Beim heutigen Entwicklungsstand der Akku- und Rekuperations-Technologien lässt sich mehr Reichweite nur über eine höhere Batteriekapazität (kWh) in den Fahrzeugen und somit zwangsläufig nur durch den Einbau weiterer Zellen realisieren. Sprich: Solange die Energiedichte der Akkuzellen nicht erhöht wird, wird man für eine Reichweite von 300, 400, 500 oder gar 600 Kilometern auf absehbare Zeit einfach mehr Akkus in die Fahrzeuge packen. Jeder dieser Akkus muss produziert werden und verursacht dabei CO₂. Dementsprechend ergibt sich eine erste überraschende Schlussfolgerung. Elektroautos machen momentan vor allem dann Sinn, wenn sie wie der Nissan Leaf, der BMW i3, der e-Golf o. ä. Fahrzeuge einen kleinen Akku haben. Bei der Produktion dieser Fahrzeuge und der ‚wenigen‘ eingebauten Akkus fällt in der Summe aller Produktionsschritte weniger CO₂ an. Im Umkehrschluss machen Autos, in denen Hunderte Kilogramm schwere Akku-Packs durch die Gegend gefahren werden, momentan weitaus weniger Sinn. (…) Zur Diskussion gehört aber auch, dass der Endverbraucher eventuell Kompromisse macht, auf die ihn momentan nur wenige der allzu begeisterten Befürworter der Elektromobiltät hinweisen. Mehr Reichweite ist momentan ein ‚Luxus‘, der noch mit einem erschreckend hohen CO₂-Verbrauch für die Produktion des einzelnen Fahrzeugs erkauft wird. Das wird gerade die vermeintlichen Vorreiter – die frühen Käufer eines Model S oder Model X – nicht freuen. Sie müssen sich mit der Erkenntnis anfreunden, dass zum jetzigen Zeitpunkt die CO₂-Bilanz der Akku-Produktion so mies ausfällt, dass ihnen rechnerisch jedes auf Kurzstrecken ausgelegte Hybrid-Fahrzeug mit vergleichsweise kleinem Akku im gesamtgesellschaftlichen Nutzen noch weit überlegen ist.“²
Nachtrag vom Dezember 2019: IVL hat im November 2019 eine neue Studie zu Elektroautos herausgegeben: Lithium Ion Vehicle Battery Production. Danach ist durch größere Produktionsstätten und dem vermehrten Einsatz erneuerbarer Energieträger der CO₂-Ausstoß gefallen: Bei der IVL-Studie von 2017 lag er noch bei 150 bis 200 kg CO₂, nun wird er mit 61 bis 106 kg CO₂ angenommen.³

Ökologischen Rucksack verkleinern? Tesla hat als erster Elektroauto-Hersteller die aus Notebooks, Smartphones etc. bekannten Lithium-Ionen-Akkus zu Tausenden in seine Modelle eingebaut. „Denn bei aller Begeisterung über die Leistungen von Tesla darf man nicht vergessen, dass die Kalifornier in Wahrheit mit ihren Fahrzeugen ein ziemlich altbackenes Konzept verfolgen: Sie ersetzen den Tank durch eine Batterie und verfolgen das tradierte Modell des Besitzes von Fahrzeugen.“⁴

Akkus aus China: ein Betriebsgeheimnis. Die chemische Zusammensetzung der Batterie wird in China als Betriebsgeheimnis betrachtet. Für die Klimabilanz ist die geografische Herkunft von Bedeutung, „weil die Fabriken bei der Aufbereitung der Rohstoffe und der Montage der Speicherzellen viel Strom verbrauchen. Dass zurzeit viele Batterien aus China kommen, wo viel Elektrizität aus ineffizienten Kohlekraftwerken im Netz fließt, belastet daher die Bilanz der Autos. ‚Es hängt allerdings auch in China vom genauen Standort der Fabrik ab‘, sagt Peter Kasten vom Öko-Institut. ‚Im Südosten stammt etwa ein Drittel des Stroms aus erneuerbaren Energien, im Norden vor allem aus Kohlekraftwerken.‘ Die Batteriemobile starten also mit einem schweren ökologischen Rucksack. Nimmt man als Durchschnittswert einen Ausstoß von fünf Tonnen CO₂ bei der Produktion des Stromspeichers, dann entspricht das der Verbrennung von 2150 Litern Benzin oder 1900 Litern Diesel. Damit kommen die sparsamsten Verbrenner ungefähr 50.000 Kilometer weit.“⁵. – „Die schwedische Übersichtsarbeit des IVL-Instituts kalkulierte die zusätzliche Emission auf etwa 150 bis 200 Kilogramm CO₂-Äquivalente pro Kilowattstunde Speicherkapazität. Andere Forscher kommen auf ähnliche Werte, Jens Peters vom Karlsruher Institut für Technologie taxiert die Emissionen nach einem Blick in die Literatur auf 110, das Heidelberger ifeu-Institut im Auftrag des Umweltbundesamtes auf gut 140 und ein Team um die norwegische Forscherin Linda Ellingsen auf etwas mehr als 170 Kilogramm CO₂ pro Kilowattstunde Kapazität.“⁵
In tagesspiegel.de widersprach im April 2019 Autor Jens Tartler der Darstellung, dass die Produktion der Akkus eines Tesla S mit 100 kWh über 17 Tonnen CO₂ verursachen würde, wie in der IVL-Studie angegeben: „Die Zahl taucht in der Studie gar nicht auf, sondern wurde von einem schwedischen Journalisten in Umlauf gebracht.“⁶ Der Journalist hat den Fehler angeblich zugegeben. Auch besteht Tesla darauf, Ökostrom für die Herstellung seiner Akkus in seiner Gigafactory zu verwenden. Der südkoreanische Akkuhersteller LG Chem nannte für die Herstellung eines 24-kWh-Akkus die Emission von 3,2 Tonnen CO₂. „Diese Menge stößt ein Benziner mit knapp sieben Litern Verbrauch auf einer Strecke von 20.000 Kilometern aus.“⁶

Diesel im Vergleich zum Elektroauto. Der Schaeffler-Entwicklungschef Peter Gutzmer und der Shell-Mobilitätsforscher Wolfgang Warnecke haben eine Gesamtrechnung from the cradle to the grave gemacht. „Demnach soll es keinen großen Unterschied zwischen einem Diesel (156 g/km CO₂) und einem E-Fahrzeug mit großer Batterie (zum Beispiel Tesla S 135 g/km) geben.“⁷

CO₂-Rucksack und Reichweite. „Dreistellige Einsparungen gibt es höchstens in der Luxusklasse, in der das Auto von Tesla fährt. Um mit den zweistelligen Differenzwerten zusätzliche fünf Tonnen Kohlendioxid aus der Batterieproduktion auszugleichen, müssten Elektroautos normaler Dimensionen schon in die Größenordnung von 150.000 Kilometern Fahrleistung kommen und dafür zehn bis zwölf Jahre auf der Straße bleiben. (…) Nachteile entstehen beispielsweise, wenn das Elektroauto unbedingt eine Reichweite von 400 statt 150 bis 200 Kilometern haben soll. Dann braucht es eine doppelt so große Batterie und müsste unrealistische 300.000 Kilometer zurücklegen, um seinen ökologischen Rucksack abzutragen.“⁸
Fraglich (und ungeklärt) ist, ob der Erst-Akku diese immensen Strecken überhaupt durchhält! Der Wechsel zu einem Zweit-Akku macht den CO₂-Rucksack natürlich noch beträchtlich größer.

Akkus aus Polen und Ungarn – mit billigem Kohlestrom! Niedersachsens Ministerpräsident Stephan Weil (SPD) hat auf der Hannover-Messe Anreize von der EU verlangt, da durch die hohen Stromkosten in Deutschland die stromaufwändigen Akkuzellen nicht lukrativ herstellbar seien. „Gerade die Erneuerbare-Energien-Umlage treibt die Produktionskosten in die Höhe. Daher bauen die asiatischen Zelllieferanten in Ländern wie Polen und Ungarn neue Werke für die Versorgung der deutschen Autoindustrie auf. Nicht wegen der günstigeren Arbeitskosten, sondern vor allem aufgrund des konkurrenzlos billigen Kohlestroms.“⁹
Das vergrößert den CO₂-Rucksack natürlich weiter beträchtlich.

Aus einem Beitrag von Prof. Horst Wildemann, TU München: „Die Umweltbilanz der E-Autos muss besser werden. Der Verkehr verursacht rund ein Drittel der jährlichen CO₂-Emissionen in Deutschland. E-Autos mindern aber nicht automatisch den Ausstoß des klimaschädlichen Gases. Denn die Stromer stehen über den gesamten Lebenszyklus nicht besser da als Autos mit Verbrennungsmotor. Die Herstellung einer Batterie des Tesla Model S verursacht etwa 17,5 Tonnen CO₂. Das ist ungefähr ein Drittel der CO₂-Emissionen eines Elektrofahrzeuges während seines Lebenszyklus. Hinzu kommt, dass Strom aus Kohle und Erdgas die Umweltbilanz des E-Autos weiter verschlechtert. Das führt dazu, dass beim heutigen deutschen Strommix E-Autos unterm Strich in etwa die gleiche CO_₂-Bilanz aufweisen wie Dieselautos. Hier müssen Staat und Industrie ansetzen. Ohne eine massive Verbesserung der Ökobilanz bleibt die Verkehrswende ein frommer Wunsch.“¹⁰

Akkuproduktion mit polnischem Kohlestrom. In Berlin verhandelt die Kohlekommission über den Ausstieg aus der Braunkohle: Deshalb wird auch die Ansiedlung einer Batteriefabrik im der strukturschwachen Lausitzer Gegend diskutiert. Die südkoreanische LG Chem hat gerade in der Nähe von Posen 1,3 Milliarden Euro für Europas größte Batteriefabrik investiert. In Nysa an der Neiße will der Materialkonzern Umicore aus Belgien ein Werk für Batteriekathoden bauen.¹¹
Die Akku-Produktion ist sehr stromintensiv: Und der Strom kommt in Polen zu 80 Prozent aus Braunkohle. Das erhöht den CO₂-Rucksack erneut.

Christian Wüst im Spiegel zur Untersuchung des IVL: „E-Mobile nach Tesla-Vorbild speichern bis zu 100 Kilowattstunden. Das heißt: Noch ehe sie den ersten Kilometer fahren, hat ihre Herstellung das Klima so belastet wie der fossile Spritverbrauch eines sparsamen Benzin-Kleinwagens, der  schon über 200.000 Kilometer gefahren wurde.“¹²

NIO ES8: 7-sitziger SUV, Länge 4,97 cm, wechselbare Batterie, ab umgerechnet 57.000 Euro. (Wikipedia) Gewicht 2,5 Tonnen, 480 kW, Reichweite 500 Kilometer, seit Juni 2018 im chinesischen Handel. Wechselzeit mit Robotereinsatz drei Minuten; derzeit 18  Ladestationen auf dem Expressway G4 von Peking nach Macau, die jeweils fünf Akkus Vorrat haben. Nio will bis  2020 1000 Ladestationen aufstellen: Da ein Elektroauto den CO₂-Rucksack mitschleppt, ist die Lösung mit Wechselstationen noch klimaschädlicher.¹³

Die Ifo-Studie „Fahrzeugbau – Wie verändert sich die Wertschöpfungskette“ erläutert dazu: „Der Energieaufwand in der Zellfertigung ist erheblich: Rund 20 Prozent des im Lebenszyklus eines BEV anfallen-den CO₂ (bei 150.000 gefahrenen km) oder rund 40 Prozent des gesamten CO₂-Ausstoßes in der Produktion des Fahrzeuges entfallen auf die Produktion der Batterie.¹⁴ Dies hat zwei unmittelbare Konsequenzen für die Produktion in Deutschland: „Zum einen machen höhere Strom- und Energiekosten die Fertigung und damit das Endprodukt vergleichsweise teuer. Zum anderen sollte der in der Fertigung eingesetzte Strom in die Energiebilanz des Fahr-zeugs eingerechnet werden. Je ‚sauberer‘ der in der Zellfertigung verwendete Strom, desto geringer ist der tatsächliche CO₂-Ausstoß pro km der Fahrzeuge, in welche die Zellen eingebaut werden. Dieser Tatsache trägt beispielsweise das schwedische Unternehmen Northvolt Rechnung, das in Kooperation mit u.a. bayerischen Automobilherstellern strategisch auf Batteriefertigung mit Ökostrom setzt.“¹⁵

60.000 bis 100.000 Kilometer. Klaus Schmitz ist Partner bei der Strategieberatung Arthur D. Little. Er sieht einen Ausgleichspunkt beim in Akkus eingesetzten CO₂ bei 60.000 bis 100.000 Kilometer.¹⁶

Der CO₂-Rucksack des Polestar. Der CEO von Polestar, Thomas Ingenlath, drängt auf Transparenz bei der Elektromobilität, die in der Vergangenheit von den Konzernen nicht immer ausreichend geliefert wurde. „Einer eigenen Analyse zufolge verlässt der neue vollelektrische Polestar 2 die  Fabrik mit einem CO₂-Rucksack von 26 Tonnen. Das sind zehn Tonnen mehr als beispielsweise bei einem Volvo XC40 mit Verbrennungsmotor.“¹⁷
Hier ist ein Zitat von Ingenlath vom 9.7.2020 interessant. Die Zeit fragte ihn im Interview: „Wie viel CO₂ entsteht denn bei der Herstellung eines Polestar 2?“ Ingenlath: „Wenn ich ehrlich bin, wissen wir  das nicht. Seriös kann das niemand in der Branche sagen.“¹⁸

VDI zu CO₂-Rucksack und großen Elektroautos. In der VDI-Studie Ökobilanz von Pkws mit verschiedenen Antriebssysteme“ wird auf das Ansteigen des CO₂-Rucksacks mit größeren Batterien und höheren Reichweiten hingewiesen: „Im Sinn einer minimierten CO₂-Bilanz sind Fahrzeuge mit kleinen Batteriekapazitäten zu bevorzugen.“¹⁹ – „Ableitend lässt sich damit weiterhin feststellen, dass Fahrzeuge mit kleiner Batterie umweltfreundlicher sind als  solche mit großer Batterie. Der Trend am Automobilmarkt hin zu großen Reichweiten und damit großen Batterien ist daher kontraproduktiv.“²⁰
Genau das ist derzeit aber der Fall: Immer größere Pkws bis hin zu SUVs (SUV, elektrisch) mit immer größeren Reichweiten werden elektrifiziert – und mit Schnellladesäulen bis zu 350 kW geladen. Und immer weniger elektrische Kleinwagen werden produziert, siehe unter Elektrische Kleinwagen.

1. Asendorpf, Dirk, Die Mär vom emissionsfreien Fahren, in Die Zeit 17.9.2009Hervorhebung WZ [↩]
2. Rubel, Bernd, Umweltsau Tesla? in www.mobilegeeks.de 4.7.2017 [↩]
3. sda, Studie: Batterien von E-Autos mit besserer Umweltbilanz als gedacht, in suedostschweiz.ch 4.12.2019. Ich schaue sie mir demnächst an; WZ [↩]
4. Hengstenberg, Michael, „Ihre voraussichtliche Wartezeit beträgt … zwei bis fünf Jahre“, in spiegel.de 13.9.2017 [↩]
5. Schrader, Christopher, So öko sind Elektroautos wirklich, in spektrum.de 3.11.2017 [↩] [↩]
6. Tartler, Jens, Ökobilanz von alternativen Antrieben ist überraschend eindeutig, in tagesspiegel.de 8.4.2019 [↩] [↩]
7. Becker, Joachim, Stadt Land Luft, in SZ 24.2.2018 [↩]
8. Schrader, Christopher, Die Ökobilanz der E-Mobilität, in Spektrum der Wissenschaft 5/18; Hervorhebung WZ [↩]
9. Becker, Joachim, Ohne Spannung, in SZ 12.5.2018 [↩]
10. Wildemann, Horst, Weg mit den Tabus, in Die Zeit 19.7.2018 [↩]
11. Bauchmüller, Michael, Polen will mit Deutschland Batterien für E-Autos bauen, in SZ 7.9.2018 [↩]
12. Wüst, Christian, Schädlinge ohne Auspuff, in Spiegel 42/13.10.2018 [↩]
13. Grünweg, Tom, Akku, wechsel‘ dich, in spiegel.de 9.2.2019 [↩]
14. Europäisches Parlament, „Research for TRAN Committee – Battery-powered electric vehicles: market development and lifecycle emissions, Studie, Brüssel 2018 [↩]
15. Ifo-Institut (Falck, Oliver / Koenen, Johannes), Fahrzeugbau – Wie verändert sich die Wertschöpfungskette, Ifo-Studie im Auftrag des BIHK, München, Juni 2019, S. 15f [↩]
16. Specht, Michael, Das sollten Sie wissen, bevor Sie ein Elektroauto kaufen, in spiegel.de 16.7.2020 [↩]
17. Becker, Joachim, Akkus, die aus der Kälte kommen, in SZ 27.10.2020 [↩]
18. Rohwetter, Marcus, „Da muss mehr kommen!“, in Die Zeit 9.7.2020 [↩]
19. VDI, Ökobilanz von Pkws mit verschiedenen Antriebssystemen, Düsseldorf, Oktober 2020, S. 21 [↩]
20. VDI, FAQ zur VDI-Studie Ökobilanz von Pkws mit verschiedenen Antriebssystemen, Düsseldorf 30.10.2020 [↩]