Grenzen der Elektromobilität

Der fünfte und letzte Teil der Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ lotet die Grenzen der Elektromobilität aus.   

Meilensteine und Fahrplan der Schweizer Klimapolitik für die Zeit nach 2020 gemäss Entwurf des Bundesrates.

In seiner Botschaft zur Totalrevision des CO2-Gesetzes nach 2020 legt der Bundesrat die nächste Etappe der Schweizer Klimapolitik fest. Sein Fahrplan sieht eine Reduktion der schweizweiten Treibhausgasemissionen (CO2) um 70 bis 85 Prozent bis ins Jahr 2050 vor und strebt nach 2050 die Klimaneutralität an. Sprich in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts würde die Schweiz keine CO2-Emissionen mehr verursachen. Damit dies gelingt, müssen die Treibhausgasemissionen in allen Sektoren rasch reduziert und nach 2050 auf null gesenkt werden. Die Mobilität auf den Strassen (Personenwagen und Güterverkehr) zieht in der Schweiz mehr als einen Drittel der gesamten CO2-Emissionen auf sich. Eine substanzielle Reduktion in diesem Bereich ist für die Schweizer Klimapolitik daher von grosser Bedeutung. Im Durchschnitt sind die CO2-Emissionen pro Fahrzeug in den letzten Jahren bereits zurückgegangen, obwohl noch grossmehrheitlich Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren (Benzin und Diesel) auf der Strasse unterwegs sind. Grund dafür ist der technologische Fortschritt und die zunehmende Hybridisierung, wie beispielsweise bekannt vom Toyota Prius. Diese CO2-Reduktion ist aber viel zu gering, um das weitere Mobilitätswachstum zu kompensieren, so dass die Gesamtemissionen seit 1990 gestiegen sind. Um die vom Bundesrat skizzierten Klimaziele zu erreichen, müssen Verbrennungsmotoren daher durch eine CO2-ärmere Antriebstechnologie ersetzt werden. Wie in den letzten Berichten dieser Serie gezeigt, kommt genau an dieser Stelle die Elektromobilität ins Spiel. Nur mit einer raschen Marktdurchdringung der Elektromobilität können die Schweizer Klimaziele im Bereich Mobilität erreicht werden. Doch sind Elektrofahrzeuge die einzigen „Heilsbringer“ der Klimapolitik oder gibt es Alternativen?

 

Wasserstoff-Zukunft?

Tatsächlich gibt es mit dem Brennstoffzellenantrieb eine Alternative zur Elektromobilität. Brennstoffzellenfahrzeuge werden mit Wasserstoff (H2) an speziellen Tankstellen per Zapfschlauch betankt. Die im Fahrzeug verbaute Brennstoffzelle fungiert als bordeigenes „Kraftwerk“ und wandelt den Wasserstoff in Strom um. Der Antrieb des Fahrzeuges erfolgt dann wie beim Elektroauto über einen Elektromotor. Da Brennstoffzellenfahrzeuge aber Wasserstoff und nicht Strom „tanken“, gehören sie per Definition nicht zu den Elektrofahrzeugen. Der Wasserstoff wird im Fahrzeug in einem Tank aufbewahrt. Brennstoffzellenfahrzeuge haben zudem eine Batterie, unter anderem zur Energierückgewinnung bei Bremsvorgängen und zur Optimierung der Energieflüsse. Der Hauptvorteil ist die hohe Energiedichte von Wasserstoff. Im Vergleich zu Elektrofahrzeugen weisen Brennstoffzellenfahrzeuge daher eine grössere Reichweite bei gleichzeitig tieferem Gewicht vor. Allerdings ist der Brennstoffzellenantrieb viel ineffizienter als jener eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs. Wären Mitte Jahrhundert alle rund 5,5 Mio. Personenwagen in der Schweiz Elektrofahrzeuge, bräuchte es dafür rund 7 TWh Strom (ca. 11% des heutigen Stromverbrauchs der Schweiz). Würden jedoch alle Personenwagen Mitte Jahrhundert mit Brennstoffzellen angetrieben, müssten dafür mehr als 20 TWh Strom zusätzlich produziert werden. Die Schweizerische Stromnachfrage stiege um mehr als 30%. Der Grund weshalb der Stromverbrauch beim Umstieg auf Brennstoffzellenfahrzeuge steigt, liegt bei der Herstellung (Elektrolyse) des in den Fahrzeugen benötigte Wasserstoffs, welche viel Strom braucht.

Zurzeit gibt es erst drei Brennstoffzellenfahrzeuge auf dem Markt und praktisch keine Wasserstoff-Tankstellen. 2016 existierten auf der Welt lediglich 260 Wasserstoff-Tankstellen. Für Elektrofahrzeuge gibt es alleine im Raum Zürich über 200 öffentliche Lademöglichkeiten. Auch im Betrieb sind Brennstoffzellenfahrzeuge um ein Vielfaches teurer als Elektrofahrzeuge. Überzeugt aber der Hauptvorteil der Brennstoffzellenfahrzeuge – die signifikant grössere Reichweite und die deutlich kürzere Betankungszeit – so sehr, dass sie die aktuell führende Position der Elektrofahrzeuge noch streitig machen und zukünftig doch vermehrt auf Wasserstoff gesetzt wird? Aktuell deutet im Bereich der Personenwagen nichts darauf hin, denn diese Vorteile haben sich aufgrund der Marktreife der Elektrofahrzeuge in den letzten Jahren bereits deutlich reduziert. Der Mercedes GLC mit Brennstoffzellenantrieb fasst der Tank 4,5 Kilogramm Wasserstoff. Damit kommt er auf eine Reichweite von rund 400 km. Viel mehr als sechs Kilogramm Wasserstoff wird aber kaum in einem Personenwagen Platz finden – aus Gründen der Crash-Sicherheit, da unkontrollierter Wasserstoff hochexplosiv ist. Die entsprechende Alltagsreichweite von rund 600 Kilometer werden Elektroautos mit der nächsten Batteriegeneration möglicherweise auch bieten. Auch bei der Tankgeschwindigkeit schmilzt der Vorsprung des Wasserstoffantriebs rapide. Schnellladestationen mit 150 Kilowatt Leistung bringen Elektroautos in einer Viertelstunde wieder auf Trab.

Im Bereich der Personenwagen ist es daher unwahrscheinlich, dass sich Brennstoffzellenfahrzeuge gegen Elektrofahrzeuge doch noch durchsetzen werden. Die Anwendungsbereiche für Brennstoffzellen verschieben sich aktuell zu immer grösseren Fahrzeugen. Dort wo grosse Mengen Wasserstoff sicher on-board gelagert werden können und damit grosse Reichweiten möglich werden, finden Brennstoffzellenfahrzeuge ihren Platz im zukünftigen Mobilitätssystem. Also in Langstrecken-Bussen, Lastwagen oder anderen Nutzfahrzeugen.

 

CO2-freie Mobilität

Im internationalen Schiff- und Flugverkehr, welcher zunehmend relevant wird in der Klimapolitik, werden sich nach aktuellem Kenntnisstand weder der batterie-elektrische noch der Brennstoffzellenantrieb durchsetzen. An ihrer Stelle könnten zukünftig synthetische Kohlenwasserstoffe in Erscheinung treten und die CO2-freie Zukunftsmobilität komplettieren. Synthetische Kohlenwasserstoffe sind eigentlich nichts anderes als klimaneutrales Kerosin, welches aus Strom, Wasser und Biomasse hergestellt wird. Während Brennstoffzellen-Lastwagen und mit synthetischen Kohlenwasserstoffen betriebene Flugzeuge noch Zukunftsvisionen sind, ist die Elektromobilität im Personenwagen bereits Realität.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Grenzen der Elektromobilität

Die Welt ist nicht genug

Natürliche Ressourcen bilden die Basis für unsere Lebensqualität. Sie werden heute jedoch vielerorts übernutzt. Der Druck auf die natürlichen Ressourcen wird mit wachsender Weltbevölkerung und steigender Wirtschaftskraft künftig weiter ansteigen.

Die Schweizer belasten die Umwelt vor allem durch Konsum und Ernährung. Im Sockel sind öffentliche Gemeingüter und Infrastruktur enthalten.
Die Schweizer belasten die Umwelt vor allem durch Konsum und Ernährung. Im Sockel sind öffentliche Gemeingüter und Infrastruktur enthalten.

Am Morgen in einem geheizten Haus aufwachen und mit Warmwasser duschen. Mit dem Auto zur Arbeit fahren. Am Mittag ein Stück Fleisch auf dem Teller. In den Ferien mit dem Flieger ferne Länder erkunden. Wir leben auf grossem Fuss. Für unsere täglichen Aktivitäten brauchen wir natürliche Ressourcen, welche uns Mutter Erde zur Verfügung stellt. Heute nutzt die gesamte Menschheit Ressourcen von 1,6 Erden. Das bedeutet, dass der Planet Erde über ein Jahr und sechs Monate braucht, um den Verbrauch der Menschheit eines Jahres zu decken. Oder anders ausgedrückt: bereits kurz nach Jahresmitte – in diesem Jahr am 8. August 2016 (Earth Overshoot Day) – hat die Weltgemeinschaft die natürlichen Ressourcen, welche für ein ganzes Jahr reichen müssten, bereits aufgebraucht. Die Übernutzung der Ressourcen bringt die Umweltsysteme des Planeten an die Grenzen der Stabilität. Wo und in welchem Mass, zeigt das Konzept der „Planetary Boundaries“. Es betrachtet neun für das System Erde wichtige ökologische Dimensionen wie Klimawandel, Biodiversitätsverlust oder biogeochemische Kreisläufe (Stickstoff und Phosphor), bei denen ein Überschreiten festgelegter Grenzen gravierende Folgen für die Menschheit hätte. Wir leben auf grossem Fuss – auf zu grossem Fuss.

Ökologischer Fussabdruck

Ein anschauliches Bild für diese Übernutzung liefert der ökologische Fussabdruck, welcher CO2-Emissionen und Flächenbedarf berücksichtigt. Das Resultat – also der ökologische Fussabdruck – misst die Fläche in „globalen Hektaren“, die für die Produktion dieser Ressourcen notwendig wäre. Der ökologische Fussabdruck zeigt auf, welche ökologische Produktionsfläche erforderlich ist, damit eine Region, ein Land oder die gesamte Menschheit die eigenen Bedürfnisse decken und die Abfälle neutralisieren kann und erlaubt eine Aussage darüber, ob die Nutzung des Umweltkapitals nachhaltig ist oder nicht. Dem gegenüber steht die „Biokapazität“ eines Landes oder auch der ganzen Erde, also die Fähigkeit der Natur, Rohstoffe zu erzeugen und Schadstoffe abzubauen. Der ökologische Fussabdruck ist folglich wie eine Buchhaltung der Natur. Eine Buchhaltung besteht jedoch immer aus zwei Seiten. Deshalb wird auch die „Biokapazität“ berechnet, also die Fähigkeit der Natur, Rohstoffe zu erzeugen und Schadstoffe abzubauen. Stimmen Fussbadruck und Biokapazität einer Person oder Region überein, befindet sich diese im Einklang mit der Tragfähigkeit der Natur und ist somit nachhaltig.

Die Schweiz, kein Musterschüler

Auch die Schweiz übernutzt die natürlichen Ressourcen massiv. Der ökologische Fussabdruck sowie die Biokapazität der Schweiz werden vom BAFU und BFS regelmässig analysiert. Derzeit misst der ökologische Fussabdruck der Schweiz 4,9 globale Hektaren pro Kopf. Die Biokapazität der Schweiz beträgt indes bloss 1,4 globale Hektaren pro Kopf. Folglich ist der Fussabdruck der Schweiz dreieinhalbfach grösser als ihre Biokapazität.

Ernährung und Konsum

Der übermässige Ressourcenverbrauch der Schweizer belastet die Umwelt weltweit. Verantwortlich dafür sind vor allem Ernährung, Konsum, Mobilität und Wohnen. Bei der Ernährung fallen vor allem tierische Produkte, insbesondere Rindfleisch, ins Gewicht. Die globale Fleischproduktion verursacht mehr als 7 Milliarden Tonnen CO2  jährlich – das sind 18% aller anthropogenen CO2-Emissionen. Zum Vergleich: der globale Flugverkehr verursacht „lediglich“ 2% der globalen CO2-Emissionen. Zwar konnten in der Schweiz in verschiedenen Bereichen Verbesserungen erzielt werden, so etwa bei der Wasserverschmutzung oder der Luftqualität. Doch da ein Grossteil der Ressourcen für den hiesigen Konsum aus dem Ausland stammt, muss die dortige Umweltbelastung ebenfalls in die Rechnung mit einbezogen werden. Gemäss Untersuchung des BAFU aus dem Jahr 2014 fällt über 70 % der durch die Endnachfrage hierzulande verursachten Gesamtumweltbelastung im Ausland an.

Die Anzeichen für die Umweltzerstörung zeigen sich bereits heute weltweit. Überfischung, Abholzung von Wäldern, Verknappung des Süsswassers, Zunahme von CO2 in der Atmosphäre und die Anhäufung von Abfällen und Verunreinigungen illustrieren das eindrücklich.

Die Erde liefert alles, was wir zum Leben brauchen. Aber was braucht es, damit die Menschheit innerhalb der ökologischen Grenzen unseres einzigen Planeten lebt?

Die Welt ist nicht genug