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

Wie sauber sind Elektroautos?

Der dritte Teil der Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ zeigt, wie sauber Elektroautos wirklich sind.

Ein Elektrofahrzeug hat keinen Verbrennungsmotor, produziert also während der Fahrt keine Abgase, keine Schadstoffe und keine CO2-Emissionen. Das bedeutet, dass dank der Elektromobilität die Nutzung fossiler Energien im Verkehrssektor stark reduziert werden kann. Die CO2-Emissionen der Personenwagen, welche in der Schweiz zwei Drittel der Gesamtemissionen im Verkehrssektor ausmachen, können dank Elektroautos innert 20 Jahren um mehr als 30 Prozent reduziert werden.

Städte könnten dank der Elektromobilität schon bald frei von Smog sein. Der emissionsfreie Betrieb der Elektroautos birgt grosses Potenzial zur Verbesserung der Luftqualität. Auch die  Lärmbelastung ist bei Elektroautos geringer als bei Benzin- oder Dieselautos. Vor allem bei langsamer Fahrt dominiert das Antriebsgeräusch die Lärmemissionen der Autos. Bis zu einer Geschwindigkeit von 25 km/h sind daher Elektroautos viel leiser als Verbrenner. Mit weiter zunehmendem Tempo nehmen die Abrollgeräusche der Reifen auf dem Asphalt überhand. Elektroautos haben dann keinen Vorteil mehr, sind aber auch dann zumindest nicht lauter als herkömmliche Autos.

Es scheint, als ob die Elektromobilität alle Umweltprobleme zu beseitigen vermag. Trotzdem kursieren zähe Vorurteile über die wirkliche Ökobilanz von Elektroautos. Elektrofahrzeuge seien gar nicht so grün wie sie dargestellt werden.

Der Elektromobilität wird nachgesagt, dass die Batterieproduktion haufenweise Energie verschlingt und somit hohe CO2-Emissionen verursacht. Doch geht damit wirklich jeglicher ökologische Vorteil gegenüber Verbrennerautos verloren?

 

Betrachtung des ganzen Lebenszyklus

Klar ist, dass bei Elektroautos nicht nur der emissionsfreie Betrieb, sondern auch die Herstellung des Fahrzeugs und der Batterie berücksichtigt werden müssen, wenn es darum geht, die Elektromobilität als Umweltretterin zu positionieren. Einen fairen Vergleich zwischen Elektro- und Verbrennerautos liefert eine Ökobilanz. Dabei werden alle relevanten Emissionen (z.B. CO2 oder Feinstaub) über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs aufsummiert – also von der Rohstoffbereitstellung, Herstellung über die Nutzung bis zur Entsorgung, respektive zum Recycling. In jedem Schritt wird Energie benötigt und es fallen Emissionen an. Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in Elektroautos vorkommen, wird Energie benötigt und es entstehen Treibhausgase. Beim Rohstoffabbau entsteht zusätzlich Feinstaub. Doch auch bei der Herstellung herkömmlicher Fahrzeuge wird viel Energie verbraucht. Nicht nur Elektroautos, auch Verbrennerautos, haben bereits einen Rucksack voller Umweltbelastung, bevor sie überhaupt ihren ersten Kilometer auf der Strasse gefahren sind. Der Rucksack der Elektroautos ist am Anfang aufgrund der Batterieherstellung tatsächlich schwerer als bei Benzinern und Dieselfahrzeugen. Der ökologische Vorteil der Verbrenner hält aber nicht lange an. Doch wie können Elektroautos diesen Rückstand aufholen?

CO2-Emissionen verschiedener Antriebstechnologien über den gesamten Lebenszyklus (Ökobilanz). Die Daten beziehen sich auf vergleichbare Mittelklasseautos mit einer Fahrleistung von 150’000 Kilometer. Quelle: PSI, EMPA, ETH (2016). THELMA project.

Auf den Strommix kommt’s an

Herkömmliche Fahrzeuge verbrennen während der Fahrt im Motor Treibstoffe in Form von Benzin oder Diesel. Als Folge davon werden Schadstoffe in Abgasen wie CO2, Schwefeloxide, Stickstoffoxide oder Kohlenstoffmonoxid direkt in die Umwelt abgegeben. Im Gegensatz dazu entstehen während der Fahrt mit einem Elektroauto keine weiteren Abgase, so wie die Geschirrspülmaschine, welche am Strom angeschlossen ist, auch keine direkten Abgase emittiert. Eine Ökobilanz berücksichtigt aber auch die Umweltbelastung des in Elektroautos eingesetzten Stroms, denn auch dieser muss in irgendeiner Weise in einem Kraftwerk produziert werden. Werden Elektroautos mit dem Schweizer Strommix geladen, steckt rund 62 Prozent Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wasserkraft, Sonnenenergie und Biomasse drin. Der Schweizer Strommix weist daher nur geringe CO2-Emissionen vor und belastet die Ökobilanz der Elektroautos kaum. Mit jedem gefahrenen Kilometer verbessert sich daher die Umweltbilanz eines Elektroautos gegenüber eines Verbrennerautos. Eine Studie des Paul-Scherrer-Instituts, der EMPA und der ETH Zürich aus dem Jahr 2016 hat gezeigt, dass die über den ganzen Lebenszyklus verursachten CO2-Emissionen nach 150‘000 gefahrenen Kilometer bei einem Elektroauto, welches mit Schweizer Strom geladen wird, 70 Prozent tiefer sind verglichen mit einem Benzin- oder Dieselfahrzeug der gleichen Fahrzeugkategorie. Eine erst kürzlich publizierte Studie des Massachusetts Institute of Technology vergleicht die Ökobilanz über den ganzen Lebenszyklus eines zwei Tonnen schweren Tesla Model X mit jener des Ford Fiesta SFE Ecoboost, also eines sparsamen Kleinwagen-Beziners. Nach 175‘000 gefahrenen Kilometern verursacht der Tesla X insgesamt 35 Tonnen CO2 während der Ford Fiesta bereits 39 Tonnen verbuchen muss. Gerechnet wurde übrigens mit dem deutschen Strommix, der zu 40 Prozent aus Kohlestrom besteht.

Vergleicht man Fahrzeuge derselben Kategorie miteinander, schneiden Elektroautos auch mit dem EU-Strommix, welcher noch viel Kohlestrom beinhaltet, deutlich besser ab als Verbrennerautos. Die CO2-Emission über den gesamten Lebenszyklus sind bei einem Elektroauto nur rund halb so gross wie bei einem Benzin- oder Dieselfahrzeug. Würden Elektroautos nur mit grünem Strom aus erneuerbaren Quellen geladen werden, lägen die CO2-Emissionen sogar um 80 Prozent tiefer als bei Verbrennern. Wird hingegen lediglich Kohlestrom verwendet, sind die Emissionen bei Elektro- und Verbrennerfahrzeugen insgesamt vergleichbar.

 

Fokus auf erneuerbaren Energien

Elektrofahrzeuge schonen schon beim heutigen Strommix in Europa das Klima. In der Schweiz ist dieser Effekt aufgrund des hohen Anteils der Wasserkraft sogar noch deutlich ausgeprägter. Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energie wird sich diese positive Auswirkung weiter verstärken. Auch ein Auto mit einem Elektromotor bleibt primär ein Auto. Wie Verbrennerfahrzeuge verursachen auch Elektroautos Umweltschäden. Am besten schneiden Elektrofahrzeuge ab, wenn konsequent Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet wird und das Fahrzeug häufig und lange eingesetzt wird. Denn Elektrofahrzeuge spielen ihren Klima- und Luftreinhaltetrumpf erst während der Fahrt aus.

 

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

 

Wie sauber sind Elektroautos?

Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Der erste Teil der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ zeigt die grossen Herausforderungen, welche mit der stetig wachsenden Mobilitätsnachfrage und der steigenden Anzahl Autos auf uns zukommen.

 

Weltweit gibt es heute mehr als 1,2 Milliarden Motorfahrzeuge, davon sind über 900 Millionen Personenwagen. Diese Zahl wird voraussichtlich bis 2035 auf 2 Milliarden steigen. Damit sind grosse Herausforderungen verbunden: Die verkehrsbedingten Emissionen von CO2, Luftschadstoffen und Lärm steigen weiter an und die Abhängigkeit von Erdölimporten nimmt weiter zu.

 

Mobilität bald Haupttreiber der CO2-Emissionen?

Die Mobilität auf den Strassen zieht in der Schweiz mehr als einen Drittel der gesamten CO2-Emissionen auf sich. Dieser Anteil ist in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen, denn die CO2-Emissionen aus Brennstoffen (in Haushalten, Industrie und Gewerbe) sind seit 1990 stark rückläufig, währenddessen die Emissionen aus Treibstoffen für die Mobilität weiter angestiegen sind. So dominierten die CO2-Emissionen aus Brennstoffen die CO2-Statistik der Schweiz vor 30 Jahren noch klar und waren rund anderthalbmal so hoch wie jene der Mobilität. In den letzten Jahren emittierten Brenn- und Treibstoffe aber fast gleichviel CO2. Um nationale und internationale Klima-, Energie- und Umweltziele zu erreichen, müssen die CO2-Emissionen zwingend auch im Verkehrssektor deutlich sinken. Zwischen 2008 und 2016 sind die CO2-Emissionen aus Treibstoffen zwar um rund 8% zurückgegangen. Grund dafür sind Emissionsvorschriften für Neuwagen, welche die Branche mit einer zunehmenden Hybridisierung der Fahrzeuge bewältigte. Trotzdem liegen die CO2-Emissionen im Verkehrssektor aber nach wie vor 5% über dem Wert aus dem Jahr 1990. Der Verkehrssektor gilt deshalb als Sorgenkind der Klimaschutzpolitik. Eine zusätzliche Herausforderung sind die ständig steigende Mobilitätsnachfrage und ein kontinuierlich wachsender Fahrzeugbestand. Zudem beeinflusst der hohe Wohlstand in der Schweiz die Fahrzeugwahl. So kaufen die Schweizer immer grössere, schwerere und stärkere Autos, und diese verbrauchen natürlich mehr Energie als ihre kleineren Artgenossen. So lag der Allrad-Anteil an den neu zugelassenen Personenwagen im Januar 2018 erstmals über 50%, wie au Daten von auto-schweiz hervorgeht. Die Herkulesaufgabe ist also klar: Deutlich sinkende CO2-Emissionen im Verkehrssektor erreichen, trotz mehr und stärkeren Autos bei gleichzeitig steigendem Mobilitätsbedürfnis.

 

Elektromobilität als Lösung?

Wie soll diese Herkulesaufgabe gelöst werden. Die Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren und die Hybridisierung haben in den letzten Jahren zwar dazu geführt, dass der Benzin- und Dieselverbrauch reduziert werden konnte, doch die Fortschritte reichen bei weitem nicht aus, um die CO2-Emissionen ernsthaft zu reduzieren. Auch die Nutzung nachhaltiger Treibstoffe bleibt wichtig. Es scheint aber klar, dass die Skalierung dieser Biotreibstoffe beschränkt ist. Die Welt kann nicht 900 Millionen Personenwagen mit Biotreibstoffen aus Zuckerrüben, Gülle und Altholz betreiben, da einerseits Nutzungskonflikte mit der Nahrungsmittelindustrie auftreten und andererseits zu wenige biogene Abfälle anfallen. Für den Massenmarkt braucht es andere Lösungen.

Entwicklung der CO2-Emissionen aus Brenn- und Treibstoffen in der Schweiz. Die witterungsbereinigten CO2-Emissionen aus Brennstoffen (rot) sanken seit 1990 deutlich während diejenigen aus Treibstoffen über den Werten von 1990 liegen.

Die Elektromobilität kann ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu einer klimafreundlichen und umweltschonenden Mobilität sein. Im Betrieb sind Elektrofahrzeuge emissionsfrei und vermeiden daher Treibhausgase und Luftschadstoffe. Zudem sind sie deutlich leiser als Autos mit Verbrennungsmotoren. Elektromobilität ermöglicht darüber hinaus, heimische, dauerhaft verfügbare Energie aus erneuerbaren Quellen anstelle des knapper und perspektivisch teurer werdenden Erdöls im Verkehr einzusetzen. Die Politik ist sich dieser Chance bewusst und verschärft europaweit die Emissionsvorschriften für neue Personenwagen. Die Schweiz übernimmt dabei die Vorschriften der EU (neuer Zielwert: 95 g CO2 pro km im Jahr 2021). Ohne Elektrofahrzeuge sind diese schärferen Vorgaben nicht mehr zu erfüllen. Gleichzeitig droht diversen deutschen Städten wegen überschrittenen Stickoxid-Grenzwerten eine Klage durch die EU-Kommission. Auch hier würde die Elektromobilität durch ihren lokal emissionsfreien Betrieb Abhilfe schaffen. Ehe jedoch die intensive Liebesbeziehung zwischen Mensch und Auto auch die Elektromobilität einschliesst, müssen Fahrzeugauswahl und Batterie-Reichweite vergrössert, die Fahrzeugpreise gesenkt und die Lademöglichkeiten kundenorientierter gestaltet werden.

 

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

 

Herkulesaufgabe für die Elektromobilität