Ökobilanz von Elektroautos: Wie nachhaltig sind E-Autos wirklich?

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CC0/Unsplash.com/Chuttersnap;Tobias Weinhold

Der Anteil von Elektroautos auf Deutschlands Straßen wächst. Doch ihre Ökobilanz zeigt, dass sie in Sachen Nachhaltigkeit noch Entwicklungsbedarf haben. Zwar stoßen Stromer keine Abgase aus und brauchen keinen Sprit, trotzdem ist die Umweltbelastung größer, als viele ihrer Anhänger wahrhaben wollen – oder nicht? Wir haben uns aktuelle Studien angesehen, die zeigen, wie „grün“ E-Autos wirklich sind.

Elektroautos haben ein umweltfreundliches Image und stehen sinnbildlich für die Verkehrswende in Deutschland. Kein Wunder, haben sie doch nicht einmal einen Auspuff, aus dem Schadstoffe entweichen könnten. E-Autos tanken Strom statt Benzin oder Diesel und stoßen deshalb keine Abgase aus. Allerdings haben E-Auto durchaus einen CO2- und Schadstoff-Ausstoß zu verantworten – nur eben an anderen Stellen.

Ökobilanz von Elektroautos – der Strommix

Denn: Bei der Stromerzeugung, ohne die kein E-Auto fahren würde, gelangen sehr wohl schadstoffhaltige (Ab-)Gase in die Luft. Wie viel genau, hängt vom Strommix in dem Land ab, in dem ein E-Auto „tankt“ bzw. sich auflädt. In Deutschland ist der Anteil an Strom aus Kohlekraftwerken nach wie vor hoch (2021 waren es 30,2 %) – und damit auch der CO2-Ausstoß, der mit der Nutzung von Elektrizität verbunden ist. Erneuerbare Energieträger wie Windkraft oder Photovoltaik deckten laut Statistischem Bundesamt zuletzt rund 42,4 % des Gesamtvolumens ab:

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(Statistisches Bundesamt)

Wie klimafreundlich ein Elektroauto tatsächlich ist, hängt deshalb wesentlich davon ab, mit welchem Strom es geladen wird. Im Prinzip könnte es so einfach sein: Zu Ökostrom wechseln und das Auto nur zu Hause aufladen oder ausschließlich Ladesäulen ansteuern, die 100 % grünen Strom versprechen. Problem gelöst? Leider nicht: Auch wer auf Ökostrom setzt (egal ob zu Hause oder an der Ladesäule), lädt sein Auto immer noch mit dem deutschen Strommix auf – etwas anderes ist physikalisch auch gar nicht möglich.

Deutschen Strom gibt es (noch) nicht CO2-frei

Ökostrom-Kund:innen sorgen zwar dafür, dass ihr Geld an bessere Anbieter fließt (und dort wertvolle Investitionen ermöglicht), CO2-Emissionen werden auf diesem Weg aber nicht unmittelbar gesenkt, sondern nur auf längere Sicht. Bis der gesamte Strommix sich gewandelt hat, kommt deshalb auch beim E-Auto weiter „Kohle in den Tank“.

Das Problem dahinter ist bekannt: Bei der Verstromung von Kohle wird so viel klimaschädliches CO2 freigesetzt wie bei keinem anderen Rohstoff. Im Vergleich zur Stromerzeugung durch Wind und Wasserkraft fallen über hundertmal so viele Kohlendioxid-Äquivalente an. Immerhin macht der Wandel des deutschen Strommixes in den letzten Jahren gute Fortschritte, auch wenn es zwischenzeitlich Rückschläge zu verzeichnen gab (weil z.B. im Frühjahr 2021 weniger Wind wehte).

Selbst wenn man die Herstellung mitberücksichtigt, bessert sich die Ökobilanz von Elektroautos immer mehr, je weiter die Energiewende voranschreitet: Eine Auswertung der Technischen Universität Eindhoven zeigte 2020, dass E-Autos im Vergleich zu Verbrennern weniger Treibhausgase ausstoßen – Akku-Produktion und Stromverbrauch miteingerechnet. Grund für das gute Abschneiden war der Ökostrom-Anstieg.

Schmälern seltene Rohstoffe die Ökobilanz?

Trotz des starken Einflusses, den der Strommix hat, müssen E-Autos natürlich auch hergestellt werden. In die Ökobilanz von Elektroautos fließen neben dem Strommix deshalb auch die Rohstoffe ein, die für die Produktion benötigt werden sowie die CO2-Emissionen, die bei der Herstellung der Fahrzeuge und des Akkus anfallen.

Für den Elektromotor sowie den Akku eines E-Autos sind viele spezielle Rohstoffe nötig. Einige Elektromotoren benötigen Seltene Erden, etwa Neodym und Dysprosium. Seltene Erden lassen sich nur unter hohem Energieaufwand abbauen. Dabei fallen große Mengen an giftigen und radioaktive Rückstände an.

Jedoch tut sich einiges bei Forschung und Entwicklung, wodurch sich die Klimabilanz stetig verbessert. Heutige E-Autos kann man diesbezüglich kaum noch mit älteren Modellen vergleichen. So sind für viele Elektromotoren inzwischen keine Seltenerdmetalle mehr nötig: Dazu zählen Fahrzeuge von Tesla (Model S und Model X), der Renault Zoe oder der Audi e-tron quattro – Tendenz steigend.

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Elektroautos: Bessere Ökobilanz trotz umweltschädlicher Herstellung. (Quelle: CC0 Public Domain / Pixabay)

Die Ökobilanz von E-Auto-Akkus

Auch der Akku des E-Autos wirkt sich auf die Ökobilanz aus: Nach etwa zehn Jahren sinkt die Leistung der Akkus auf unter 80 Prozent, was den Stromer für viele Menschen unattraktiv macht.

Was passiert dann mit der Batterie? Auch deren Produktion hängt von mehreren Faktoren ab, an denen fortlaufend gearbeitet wird. Während lange Zeit unklar war, wie gut sich die Akkus der E-Autos wiederverwerten lassen, gibt es inzwischen spezialisierte Recycling-Unternehmen, die eine Recyclingquote von über 80 Prozent angeben. Auch Seltene Erden (hauptsächlich Neodym), Lithium und andere Rohstoffe lassen sich aus den alten Batterien gewinnen. Neodym-Magnete gelten rezykliert etwa zu 96 Prozent als so gut wie neu. Dazu setzen Hersteller bei den Akkus auf den Rohstoff Kobalt (der nicht zu den Seltenen Erden gehört). Außerdem lässt sich der Akku eines Elektroautos oft wiederverwerten: Er erhält ein zweites Leben als stationärer Stromspeicher.

Bei der Absicht, den Produktionsprozess ökologischer und sozialverträglicher zu machen, gelingen also durchaus Fortschritte.

Ökobilanz-Studien zu E-Autos früher oft fehlerbehaftet

Wie stark wirkt sich all dies auf die CO2-Bilanz eines Elektroautos aus? Die erwähnte Studie der TU Eindhoven verwendete 2020 aktuelle Daten, etwa dass bei der Produktion einer Kilowattstunde Batteriekapazität 85 Kilogramm CO2-Äquivalente anfallen (entgegen früheren Studien mit einem Wert von 175 Kilogramm). Hinzukommt, dass die Lebensdauer von E-Autos früher meist nur auf 150.000 Kilometer geschätzt wurde. Viele E-Autos schaffen jedoch inzwischen angeblich auch 500.000 Kilometer (wenn man sich mit dem Leistungsabfall des Akkus anfreundet), so die Forscher:innen. Aus diesem Grund verwendete die Studie einen realistische(re)n Wert von 250.000 Kilometern – ein Wert, von dem auch die Automobilindustrie ausgeht, heißt es.

Auch der durchschnittliche CO2-Ausstoß, der bei der Fertigung anfällt, ist gesunken, unter anderem aufgrund höherer Effizienz und der Umstellung auf erneuerbare Energien. Wie der ADAC in einer Studie erläutert, werde der nachteilige „CO2-Rucksack“ von batteriebetriebenen Fahrzeugen (BEV) gegenüber Autos mit Verbrennermotor ab einer Laufleistung zwischen 50.000 und 100.000 Kilometern ausgeglichen. Ein Wert, der in der Zukunft weiter abnehmen dürfte.

E-Autos inzwischen im „grünen“ Bereich

So sind sich Expert:innen der Fachwelt im Hinblick auf die Umweltbilanz inzwischen grundsätzlich einig: Elektroautos verursachen deutlich weniger Treibhausgase als Verbrenner (Ausnahme: Länder mit einem schlechten Strommix).

Konkret bedeutet das in einem Vergleich der Ökobilanz eines Elektroautos mit einem Diesel sowie einem Hybriden:

  • Ein Tesla Model 3 verursacht pro Kilometer 91 Gramm CO2-Äquivalent.
  • Ein Mercedes C 220d dagegen verursacht pro Kilometer 260 Gramm (und damit fast dreimal so viel). Bereits nach 30.000 Kilometern hat der Tesla damit seine höheren CO2-Emissionen in der Produktion wettgemacht, so das niederländische Forscherteam.
  • Ein ähnliches Ergebnis gab es auch bei kleineren Fahrzeugen: Das Hybridmodell Toyota Prius verursacht mit 168 Gramm CO2-Äquivalent pro Kilometer mehr als doppelt so viele Emissionen wie ein elektrischer VW e-Golf.

Elektroauto-Lüge? Warum die Ökobilanz zuletzt besser wurde

Mittlerweile, also 2022, gibt es einige Studien, welche die Ökobilanz von Elektroautos, Benzinern und Diesel-Autos sowie weiterer Antriebsarten (wie Hybrid- und Wasserstoffantriebe) berechnen und vergleichen. All diese Studien verwenden unterschiedliche Methoden, Faktoren und Datengrundlagen.

Elektroauto
Elektroautos werden in den kommenden Jahren sehr wahrscheinlich noch klimafreundlicher werden. (CC0 / Unsplash.com / Vlad Tchompalov)

Problematisch bei vielen (vor allem älteren) Studien ist, dass Zahlen für die Prognosen veraltet sind, oder auch, dass der Anstieg erneuerbarer Energie im Strommix ignoriert wird: „Viele der bisherigen Studien gehen von zu hohen Treibhausgas-Emissionen während der Batterieproduktion aus, von einer zu kurzen Batterielebenszeit, von einer Stromerzeugung, die während der Lebenszeit eines Elektroautos nicht ’sauberer‘ wird, oder von unrealistischen Annahmen beim Energieverbrauch“, kritisieren Expert:innen. Viele Analysen haben demnach in der Vergangenheit E-Autos schlechtergerechnet, als dies in der Realität der Fall ist.

Besonders detailliert sind neben der erwähnten Studie der TU Eindhoven (hier) noch zwei Untersuchung des Fraunhofer-Instituts aus dem Frühjahr 2022 (hier und hier).

Heutige Ökobilanz-Vergleiche mit Benziner- und Diesel-Autos zeigen, dass die Treibhausgas-Emissionen des durchschnittlichen fossilbetriebenen Fahrzeugs höher liegen als bei einem Elektroauto. Aber: Die Gesamtumweltbelastung von E-Autos ist ihrerseits etwas höher als bei Autos mit Erdgasantrieb. Einer der Gründe: die Erzeugung radioaktiver Abfälle. Dies liegt vor allem an der Kernenergie im Strommix.

Life-Cycle-Assessment als Goldstandard

Letztlich ist ein Vergleich am realistischsten, wenn der gesamte Entstehungs- und Lebenszyklus eines Autos miteinberechnet ist (Life-Cycle-Assessment-Methodik): mit sämtlichen Emissionen, die bei der Produktion, Nutzung und Entsorgung anfallen.

Die vom Fraunhofer-Institut im Frühjahr 2022 veröffentlichten Studien kommen im Hinblick auf die Klimabilanz der einzelnen Antriebsarten zu folgender Bestandsaufnahme:

  • Elektrofahrzeuge sind insgesamt bereits die wirtschaftlichste und energieeffizienteste der aktuell zur Verfügung stehenden (motorisierten) Antriebsformen.
  • Bei sämtlichen batterieelektrischen Autos (auch Hybridantriebe und Brennstoffzelle) ist die Art der Stromerzeugung maßgeblich für die Ökobilanz.
  • Im Hinblick auf die Produktion sind die genannten Gattungen noch verhältnismäßig kritisch zu betrachten. Der Grund: Der Ressourcenverbrauch an Mineralien und Metallen.
  • Hybridautos können kurzfristig zur Senkung von Emissionen beitragen, wenn sie einen nennenswerten Teil ihrer Fahrten elektrisch zurücklegen (mindestens 40 Prozent). Da sie mittel- und langfristig zur Erreichung der Klimaziele mit „E-Fuels“ betrieben werden müssen, sind sie eher eine Brückentechnologie.
  • Synthetische Kraftstoffe („E-Fuels“) haben nur einen Vorteil bei der Klimabilanz, wenn sie zumindest überwiegend aus erneuerbarem Strom hergestellt werden. Bedenklich bleiben sie im Hinblick auf Flächen-, Wasser- und Energieverbrauch.
  • Biogas kann wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll sein, jedoch sind auch andere Sektoren der Mobilität wie der Flugverkehr oder die Industrie darauf angewiesen.
  • Autos mit Brennstoffzelle (FCEV) sind noch sehr teuer in Anschaffung und Nutzung, ihr kurzfristiger Beitrag zur Treibhausgas-Senkung im Pkw-Sektor kann deshalb nur begrenzt sein. Langfristig taugen sie jedoch als Ergänzung zu E-Autos – speziell bei großen und schweren Fahrzeugen mit hoher Reichweiten-Anforderung.

Optimierte Klimabilanz von E-Autos: Beispiel VW Caddy

Wissenschaftler:innen rechnen damit, dass sich die Klimabilanz der Stromer in den nächsten Jahren weiter verringert. Die Gründe: effizientere Fertigungsprozesse bei der Batterie, eine höhere Energiedichte sowie grünerer Strom für die Batterieherstellung. Wird der Energieträger Strom in den nächsten Jahren nachhaltiger, verbessert sich die CO2-Bilanz des E-Autos nochmals. 2030 könnte nach 150.000 km Laufleistung unter dem Strich ein Klimavorteil von über 40 Prozent herausspringen – natürlich je nach Modell.

Wie sehr die energieintensive Herstellung wirklich ins Gewicht fällt, verdeutlicht eine Studie des Umweltcampus Birkenfeld in Trier aus dem Jahr 2020: Das Forscherteam nahm dazu einen VW Caddy (Benziner) auseinander und baute ihn mit einem Elektromotor wieder zusammen. Der Akku wurde mit 100 Prozent Ökostrom (Windenergie) hergestellt. Das Ergebnis: Der CO2-Rucksack des neuen E-Autos war so klein, dass es seinen „Klimanachteil“ schon nach 17.000 Kilometern ausgeglichen hatte. Danach war das Versuchsobjekt nachhaltiger unterwegs als jeder Benziner. Weitere Vergleiche zeigen, dass E-Autos „unter optimalen Bedingungen selbst mit öffentlichen Verkehrsmitteln wie Dieselbussen, Reisebussen und Zügen wettbewerbsfähig“ sind, so die Studie. Nur Elektrobusse stünden noch besser da.

Elektroautos: Ökobilanz-Vergleich des ADAC lässt kaum Zweifel

In der Regel fällt der Ökobilanz-Vergleich zwischen Elektroauto und Modellen mit anderen Antriebsvarianten also zugunsten der mit Strom betriebenen Fahrzeuge aus. Zu diesem Schluss kommen auch Studien des ADAC.

Vor wenigen Jahren schilderte der Verkehrsclub noch, diese These stimme nur, wenn E-Autos auch weite Strecken zurücklegten. Kritisch bewertet wurde außerdem, dass ein Elektroauto oft nur als Zweitwagen genutzt wird: „Wird ein Kleinwagen mit wenig Laufleistung als Zweitwagen genutzt (Lebenszyklus: 50.000 km), lohnt sich die E-Variante aktuell in der Ökobilanz nie“, behauptete der ADAC. Zu einem ähnlichen Ergebnis kam 2017 das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Schwere E-Autos sind weniger nachhaltig

Weil die Reichweiten neuer Elektroautos jedoch innerhalb weniger Jahre merklich gestiegen sind, sind Stromer inzwischen auch für Fuhrparks oder als Erst-Auto für den Privatgebrauch interessant. Was sich nicht geändert hat: Der ADAC weist darauf hin, dass große E-Autos mit besonders schwerer Batterie und hohem Stromverbrauch eine schlechtere CO2-Bilanz aufweisen als kleinere. Mitunter schneiden sogar Diesel besser ab als schwere E-Autos – allerdings nur, wenn E-Auto-Besitzer keinen Ökostrom tanken.

Nutzt ein Fahrer dagegen ausschließlich regenerative Energien, schneiden Elektroautos in allen Werten und Wagenklassen hingegen deutlich besser als Diesel, Plug-in-Hybride oder Benziner – und zwar schon ab 20.000 bis 30.000 km Laufleistung.

Einen guten Überblick auf die Umweltverträglichkeit einzelner Modellreihen – unabhängig von der Antriebsvariante – bietet übrigens der Ökocheck Green NCAP: Bei der Initiative von Euro NCAP, die seit Jahren die Sicherheitsstandards von Autos testet, ist auch der ADAC involviert. Die Ökobilanzen der Organisation umfassen die relevantesten Umweltaspekte von aktuellen Neuwagen.

Die Macher merken jedoch an, dass weitere Umweltwirkungen von Schadstoff-Emissionen (NOₓ, SO₂, Feinstaub) und deren Folge wie Versauerung, Ozonbildung und Giftigkeit noch nicht berücksichtigt sind. Das globale Ökosystem ist schließlich hochsensibel und letztlich gilt die Erkenntnis, dass so wenig motorisierter Verkehr wie möglich das Nonplusultra ist.

Kein Auspuff, aber Emissionen durch Reifenabrieb

So sind Elektroautos allein deshalb nicht emissionsfrei, da sie genau wie Verbrenner mit Reifen fahren. Reifenabrieb führt dazu, dass enorme Mengen an Mikroplastik in die Gewässer und winzige Feinstaubpartikel in die Luft gelangen. Dem britischen Emissionstestunternehmen Emissions Analytics zufolge sind die Feinstaubemissionen der Reifen sogar 1.850-mal höher als die des Pkw-Auspuffs. Wie hoch der Reifenabrieb im Einzelfall ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem vom Gewicht. Auch hier zeigt sich also ein Nachteil schwerer Elektroautos. Da Elektroautos oft mehr wiegen als vergleichbare Verbrenner, vermutet Nick Molden von Emissions Analytics, dass die Feinstaubemissionen eines Elektroautos sogar höher ausfallen können als bei einem vergleichbaren, aber in der Regel leichteren, Verbrenner. Es komme hier aber auch entscheidend auf den Fahrstil an.

Ökobilanz: Noch Luft nach oben bei Elektroautos

Grundsätzlich ist das Elektroauto schon heute klimaschonender als ein Verbrenner. Zweifellos kann und muss sich die Ökobilanz von Elektroautos aber auch im Jahr 2022 noch deutlich verbessern, damit diese Art von Mobilität wirklich als „durch und durch umweltfreundlich“ bezeichnet werden kann.

Möglichst viel erneuerbare Energien, ein geringerer Stromverbrauch sowie eine längere Lebensdauer und effizientere Herstellung der Batterien führen zu einer besseren Umweltbilanz. An diesen Stellschrauben forschen Techniker:innen und Wissenschaftler:innen auf der ganzen Welt.

Gleichzeitig entwickelt sich auch die Infrastruktur für E-Mobilität weiter: Ein flächendeckendes Netz aus Ladesäulen, intelligente Stromnetze (Smart Grids) und Solar-Straßen und -Teppiche entstehen. Außerdem kommen E-Autos mit immer größeren Reichweiten auf den Markt. Dass dem Elektroauto die unmittelbare Zukunft gehört, ist längst auch bei Autokonzernen und vielen ehemaligen Skeptikern angekommen.

Generell lässt sich die Klimabilanz eines E-Autos zwar nicht pauschalisieren. Der Einfluss von Fahrzeugmasse und -größe bleibt unabhängig von der Antriebsart erheblich. Fährt man zum Beispiel nur in der Nähe oder zum Supermarkt, muss es kein großes, schweres E-Auto mit einer hohen Akkukapazität sein.  Ein leichteres, kleines Auto wäre besser – optimal jedoch das Fahrrad oder die Füße. Dasselbe gilt für die Fahrweise: Jede:r Kfz-Nutzer:in – egal ob mit Benziner, Diesel, Hybrid oder Elektroauto – kann durch eine sprit- bzw. stromsparende Fahrweise einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Mitarbeit: Sven C. Schulz

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