Ich entwickle Modelle für den Einsatz von Elektrofahrzeugen und die Transformation zur erneuerbaren Energieversorgung an der Universität Eindhoven. Deshalb verfolge ich die Entwicklung um die Elektromobilität sehr genau.
Kürzlich habe ich mit dem ADAC befasst (größter Automobilclub Deutschlands mit mehr als 18 Mio. Mitgliedern, der in seiner Experten-Studie ein unglaublich negatives Bild der Elektromobilität gezeichnet hat. (Hier die Infos auf twitter und hier ein weiterer Blog-Artikel auf Innovation Origins)
Der ADAC hat sich damit verteidigt, dass dies nur Vorab-Ergebnisse der Studie seien und das sie noch lange nicht abgeschossen sei. Letzte Woche erschien dann die endgültige Version der Studie. Die schlechte Nachricht: man hat auf die fundierte Kritik von mehreren Seiten in keiner Weise reagiert und nichts am Ergebnis geändert. Die gute Nachricht: wir müssen uns nicht länger mit Mutmaßungen über die Hintergründe aufhalten, sondern können sämtliche Schlüsse und Methodiken des Erstellers Joanneum Research Life (kurz JRL) durch Hintergrundinformationen nachvollziehen.
In diesem Blog-Artikel werde ich genau erklären, wo JRL falsch liegt. Ich stütze mich dabei auf meine in der Vergangenheit erarbeiteten Kriterien:
6 kapitale Irtrümer, die gerne begangen werden, wenn über Elektromobilität diskutiert wird
die neue ADAC/JLR-Studie lädt dazu ein, denn in ihr werden 5 der 6 Irrtümer begangen
die Korrektur der Fehler/Irrtümer führt automatisch zu folgender Grafik
Wie man unschwer erkennen kann, zeigen die Originalergebnisse der Studie keinen signifikanten Unterschied zwischen den CO2-Emissionen eines Dieselfahrzeugs und eines Elektroautos. Wenn wir einige diese Fehler korrigieren (ich denke es ist so präziser ausgedrückt, als nur „einige Annahmen zu ändern“), emittiert das Elektrofahrzeug weniger als 100 g CO2/Kilometer im deutschen Energiemix während seiner Lebenszeit, während der Diesel über 200 g CO2/Kilometer ausstösst. Im folgenden möchte ich detailliert darlegen, wie dieses Ergebnis zustande kommt. Aber zunächst ein (Neudeutsch) Management Summary:
Fehler/Irrtum 1
ist die Treibhausgas-Emissionen während der Batterieproduktion zu übertreiben. JLR beruft sich dabei auf veraltete Daten – tatsächlich wird in großen Produktionsstätten bis zu 10x weniger Energie aufgewendet, als die Studienverfasser angeben. Hier werden die CO2-Emissionen pro hergestellter Batterie-kWh angegeben. JLR geht davon aus, dass man derzeit bei 163 kg CO2 pro kWh liegt. Ich werden zeigen, dass nach jüngsten Erkenntnissen dieser Wert eher bei 65 kg/kWh liegt.
Fehler/Irrtum 2
ist die Annahme einer zu kurzen Batterielebenszeit. JRL geht davon aus, dass die Batterie spätestens nach 150.000 Kilometern ausgetauscht werden muss. Die Erfahrungen von Teslabesitzern zeichnen ein anderes Bild: hier halten die Batterien zwischen 500.000 und 800.000 Kilometern und neue Forschungen sorgen dafür, dass die sich die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus in Zukunft rapide erhöht. Untersuchungen gehen davon aus, dass in Deutschland Fahrzeuge durchschnittlich 225.000 Kilometer fahren. Dabei ignorieren wir mal, dass viele Fahrzeuge ein zweites Leben in Ländern wie Polen erleben. Außerdem ist die Studie besonders konservativ bei der Einschätzung wie degradierte Batterien zweitverwendet, bzw. recycelt werden.
Fehler/Irrtum 3
ist die Annahme, dass die Stromerzeugung während der Lebenszeit eines Elektroautos nicht „sauberer“ wird. Der ADAC geht davon aus, dass der Energiemix und damit die CO2-Emissionen bei er Stromherstellung während der gesamten Benutzungszeit des Stromers gleich bleiben. Auch das ist schlicht eine Fehlannahme, wie wir weiter unten erklären werden. Und: sie benutzen einen ziemlich hohen Wert. Der ADAC geht von 608 g CO2/kWh aus. Tatsächlich bewegt sich der Wert inzwischen in Richtung 295 g/kWh.
Fehler/Irrtum 4
beinhaltet unrealistische Annahmen beim Energieverbrauch. JRL nimmt an, dass sich ein Dieselfahrzeug mit 4,7 Litern pro 100 km begnügt. Auch wenn das in den Autoprospekten so publiziert wird, die Realität weicht weit davon ab. Hier gehen die Werte eher in Richtung 6.6 Liter pro 100 Kilometer für einen durchschnittlichen Diesel und 5.8 Liter für einen Golf.
Fehler/Irrtum 6
mangelndes Systemdenken: Mit einem Diesel kann man die Emissionen mit erneuerbaren Kraftstoffen um 40% senken. Mit erneuerbaren Energien aber um etwa 95%.
Update Auke Hoekstra am 18. November 2019: Ich habe die Dieselemissionen während der Fahrt reduziert von 235 g / km auf 212 g für einen durchschnittlichen Diesel und 187 g für einen Golf. Ein blöder Fehler meinerseits: Ich hatte vergessen, schwere Dieselmotoren in spritmonitor.de auszuschließen. Der aufmerksame Leser @kasparthommen hat mich darauf hingewiesen. Dies zeigt, dass es wichtig ist, transparente Berechnungen durchzuführen, damit andere Sie korrigieren können. Vielen Dank Kaspar!
Sie lesen immer noch weiter? Sie wollen es also ganz genau wissen? Bitteschön: hier kommen die detaillierten Quellen und Schlussfolgerungen.
1. Übertriebene Annahmen zu den ausgestossenen Treibhausgasen bei der Batterieproduktion
Ein Elektrofahrzeug benötigt eine große Batterie – Verbrenner nicht. Um diese Akkus zu produzieren ist ein hoher Energieaufwand nötig. Und der geht Hand in Hand mit CO2-Emissionen. Jeder ernsthafte Wissenschaftler weiß das. Die Frage ist nur: wieviel CO2 wird emittiert.
Die Problematik ist, dass die Batteriehersteller dazu schweigen. Man will schließlich dem Wettbewerb keine Ansatzpunkte geben. Darüber hinaus sind wissenschaftliche Abhandlungen darüber meist veraltet. Der ADAC (besser JRL) stützt sich auf mehr als 11 wissenschaftliche Publikationen. Tatsächlich mutet das wie eine Showveranstaltung an, denn sie werden im Test nicht zitiert (das ist ein absolutes No-Go in der Wissenschaft: das ist ungefähr so, als gäben Sie in Ihrem Lebenslauf Jobs an, die sie nie gemacht haben …)
Trotzdem habe ich 3 Quellen zurückverfolgt die im Haupttext referenziert werden.
Die erste Quelle ist Ellingsen et al 2014 die sich wiederrum auf Majeau-Bettez et al (2011) beziehen, die sich auf Rhydh and Sanden (2005) beziehen. Das bringt uns zurück ins Jahr 2005 als es noch nicht mal Autobatterien in dieser Größenordnung gab. Das zeigt eindrucksvoll dass JRL etwas in der Vergangenheit verhaftet ist.
Die zweite Quelle ist eine ICCT „Metastudie“ aus dem Jahre 2018. Ich frage mich, ob sie mehr getan haben, als diese Studie zu überfliegen. Denn zum einen handelt es sich nicht um eine Meta-Studie sondern um ein Dossier (Policy Brief). Zum anderen behauptet JRL, dass in der Studie die Rede von 175 kg CO2/ kWh die Rede ist. Das ICCT weiß das schlicht nicht, denn es wird immer nur geraten und die Emissionen fallen ohnehin ständig, wegen effizienterer Herstellungsmethoden, die auch weniger Treibhausgase ausstossen. Drittens wird der Wert von 175 kg CO2/kWh nur im Zusammenhang mit einer „groben Schätzung von Romare et al“ erwähnt, und das ist, wie wir oben Gelsen haben, genau die dritte Quelle die JRL in ihrem Text erwähnen. Mit anderen Worten: sie haben ein Dossier als Studie präsentiert, die 175 kg als bewiesen angenommen und darüber hinaus noch als „unabhängiges Ergebnis“ dargestellt. Unsauberer kann man nicht arbeiten.
Zurück zur dritten Quelle „Romare (2017). Und das ist tatsächlich eine Meta-Studie. Sie als Basis für die wichtigste Kennzahl zu benutzen ist allerdings ein bißchen seltsam, zumal die Studie eine Menge Kritik hervorgerufen hat und die Autoren inzwischen selbst davor warnen, die Kennzahl der Studie als Massstab für die Produktion im großen Stil zu verwenden. Elon Musk, Tesla CEO und Betreiber der weltgrößten Lithium-Ionen-Batteriefabrik meinte dazu: „Das als Unwissenheit zu bezeichnen wäre schon eine Untertreibung. Tatsächlich wird weit weniger Energie für die Herstellung von Lithium-Ionen Batterien benötigt.“
Ein anderer CEO eines Elektroauto-Herstellers erklärt dann auch wieviel falsch an dieser Studie ist – und nur ein Punkt davon sind die völlig überholten Kennzahlen. In einem Artikel des Handelsblatts wurde ebenfalls festgestellt, wie unverlässlich diese Zahlen sind. Ich finde in diesem Zusammenhang die Abhandlung von FFE „Carbon footprint of electric vehicles – a plea for more objecitivity“ außergewöhnlich gut. Sie erklären darin (und werden dabei auch von den Autoren der Original-Studie unterstützt) dass die Studie eben ein Überblick zu vergangenen Abhandlungen war und die Benutzung der Kennzahlen schlicht ignoriert, dass sich die Entwicklung rapide durch Skalierungen beschleunigt hat bei gleichzeitig grünerer Energieerzeugung.
Das ist der Stand der Dinge: man ist sich einig darüber, dass die 175 kg CO2 pro kWh Batterieherstellung schlicht veraltet und damit unrichtig sind. Und das beste: sogar JRL scheint das zu wissen. Aber dann haben sie beschlossen dies schlicht zu ignorieren. Meine anfänglichen kritischen Anmerkungen stützten sich auf neue Quellen, die bei JRL in einem speziellen Kapitel diskutiert werden, das man „wesentliche Einflüsse“ nennt. Und was finden wir in diesem Kapitel auf Seite 192?
„Für die Batterieproduktion wird ein durchschnittlicher Energiebedarf von 163 kWh Strom pro kWh Batteriekapazität angenommen (nach Romare 2017, Ellipsen 2014). Jüngste Studien schätzen den Energiebedarf für die Batterieproduktion im kommerziellen Großmasstab deutlich unter 16 kWh/kWh (da 2017, Ahmed 2016), was mit zukünftigen Batterieproduktionssystemen im Giga-Masstab machbar erscheint.“
Da war ich platt. Das klingt etwa so: „Wir wissen, dass unsere Schätzung für den Energieeinsatz zur Batterieproduktion um den Faktor 10 zu hoch ist. Wir benutzen sie aber trotzdem. Komm darüber hinweg.“
Um das Ganze klarzustellen: dieser Ansatz von JDL ist nicht unüblich. Viele große Organisationen (JDL erwähnt die IEA) machen das so. Das macht es aber nicht besser. Es zeigt nur, wie schwer sich große Organisationen inzwischen mit dem Wandel tun.
Wie legen wir aber jetzt die Emissionen fest? Ich werde mich nicht auf wissenschaftliche Publikationen verlassen, die mit Zahlen arbeiten, die mehr als 4 Jahre alt sind und damit sowieso irrelevant sind. Und ich werde ganz sicher keine Meta-Studien verwenden. Ich werde stattdessen jüngere Studien verwenden, die sich mit aktuellen Forschungsergebnissen befassen oder auf Industriequellen zurückgreifen. Wenn ich den Artikel (den ich vorher verlinkt hatte) als Grundlage benutze, komme ich zu einem Wert von 65 kg CO2 pro kWh Batterieherstellung als gutem Durchschnittswert. Dieser Wert wird in Zukunft noch weiter sinken. Auch ein kürzlich erschienener Marktforschungsreport von Bloomberg New Energy Finance (in diesem Podcast zitiert) stützt diese Annahme. Dieser Report sieht die Emissionen zwischen 20 und 80 kg und kommt auf einen Mittelwert von 40 kg CO2 pro kWh. In diesen Zahlen ist allerdings der Energieaufwand bei der Rohstoffgewinnung nicht enthalten. Deshalb liegen wir mit 65 kg vermutlich ganz gut.
Übrigens: das alles berücksichtigt kein Recycling und keinen „Second Life-Einsatz“ der Batterien. JRL berücksichtigt einige Annahmen bleibt dabei aber sehr pessimistisch. Recycling minimiert die Emissionen um 2% und Second Life um so mehr, wird aber nur mit 5% mit eingerechnet. Das ist aber tatsächlich ein Nebenkriegsschauplatz. Die Annahmen sind allesamt so falsch, dass ich es erst mal dabei belassen möchte. In 15-20 Jahren (wenn die derzeitigen Batterien verschrottet werden) wird es komplett hinrissig erscheinen, dass die Emissionen, die dabei freiwerden genauso hoch sein werden, wie bei der Produktion neuer Batterien.
2. Batterielebensdauer unterschätzen
Viele Studien gehen von einer Batterielebensdauer von rund 150.000 Kilometern aus. Wenn man den Wagen weiterbetreiben möchte, dann müssten die Batterien ausgetauscht werden. Der ADAC und JDL nehmen genau das an. Mein guter Freund Professor Maarten Steinbuch publiziert ein bekanntes Blog das Daten zur Batteriedegradation zeigt, die Merijn Coumans von Hunderten von Tesla-Fahrern bekommt. Die Zahlen zeigen, dass selbst nach 800.000 Kilometern immer noch rund 80% der Batteriekapazität und damit der Reichweite vorhanden ist. Es gibt sogar einige öffentlich zugängliche Quellen die glauben, dass der Rest vom Auto viel früher kaputt geht, als die Batterie – eine normale Batterienutzung und -behandlung vorausgesetzt. Nachdem Elektromotoren ohnehin genau für solche Distanzen ausgelegt sind, werden wir in Zukunft ohnehin Elektroautos sehen, die weit länger benutzt werden, als heutige Dieselfahrzeuge.
Ich habe kürzlich eine Master-Studie kontrolliert, die tief in das Feld der Batterie-Degradation eigetaucht ist. Es stellte sich heraus, dass die meisten Forschungsergebnisse über Batterien aus den letzten 5 Jahren stammen. Die Forschungen werden immer zahlreicher und die Erkenntnisse immer präziser – vor allem wenn es um Degradation geht. Man versteht heute besser, wie aktive Kühlung, Smart-Charging und Veredelung des Elektrolyten die Lithium-Batterie langlebiger machen. Schließlich werden wir innerhalb der nächsten 10 Jahre Batterien sehen, die mehr als 1 Million Kilometer durchhalten. Derzeit gibt es tatsächlich Hunderte von guten Abhandlungen aber als soliden Einstieg empfehle ich diesen Vortrag vom renommierten Professor Jeff Kahn.
Viele Menschen glauben nur zu wissen wie lange Autos letztlich halten. Nur wenige können sich dabei wirklich auf Fakten berufen. Gniewomir Fils war so frei und hat sich das Ganze genauer angesehen mit dem Ergebnis: 150.000 Kilometer sind einfach zu wenig und 15-20 Jahre realistischer. In wohlhabenderen Ländern werden Autos kürzer gefahren, aber selbst in Deutschland fahren Leute ihre Autos durchschnittlich rund 16 Jahre mit einer Jahreskilometerleistung von 14.000. Das summiert sich schließlich auf 225.000 Kilometer. Aber das Autoleben ist damit noch lange nicht beendet. Viele Fahrzeuge werden beispielsweise nach Polen exportiert, wo der Autobestand weit älter ist und Elektrofahrzeuge die CO2-Emissionen tatsächlich nachhaltig verringern könnten.
3.Die Stromherstellung wird über den Lebenszyklus des Stromers nicht sauberer
Stellen Sie sich vor, jemand gibt Ihnen einen Kredit für ein Haus über 15 Jahre. Stellen Sie sich weiter vor, die Anfangsrate beträgt 402 Euro pro Monat im ersten Jahr und verringert sich um 9 Euro pro Monat jedes Folgejahr. Auf der Tabelle unten stehen Sie das. Was glauben Sie, müssen Sie im 15. Jahr pro Monat bezahlen?
Fast alle werden sagen: Nehmen Sie den Durchschnitt der 15 Jahre. Den habe ich mit 321 Euro berechnet. Das sind Ihre Durchschnittskosten, wenn Sie 15 Jahre in diesem Haus leben, oder? Nun, nach der Berechnung vom ADAC und JDL eben nicht.
Die Zahlen oben sind nicht zufällig. Das sind die erwarteten CO2-Emissionen pro Kilowattstunde in der EU. Und hier liegt der Fehler der meisten Studien: sie rechnen mit der Zahl des ersten Jahres. Damit gehen Sie davon aus, dass selbst wenn Kohlekraftwerke stillgelegt werden und mehr erneuerbare Energieerzeuger hinzukommen die Emissionen schlicht gleich bleiben. Somit ändert sich auch der Anteil der CO2-Emissionen beim Elektroauto nicht über die Zeit. Mit anderen Worten: ein Auto, das in Deutschland 2020 gekauft wurde wird mit dem gleichen Energiemix und damit CO2-Ausstoss von 520 g CO2 pro Kilometer bis in alle Ewigkeit fahren. Aber der Durchschnitt ist 295 g. Das sind immerhin 43% weniger.
Zugegeben, ich konnte diese Information nicht in den Hintergrundinformationen finden aber die Kurve in der Pressemeldung zeigt uns hier wo es langgeht. Wenn wir die Grafik eingehender prüfen sehen wir, dass der Stromer im Deutschen Energiemix und bei 225.000 Kilometern etwa 12 bis 37 Tonnen CO2 emittiert. 25 Tonnen auf 225.000 Kilometer bedeuten 100 g/km. Die Studie geht von 0,19 kWh pro km aus. Das bedeutet, dass 1 kWh Elektrizität 100/0,19=526 g CO2 emittiert. Das ist in etwa der derzeitige Energiemix in Deutschland. Das heißt, man geht davon aus, dass dieser Mix die nächsten 15 Jahre so bleibt.
Jetzt werden Sie vielleicht sagen: „Die sprechen darüber, wie grün Elektroautos heute sind und sie erkennen ja an, dass sie in Zukunft grüner sein werden!“ Aber so läuft das nicht. Alle Zahlen zu den Emissionen pro Kilometer die der ADAC und JRL benutzen basieren auf einer einer Auswertung der Lebenszeit des Fahrzeugs. Sie nehmen also tatsächlich den hohen derzeitigen Wert und benutzen ohne Änderung für die Folgejahre.
4. Unrealistische Annahmen beim Energieverbrauch
JRL und der ADAC gehen davon aus, dass ein Diesel 0,52 kWh/km oder aber 4,7 Liter pro 100 Kilometer verbraucht. Das will JRL „erforscht“ haben (Seite 62). Wenn man allerdings den realen Spritverbrauch der Dieselfahrzeuge überprüft – beispielsweise mithilfe der Website spritmonitor.de in dem man den durchschnittlichen Verbrauch für Fahrzeuge der letzten 3 Jahre berechnen lässt – kommt man auf einen Wert von 6.6 Liter pro 100 Kilometer. Das sind immerhin 40% mehr. Für einen Golf kommt man auf 5.8 Liter.
Das ist typisch für Europa, wo Politiker und Automobilhersteller ein, sagen wir mal symbiotisches, Verhältnis pflegen. Hier werden gerne die realen Verbrauchswerte durch Werte aus absolut unrealistischen Tests ersetzt, damit Politiker wie auch Hersteller von sich behaupten können, sie hätten die Emissionen dramatisch verringert. Tatsächlich wird bei den Tests betrogen was das Zeug hält. Bestes Beispiel der inzwischen nicht mehr zugelassene NEFZ-Zyklus: die realen Emissionen sind hier meistens 40% höher als die getesteten. Auch der neue WLTP-Zykus hat seine Defizite.
Für Elektroautos werden 0,19 kWh pro 100 Kilometer angenommen (Seite 64). Das nimmt die EPA (übrigens die beste Quelle, wenn man wissen will, was Elektroautos inklusive Laden verbrauchen) für ein Fahrzeug wie das Tesla Model 3, den Volkswagen e-Golf und den Nissan LEAF an. Also nehmen wir das mal so hin.
5. Emissionen bei der Kraftstoffherstellung nicht berücksichtigen
Für einen Diesel nimmt JDL an, dass er über eine Distanz von 225.000 Kilometern etwa 33 Tonnen CO2 emittieren wird. Das sind rund 147 g/km. Wenn wir von einem Verbrauch von 4,7 Litern pro 100 Kilometer ausgehen dann sind das immerhin 3.120 g pro Liter Diesel.
Hier haben sie mal keinen Fehler gemacht. Die direkten Emissionen von einem Liter betragen 2.600 g CO2 (es gibt da leichte Unterschiede die durch die Zusammensetzung zustande kommen). Die indirekten Emissionen für Dinge wie Raffinerien, Transport etc. addieren sich auf rund 620 g CO2 in Europa. (siehe Beispiele hier und hier). Das führt zu Emissionen von rund 3.220 g CO2 und das ist recht nahe an der Annahme von 3.120 g. Keine Einwände also.
Man könnte jetzt über die absoluten Werte streiten. Jedoch tragen Raffinieren und Transport wenigstens mit 18% CO2 dazu bei nach Untersuchungen aus dem Jahr 2010. Inzwischen dürfte sich der Wert erhöht haben, weil die Ölförderung seitdem komplizierter und damit kostspieliger geworden ist.
Natürlich hätte man BioFuels berücksichtigen können um bessere Ergebnisse zu erzielen. Aber das sollte man zu einem späteren Zeitpunkt diskutieren. Wissenschaftliche Fakten sagen aber, dass landwirtschaftlich erzeugte Bio-Kraftstoffe in der Regel mehr CO2 emittieren als fossile Kraftstoffe (Abfälle und Doppelernten sowie Brachflächen sind ausgeschlossen). Darüber hinaus belasten sie den weltweiten Nahrungsanbau sowie die natürliche Umgebung über Gebühr. Das ist auch der Grund, weshalb ich davon abrate, diese Kraftstoffe zu benutzen, zumal sie den CO2-Fußabdruck von fossilen Kraftstoffen ganz sicher nicht verringern.
6. Mangelndes Systemdenken
Hier meine ich in erster Linie die Behauptung der meisten Kritiker, dass die Elektromobilität nicht wirklich besser ist als Verbrenner. Sie alle sehen nicht das Gesamtbild. Lassen Sie mich das durch eine Tabelle aus einem meiner Artikel illustrieren:
Wie Sie in diesem Szenario sehen, das von einer Erneuerbaren Zukunft ausgeht, könnte der Diesel tatsächlich Fortschritte bei den Emissionen machen – diese Fortschritte sind allerdings gering. Das Elektroauto auf der andern Seite kann eine mehr als 10fache Verringerung der Emissionen in Zukunft erreichen. Das letzte Szenario ist zwar sehr spekulativ, ist aber möglich, wenn man aufs Recycling auf Basis der letzten Erkenntnisse setzen würde und wenn bei der Produktion und dem Betrieb nur Quellen mit niedrigen CO2-Emissionen benutzt würden.
(Übersetzung: Bernd Maier-Leppla e-engine.de)
