Deze blogpost weerlegt een nieuwe (13-7-2019) Waterstof- en Dieselvriendelijke studie van het Fraunhofer ISE-instituut, waarin ik aan de hand van een recente publicatie laat zien waar het fout gaat. Ik heb Fraunhofer ISE normaal hoog zitten, maar deze door H2 Mobility betaalde studie leverde disinformatie waarvoor betaald is. De grafiek laat zien dat als ik klaar ben met het corrigeren van de studie, diesel er slecht vanaf komt en elektrisch aanzienlijk beter scoort dan waterstof. En het is geen welles-nietes: je kunt elke stap die ik maak zelf checken.
Deze tekst is langer dan normaal op deze plek; wie alleen de highlights wil weten, hoeft alleen maar de vetgedrukte tekst te lezen.
Het elektrische voertuig is een bedreiging voor de olie- en auto-industrie. Misschien is dat de reden waarom H2 Mobility graag een studie betaalde met een aantal aannames die niet vriendelijk zijn voor de elektrische auto.
De opkomst van elektrische auto’s is goed nieuws voor sommigen, maar een anathema voor anderen, en daarom blijf ik studies ontmaskeren (zie debunk [één], [twee], [drie] en [mijn redenen]) die beweren dat elektrische voertuigen niet beter zijn voor het milieu. De laatste die ik tegenkwam werd betaald door H2 Mobility en als je je afvraagt wie hen weer betaalt: deze foto toont hun belangrijkste sponsors.
De studie werd uitgevoerd onder de vlag van het gerenommeerde Fraunhofer Instituut. Er opereren echter maar liefst 72 grotendeels onafhankelijke adviesorganisaties onder die vlag. Niet alle Fraunhofer-experts waren tevreden met het onderzoek en sommigen juichten me zelfs toe op twitter.
De auteurs werden in Handelsblatt geconfronteerd met mijn kritiek. Voor Handelsblatt heb ik niet de kans gekregen om daarop te reageren, maar ik gebruik hun reacties in deze blogpost.
Zoals je zult zien, hoeven we ons niet te verdiepen in methodologie omdat we daar niet van mening verschillen. Het zit vooral in de aannames. En deze zijn vaak het belangrijkst. Zoals Ronnie Belmans op twitter zei, in reactie op mijn twitterdraadje: “Mijn oude Duitse professor vertelde me tijdens mijn promotieonderzoek: ‘Lees de aannames voordat je conclusies leest. Je vermijdt tijdverlies’.”
Of zoals een van mijn eigen professor altijd zei: “ass u me” makes an “ass” out of “u” and “me”.
Ik zal dus aantonen waarom ik denk dat hun aannames verkeerd zijn en hoe dit de conclusie ontkracht dat waterstofauto’s beter zijn voor het milieu dan elektrische voertuigen.
Eén woord vooraf: waterstof is veel schoner dan benzine of diesel en ik denk dat het heel belangrijk wordt als lange termijn opslagmiddel. Ik heb dus geen hekel aan waterstof! En evenmin wil ik dat elk huishouden ter wereld een eigen elektrische auto met een grote batterij koopt. Dat zou enorme milieuschade veroorzaken en steden minder mooi maken dan ze anders zouden kunnen zijn. Ik hou gewoon niet van gespin om FUD (fear, uncertainty and doubt) rond elektrische voertuigen te creëren.
Even vooraf
In een recente presentatie schetste ik de *Top 6 Fouten* die elektrische voertuigen er slecht uit laten zien. Auteur André Sternberg et al. van de Fraunhofer ISE studie (kortweg: Sternberg) slagen erin om ze alle 6 te maken en er ook nog een zogenaamde vuile truc aan toe te voegen.
De Fraunhofer-studie waar ik tegen ageer is hier te vinden – Ook Innovation Origins nam de conclusies over.
Bij mijn kritiek zal ik regelmatig verwijzen naar een recente publicatie van mij in “Joule” met de Top 6 Fouten die elektrische voertuigen er slecht uit laten zien genaamd “The Underestimated Potential of Battery Electric Vehicles to Reduce Emissions“. Dus als je echt alles wilt controleren moet je waarschijnlijk ook die publicatie lezen. Hij is vrij kort.
Auteur André Sternberg et al. van de Fraunhofer ISE studie (kortweg: Sternberg) slagen erin om ze alle 6 te maken en voegen er ook nog een dubieuze truc aan toe. En om alvast een voorproefje te geven van de veranderingen die mijn correcties teweegbrengen, biedt de volgende tabel een eerste indicatie. Zoals blijkt leiden de correcties er in alle gevallen toe dat de uitstoot afneemt, maar ze nemen het minst af voor diesel en het meest voor elektrische voertuigen.
Laat me nu de correcties stap voor stap uitleggen.
Fraunhofer ISE gaat ervan uit dat waterstof met windenergie wordt geproduceerd en accu’s met zonne-energie worden geladen. Door er vervolgens van uit te gaan dat zonne-energie 3,5 keer meer CO2 uitstoot dan windenergie, verhullen ze het energieverlies van de waterstofproductie. Ik neem dezelfde zonne-energie voor beide.
Een ‘dubieuze truc’ die vaak wordt gebruikt om waterstof er goed uit te laten zien, is om aan te nemen dat de waterstof uit de schoonste bronnen wordt gemaakt en het dan te vergelijken met BEV’s die op een relatief vuile elektriciteitsmix draaien. Maar dat is het vergelijken van appels met peren!
In deze studie vinden we die truc ook terug, maar met een slimme twist. Waterstof en batterijen gebruiken allebei schone energie: waterstof wordt gemaakt van wind en batterijen gebruiken zonne-energie. Prima toch?
Fout, want als je goed kijkt, gaat Sternberg ervan uit dat windenergie slechts 14 gram CO2-equivalent uitstoot per geproduceerde kWh, terwijl de zon 48 gram (ofwel 3,5 keer zo veel) uitstoot. Op die manier kunnen ze verdoezelen dat de productie van waterstof 3 keer zoveel energie kost als het direct gebruik van een batterij. Dit komt omdat je energie verliest als je elektriciteit omzet in waterstof, energie verliest als je de waterstof comprimeert en schoonmaakt en energie verliest als je de waterstof in de brandstofcel verbrandt.
Na mijn kritiek op die truc verdedigen de auteurs dit door te zeggen dat ze ervan uit gingen dat de wind op zee ter plekke direct waterstof zou maken terwijl de BEV’s zouden rijden met de elektriciteit van hun dak ter plekke. Dit sluit aan bij het verhaal dat elektriciteitsvervoer moeilijk is terwijl het vervoer van waterstof makkelijk is. Het is inderdaad waar dat bij werkelijk grote volumes, een pijpleiding met waterstof per energie-eenheid goedkoper is dan een elektriciteitsdraad. Maar tot nu toe zijn de bouw van de windmolens en het maken van de waterstof veel duurdere stappen in het proces en als je de windmolens voor BEV’s zou gebruiken, zou je drie keer zoveel auto’s kunnen laten rijden met één windmolen!
Daarnaast maak ik energiemodellen en is de accu in een auto de ideale manier om overtollige windenergie ‘s nachts en overtollige zonne-energie overdag te absorberen. Dus het niet gebruiken van de accu voor het opslaan van nachtwind is niet alleen willekeurig, maar ook duur. Vanuit systeemperspectief is dit allemaal zeer twijfelachtig. Dus ik noem het vals spel en ik laat ze allemaal op dezelfde soort hernieuwbare energie draaien. Het maakt niet veel uit welke, maar ik heb de zon genomen.
Een aspect waar ik verder maar niet op in ga is dat ze een absurd zuinige dieselhybride motor uit een Hyundai Tucson 1.6 CRDi nemen en niet de energie toevoegen die nodig is om deze motor en de accu te produceren. De auto is zo nieuw dat ik de wegtest niet kon vergelijken met de vaak veel te ‘autofabrieksvriendelijke’ WLTP en er is (nog steeds?) geen betrouwbare EPA-waardering voor deze auto. Dus waarschijnlijk is dit te positief voor de diesel.
Verder twee kleine aanpassingen. Ik neem aan dat productie van het chassis iets minder energie-intensief is (voor alle auto’s) en ik gebruik standaard IPCC-waarden voor dieselemissies. Simpelweg omdat ik daar goede bronnen voor heb (zie publicatie) en ze die van hen niet hebben genoemd. Maar deze twee aanpassingen maken slechts een bescheiden verschil.
Fraunhofer beweert dat er geen gegevens zijn waaruit blijkt dat accu’s langer dan 150.000 km meegaan. Ik geef een overvloed aan bronnen waaruit blijkt dat de accu’s gemakkelijk 600.000 km meegaan. Zelfs als we de tweede levensduur en de export buiten beschouwing laten, lijkt 300.000 km (zoals een diesel) conservatief.
Een veronderstelling die veel autostudies teistert is dat auto’s na 150 duizend kilometer worden gesloopt. Misschien komt dit omdat consultants vaak nieuwe leaseauto’s besturen. Het is in ieder geval niet juist. Goede gegevens over de levensduur van auto’s zijn moeilijk te vinden, maar Gneiwomir Flis hielp me vorige week ze te vinden en zoals je kunt zien in de grafiek, is de gemiddelde levensduur ongeveer tien jaar (acht in Duitsland). Als verkoop en sloop ieder jaar hetzelfde zouden zijn, dan zou de leeftijd bij sloop twee keer zo hoog zijn als de gemiddelde leeftijd. Dus 16 jaar in Duitsland en 20 in Europa als geheel. We weten ook dat auto’s in Duitsland ongeveer 14.000 km per jaar rijden, wat zou betekenen dat er 16×14=224.000 km tot aan de sloop wordt afgelegd.
Uit meer onderzoek van Flis (zie bovengenoemde twitterdraad) blijkt dat auto’s in het Verenigd Koninkrijk met ongeveer 15 jaar worden gesloopt en in Noorwegen met ongeveer 17 jaar. Dus 15 of 16 jaar voor Duitsland is misschien niet zo’n vreemde aanname. Maar er zijn vier dingen die hier niet worden meegeteld.
Ten eerste hebben auto’s uit rijke landen als Duitsland vaak een tweede leven in armere landen als Polen. Daarom is de gemiddelde leeftijd in Duitsland 8 jaar en in Polen 18 jaar. Een manier om deze twee cijfers te duiden is door er van uit te gaan dat sommige auto’s na tien jaar vanuit Duitsland naar Polen gaan en als tien jaar oude auto in Polen aankomen, waar ze bijvoorbeeld op de weg blijven tot ze bijvoorbeeld 26 jaar oud zijn. Die auto’s zijn dan gemiddeld 18 jaar oud. In een levenscyclusanalyse zouden we dus een paar jaar moeten toevoegen aan de leeftijd van de Duitse auto om een eerlijk beeld te geven van de werkelijke totale levensduur van de auto..
Ten tweede worden auto’s meestal gesloopt wanneer het onderhoud van de motor te duur wordt. Dit is een van de redenen waarom dieselauto’s populair zijn: hun motor gaat langer mee en volgens Buchal et al. (zie mijn publicatie) gaat een Duitse dieselauto ongeveer 300.000 kilometer mee. Dat zou logischerwijs betekenen dat elektrische auto’s nog langer meegaan omdat ze volgens recente studies tussen de 1300 (meest pessimistische) en 10.000 (optimistische) cycli meegaan. Een batterij van 90 kWh heeft een bereik van 450 km, dus 1300 cycli is 1300×450 = 585.000 kilometer. En dat is het absoluut slechtste geval. Laten we er voorlopig 600.000 km van maken.
Ten derde, auto’s die goedkoper zijn per km worden doorgaans gedurende meer kilometers gereden. Dat is natuurlijk niet zo vreemd. Het is de reden dat diesel en LPG (met hun lagere belastingen) gemiddeld meer kilometers halen dan benzinevoertuigen. Op basis daarvan verwachten we dat elektrische voertuigen ook meer gaan rijden omdat ze veel goedkoper zijn per km dan diesel of LPG.
Ten vierde kunnen batterijen een tweede leven krijgen of hergebruikt worden. Na 600 duizend kilometer heeft de batterij nog steeds 80% vermogen.
De verdediging van co-auteur Christoph Hank voor het nemen van 150 duizend kilometer is dat er slechts “incidentele meldingen” zijn van batterijen die langer meegaan. Dat is gewoon niet waar. Mijn vriend prof. Steinbuch heeft een blogpost die de waarden van honderden Tesla-rijders, zoals verzameld door Merijn, documenteert en stelt: “Gemiddeld hebben de batterijen nog 91% over na 270.000 km. Als het lineaire gedrag zou aanhouden, dan zou de ‘levensduur’ (tot er nog 80% capaciteit over is) 820.000 km bedragen. Meer recente bronnen (uit 2018) die Hank kan raadplegen staan hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier en hier.
Om al deze redenen denk ik dat 150.000 km onwaarschijnlijk is. Zestien jaar en 14 duizend kilometer per jaar brengt je al op 224 duizend km voor een gemiddelde auto in Duitsland. Daarbij komt dat de aandrijving, de accu en de remmen op dat moment nog in principe gloednieuw zijn, en dat de auto extreem goedkoop is om per km te rijden. Ik denk daarom dat het uitgangspunt van evenveel kilometers als een diesel uiterst conservatief is, vandaar dat ik 300.000 kilometer kies. En dat sluit nog steeds de tweede levensduur van de auto in Polen en de tweede levensduur van de accu uit, die je idealiter eigenlijk wel in de LCA moet opnemen.
Op basis van recente, meer gedetailleerde gegevens stoot de batterijproductie ongeveer 65 kg/kWh uit, niet 133 kg/kWh.
Fraunhofer gaat uit van een accuproductie van 133 kg/kWh, gebaseerd op een zeer vervuilde elektriciteitsmix (805 gr CO2/kWh). Auteurs Hebling en Hank beweren dat de meeste accu’s uit Azië komen en dat ze daarom die vuile mix moeten nemen. Maar de olifant in de kamer is dat Tesla de grote concurrent in Duitsland is en dat Tesla’s helemaal niet in Azië worden gemaakt. Tesla beweert zelfs dat zijn fabriek volledig op hernieuwbare energie draait. Hebling en Frank hadden dus op zijn minst een gewogen gemiddelde moeten nemen en als ze het over Duitse of Europese auto’s hebben, zou het gemiddelde moeten dalen vanwege Tesla.
Voor het gewicht van de accu gebruiken ze hun eigen waarneming dat een accu 7,5 kg/kWh (=135 Wh/kg) weegt. Dat terwijl een Tesla Model 3 al 6,25 kg/kWh (=160Wh/kg) weegt en het nog geen 2020 is. Dat is alweer 19% beter.
Daarnaast baseren ze hun eigen berekeningen op een verouderde wetenschappelijke publicatie uit 2014, terwijl ik gebruik maak van wetenschappelijke publicaties uit 2017 en 2019 die specifiek en in detail rekenen op de emissies van de productie in Azië (zie ref. 6 en 7). We zien dat vooral de celassemblage in grotere fabrieken veel energiezuiniger is geworden dan de publicatie uit 2014 aanneemt. De verdediging van de auteurs Hebling en Hank is dat dat deel van die referenties nog niet beschikbaar was toen zij de studie schreven.
Al met al wordt de productie van batterijen al snel energiezuiniger. Dat komt niet alleen door schaalvergroting maar ook omdat batterijen steeds minder materiaal nodig hebben. Zo bevatten nieuwe Tesla-batterijen 1/3 van het kobalt van vorige versies en lijkt er zelfs een versie zonder kobalt mogelijk. De gegevens die ik nu gebruik zijn al enkele jaren oud en zullen dus ongetwijfeld te pessimistisch zijn in 2020.
De grafiek toont de resultaten van het verbeteren van deze twee aannames.
Het rapport baseert zich op de vuile Duitse energiemix, maar heeft het in de analyse van waterstof vs batterij elektrisch helemaal niet specifiek over Duitsland. Dus ik neem de Europese mix (die vrij dicht bij de Amerikaanse mix ligt trouwens) om de studie representatiever te maken.
Laten we tenslotte eens kijken naar de gemiddelde elektriciteitsmix waarop de studie zich baseert voor elektrische auto’s en die (je raadt het al!) veel te veel CO2 uitstoot. Zoals ik al eerder zei is het een veelvoorkomende truc: voorstanders van waterstof maken nooit vergelijkingen met landen met een schone energiemix omdat dat waterstof uit aardgas (momenteel is meer dan 90% van de waterstof afkomstig van aardgas) er bijzonder slecht laat uitzien.
De Duitse mix is goed afgestemd op hun behoeften, omdat deze op dit moment behoorlijk vies is (na de ‘Atomausstieg‘ die kolen dominant maakte), maar er zijn plannen en zelfs wetten die vereisen dat ze de mix vrij snel opschonen (de ‘Kohlenausstieg‘). Voor één land is dit echter altijd moeilijk te voorspellen. Het is ook minder relevant omdat niemand het heeft over waterstof versus batterijelektriciteit in alleen Duitsland. Het wordt niet genoemd in het rapport (tenzij je de details in de bijlage leest) en niet in de pers die het rapport bespreekt.
Om het verslag dichter te laten aansluiten bij het gebruik ervan, heb ik voor de levensduur van het elektrische voertuig daarom gebruik gemaakt van elektriciteit uit de EU. En voor de EU als geheel is de trend in CO2-reductie van de mix per jaar vrij constant, dus het is mogelijk om in te schatten hoeveel het rijden op elektriciteit uit de gemiddelde mix elk jaar schoner wordt (zie publicatie).
De grafiek toont het effect van alle correcties samen.
Het eindresultaat: zelfs de zuinigste diesel is niet opgewassen tegen waterstof, en het rijden in een batterij elektrische auto stoot verreweg de minste CO2 uit.
Nog een laatste opmerking voordat mensen zeggen dat ik doe alsof elektrische voertuigen geen problemen opleveren. Ik zeg dat ze veel beter zijn dan diesel en iets beter dan waterstof, maar gewoon overschakelen op elektrische auto’s met batterijen is niet genoeg!
Het gebruik van een fiets of wandelen beter voor je gezondheid en de planeet dan autorijden. Laten we daarmee beginnen.
We moeten ook proberen om de hele toeleveringsketen (inclusief de mijnbouw) op hernieuwbare elektriciteit te laten draaien. En natuurlijk moeten we recyclen. Dat scheelt echt enorm.
Verder geloof ik dat we in de toekomst veel gedeelde autonome voertuigen zullen zien die geoptimaliseerd zijn voor individuele ritten. Dat zou twee dingen betekenen: ruwweg tien keer minder voertuigen en – aangezien we de meeste ritten alleen en over korte afstanden maken – zou de voertuiggrootte ook veel kleiner worden. Dat noem ik openbaar vervoer 2.0 en samen met een toeleveringsketen op het gebied van hernieuwbare energie zou het de productie-uitstoot van voertuigen met een factor tien of meer verminderen. De uitstoot tijdens het rijden zou met een factor 2 tot 4 worden verminderd vanwege de kleinere en lichtere voertuigen. Dat is de toekomst waar ik naartoe werk. Niet één waarin iedereen in de wereld een grote elektrische auto heeft.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
