Batteriebetriebene Pkw gelten als „emissionsfrei“ – dabei haben sie meist schon große CO₂-Ladungen auf ihrem Konto, bevor sie auch nur den ersten Kilometer gefahren sind. Eine neue Studie von Frontier Economics zeigt: Ob nun Verbrenner oder Batterieantriebe im Vorteil sind, kommt ganz auf die Nutzung, aber auch auf weitere wichtige Einflussparameter an.

text Florian Sievers
Von der Frosch-
hin zur
Vogelperspektive

chornstein neben Schornstein – in den meist dicht besiedelten östlichen Zentralprovinzen Chinas produzieren heute zahlreiche Kohlekraftwerke Strom für die Bevölkerung und die Industrie. Mehr als 1.000 Gigawatt an Kohlekapazität – hierzulande sind es lediglich rund 45 Gigawatt  – sind in dem ostasiatischen Flächenstaat verbaut. Das ist die Hälfte der weltweit installierten Leistung. Mitten zwischen den Kohlekraftwerken Ostchinas residiert der weltweit größte Hersteller für E-Auto-Akkus, der börsennotierte CATL-Konzern.

„Wir haben die Emissionen über den gesamten
Lebenszyklus hinweg betrachtet.“
Dr. Jens Perner, Leiter der Studie bei Frontier Economics
„Es gibt über den
Lebenszyklus gesehen keine
klar überlegene Technologie.“
Theresa Steinfort, Co-Autorin
„Keine klar überlegene Technologie“  
Nach den Frontier-Berechnungen beträgt die CO2-Bilanz am Beispiel eines Mittelklasse-E-Autos über den kompletten Lebenszyklus hinweg 191 Gramm pro Kilometer. Davon entfällt mehr als ein Viertel auf die Batterieproduktion – wenn man von einer Produktion in Europa ausgeht, die in der Praxis jedoch heute kaum zu finden ist. Geht man, wesentlich realitätsnaher, vom chinesischen Strommix aus, dann steigen die CO2-Emissionen auf 223 Gramm CO2 pro Kilometer, wovon fast ein Drittel auf die Batterieproduktion entfällt. Um diesen Nachteil im Vergleich zu Autos mit Verbrennungsmotoren wieder wettzumachen, muss ein E-Auto erst mal viele Zigtausend Kilometer fahren, und zwar mit möglichst CO2-armem Strom.
Insgesamt rangieren die Gesamt­emissionen von Verbrennern und E-Autos der Frontier-Studie zufolge in vielen Fällen auf ähnlichem Niveau: Den 191 Gramm CO2/km des Mittelklasse-Stromers stehen bei identischen Grundannahmen 198 Gramm CO2/km eines Diesel-Verbrenners gegenüber. „Es gibt über den Lebenszyklus gesehen keine klar überlegene Technologie“, sagt Studien-Mitautorin Steinfort. Vielmehr komme es im Einzelfall auf zahlreiche unterschiedliche Einflussfaktoren an. Dazu gehören neben dem Strom- und Energiemix der Herstellungs- und Betriebsländer auch die Größe, Reichweite und Lebensfahrleistung des Fahrzeugs. „Die Anforderungen an ein Fahrzeug, das tendenziell häufig, innerstädtisch und von Einzelpersonen gefahren wird, unterscheiden sich von denen an ein Fahrzeug, das tendenziell für längere Überlandfahrten, nur gelegentlich und von Familien genutzt wird“, sagt Steinfort. „Jahresfahrleistung sowie Distanz- und Größenanforderungen sind nicht miteinander vergleichbar.“
Modellhaft lässt sich allerdings für jede Fahrzeuggröße ein Break-even-Punkt errechnen, an dem die CO2-Emissionen gleichziehen. Diesen Punkt erreichen Fahrzeuge in der Praxis allerdings nur dann, wenn sie in ihrem Produktlebenszyklus überhaupt ausreichend viele Kilometer zurücklegen. So spart das E-Auto bei dem Beispiel der Mittelklasse überhaupt erst ab 123.000 Kilometern Fahrleistung CO2-Emissionen im Vergleich zu Verbrennern mit konventionellen Kraftstoffen ein. Bei einer angenommenen Batterieproduktion in China kommen rechnerisch nochmals neun Tonnen CO2 hinzu. Diese Emissionsmenge fällt bei einem Mittelklasse-Diesel über volle 56.000 Kilometer Fahrleistung an. Dabei ist der Stromer noch nicht einmal losgefahren.
Mit BYD stammt zudem ein weiterer der fünf globalen Marktführer für Antriebsbatterien aus dem Reich der Mitte. Die energiefressenden Produktionsstraßen der beiden Riesen hängen an einem Stromnetz, das zu rund 60 Prozent Kohlestrom liefert. Die anderen großen Akkuhersteller sitzen in Japan und Südkorea – und damit in Ländern, die ebenfalls einen größeren Teil ihres Stroms durch CO2-intensive Produktionsmethoden erzeugen. Schon die Produktion der meisten E-Auto-Batterien setzt also global gesehen große Mengen an CO2 frei. Autos mit batterieelektrischem Antrieb starten darum im Vergleich zum Verbrennungsmotor von vornherein mit einer erheblichen Emissionslast, bevor sie auch nur den ersten Kilometer gefahren sind. Das ist eines der zentralen Ergebnisse der Studie „Die CO2-Gesamtbilanz für Antriebstechnologien im Individualverkehr heute und in Zukunft“, die das Beratungsunternehmen Frontier Economics kürzlich veröffentlicht hat. Für die Studie haben die Experten batteriebetrie­bene Fahrzeuge und Autos mit Verbrennungsmotoren mittels LCA-Methode miteinander verglichen. LCA – das steht für Life Cycle Assessment, also Lebenszyklusanalyse.
„Wir haben dabei die Froschperspektive verlassen, die lediglich die Fahrzeugnutzung ins Auge fasst, und stattdessen aus der Vogelperspektive die Emissionen über den gesamten Lebenszyklus hinweg betrachtet“, erklärt Dr. Jens Perner, Leiter der Studie bei Frontier Economics. Nur mit diesem Ansatz lasse sich schließlich die gesamte Klimabilanz von Autos bewerten. Zum Lebenszyklus gehören dabei sämtliche Emissionen, die an den unterschiedlichen Stationen im Leben eines Pkw anfallen – neben der Nutzungsphase sind das die Fahrzeugproduktion samt Zulieferung, die Herstellung der Antriebsenergie und die Entsorgung beziehungsweise das Recycling. Dieser ganzheitliche Blick ist dabei nicht auf Deutschland oder die EU beschränkt. Es werden auch globale Aspekte betrachtet, wie die Emissionen, die in Zulieferländern wie China entstehen.
In der Frontier-Studie stellen Jens Perner und seine Co-Autorin Theresa Steinfort fest: „In der allgemeinen aktuellen Debatte gelten batterieelektrische Fahrzeuge häufig als CO2-emissionsfrei, da direkt am Fahrzeug während der Nutzung keine CO2-Emissionen erzeugt werden.“ Ziehe man jedoch den gesamten Lebenszyklus in Betracht, verursachten E-Autos beträchtliche Emissionen. Sie würden allerdings auf die Produktion der Batterien sowie des Antriebsstroms verlagert. Und vor allem Ersteres findet fast ausschließlich unter nicht eben idealen Bedingungen im Ausland statt.
Zu einer ähnlichen Einschätzung kommt das Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (ifeu) 2019 in einer Studie für Agora Verkehrswende bei Fahrzeugen mit größerem Akku, die ausschließlich auf der Autobahn für Langstrecken genutzt werden: Sie bringen erst nach 150.000 Kilometern etwas für den Klimaschutz. Nach 200.000 Kilometern zeichnet sich, verglichen mit
einem Diesel, der nur auf der Autobahn fährt, gerade mal ein Vorteil von 7 Prozent ab. E-SUVs erreichen Frontier Economics zufolge sogar bei einem realistischen Set der Einflussgrößen niemals den Break-even-Punkt: Vergleichbare Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor sind bis zum Ende der Gesamtfahrleistung in Bezug auf die CO2-Gesamtemissionen im Vorteil.
Insgesamt zeigen die Rechenbeispiele: Batteriebetriebene Fahrzeuge fahren in den kleineren Leistungsklassen, wie der Kompaktklasse, ihren CO2-Rucksack bereits nach einigen Zigtausend Kilometern ein. Ist der Anspruch an Motorisierung und Leistung größer, verschiebt sich der Break-even-Punkt mitunter sehr weit mit der Gesamtfahrleistung. Das Recycling von E-Autos ist zudem deutlich energieintensiver als das von Verbrennern. Das Batteriemodul ist komplex aufgebaut und nur unter hohem Energieaufwand in seine Einzelteile zerlegbar. Nicht einberechnet sind zudem die Auswirkungen durch die umweltbelastende Rohstoffgewinnung für Elektroautos, beispielsweise Kobalt aus Afrika und Lithium aus den Salzwüsten Boliviens.
Politik muss für offene Rahmenbedingungen sorgen
„Beide Antriebsarten, Batterie und Verbrennungsmotor, haben ihre Stärken und Schwächen“, fasst der Frontier-Studienautor Perner zusammen. Das Nebeneinander verschiedener Antriebsformen sei berechtigt und funktioniere. Allerdings müsse die Politik auch für entsprechende Rahmenbedingungen sorgen, die den gesamten Lebenszyklus von Fahrzeugen im Auge haben, Verkehrs- und Klimapolitik global denken und vor allem offen sind gegenüber beiden Technologien. Nur so könnten beide Antriebsarten ihre jeweiligen Stärken ausspielen. „2050 ist es möglich, dass beide Antriebstechnologien bezahlbar und klimaneutral sind“, sagt Perner.
Unternehmen setzen bei ihren Planungen schon heute auf einen offenen Technologiemix. Ein Beispiel dafür ist der Stuttgarter Mahle-Konzern, mit 80.000 Mitarbeitern einer der größten Automobilzulieferer der Welt. Dipl.-Ing. Jörg Rückauf, Leiter Produktentwicklung Filtration & Motorperipherie, sagte im Frühjahr 2019 beim Motorenkongress der Autofachzeitschrift „ATZ“, man brauche beide Antriebstechniken, um beim Klimaschutz voranzukommen – nämlich „hocheffiziente Verbrenner, idealerweise betrieben mit klimaneutralen Kraftstoffen“, aber auch Elektroautos, betrieben mit Strom aus erneuerbaren Energien. Für 2030 erwarte man Rückauf zufolge weltweit 107 Millionen neu zugelassene Pkw, davon zwei Drittel mit Verbrennungsmotoren und ein Drittel mit alternativen Antrieben. „Das zeigt deutlich, dass auch in Zukunft der Verbrennungsmotor dominiert“, so Rückauf.
„Das zeigt deutlich, dass auch in Zukunft der
Verbrennungsmotor dominiert.“

Dipl.-Ing. Jörg Rückauf, Leiter Produktentwicklung Filtration & Motorperipherie beim Mahle-Konzern
Der CO2-Abdruck all dieser neuen Verbrennungsmotoren muss, auch in Schwellen- und Entwicklungsländern, künftig deutlich kleiner werden. Dies lässt sich der Frontier-Economics-Studie zufolge effizient vor allem über synthetische Kraftstoffe (E-Fuels) erreichen. Ihr großer Vorteil: Sie lassen sich aus erneuerbaren Energien herstellen und sind damit tatsächlich neutral in der Klimabilanz. „Synthetische Kraftstoffe bieten sich als mittelfristige Maßnahme an, da sie im Fahrzeugbestand ohne technische Anpassungen eingesetzt werden können – sowohl in Europa als auch in Teilen der Welt, in denen der flächendeckende Einsatz von batterieelektrischen Fahrzeugen wegen fehlender Infrastruktur noch weit entfernt ist“, so die Studie. Nicht nur seien die Handhabung und die Nutzung von E-Fuels gewohnt einfach. Ihr Einsatz werde sich beispielsweise im Luft-, See- und Schwerlastverkehr auch als nahezu unverzichtbar erweisen. Aber auch der Pkw-Sektor kann sowohl im Bestand als auch bei Neuwagen durch E-Fuels klimaneutral gestellt werden.
Das sieht auch Professor Dr.-Ing. Peter Gutzmer so, bis Oktober 2019 Technikvorstand und stellvertretender Vorstandsvorsitzender des Zulieferers Schaeffler: „Wir werden den Einsatz von CO2-neutralen Kraftstoffen für die Bestandsflotte benötigen, wenn wir die ambitionierten Klimaziele erreichen wollen“, sagte er in einem Interview mit der Branchen-Website „Automobil Industrie“. „Der Verbrennungsmotor wird noch viele Jahre eine wesentliche Rolle für die individuelle Mobilität spielen.“
Begleitend zu der Studie „Die CO2-Gesamtbilanz für Antriebstechnologien im Individualverkehr heute und in
Zukunft“ hat das Beratungsunternehmen Frontier Economics ein Berechnungstool erstellt, mit dem Nutzer die CO2-Bilanz von Fahrzeugen auf Basis eigener Annahmen für sämtliche Einflussparameter und Szenarien selber ermitteln können. Das Tool ist dabei leicht verständlich und nutzerfreundlich aufgebaut: In einem Control Panel kann jeder Anwender eine Auswahl der wichtigsten Treiber für die CO2-Emissionen angeben und variieren – beispielsweise Fahrzeugtyp, Jahresfahrleistung oder verschiedene Entwicklungsszenarien für den Strom- und Energiemix.
Auf Basis dieser Informationen zeigt das Tool per Knopfdruck die CO2-Gesamtbilanzen der Fahrzeugtechnologien an.
Dabei lassen sich auch Einflussfaktoren berechnen wie beispielsweise bei Ladestrom ein zunehmender Anteil erneuer­barer Energie oder bei Verbrennungsmotoren die zunehmende Beimischung von E-Fuels aus Ökostrom. Alle der Berechnung zugrundeliegenden Annahmen, Quellen und Formeln sind transparent dargestellt.
Das Excel-Tool steht unter www.uniti.de neben der Studie zum Download bereit.
Ambitioniertes Ziel:
Die Bundesregierung hat beschlossen: Bis 2030 soll der CO₂-Ausstoß im Vergleich zu 1990 um 55 Prozent gesenkt werden. Um die Klimaziele verlässlich zu erreichen, wird auch der Einsatz von strombasierten CO₂-neutralen Kraftstoffen im Pkw-Sektor nötig sein.
Professor Dr. Andreas Pinkwart (FDP), Wirtschafts­minister in Nordrhein-Westfalen, über die Heraus­forderungen der Energiewende im Mobilitätssektor und die Bedeutung unterschiedlicher Antriebsformen.
Herr Pinkwart, das deutsche Klimaschutzziel ist sehr ehrgeizig: Mitte des Jahrhunderts muss die Klimaneutralität stehen. Wie lässt sich diese ambitionierte Absichtserklärung für den Mobilitätssektor umsetzen?

Die Landesregierung möchte Nordrhein-Westfalen zu einem treibhausgasneutralen und zukunftsfähigen Wirtschaftsstandort entwickeln. Um die Klimaziele im Mobilitätssektor zu erreichen, setzen wir auf batterie- und wasserstoffbasierte Elektromobilität sowie synthetische Kraftstoffe. Das Potenzial dieser innovativen Technologien ist noch lange nicht erreicht, sodass sie zukünftig technisch und ökonomisch noch deutlich attraktiver werden. Um die klimagerechte Mobilität voranzubringen, unterstützt das Land die Forschung und Markteinführung der Technologien.

Die Bundesregierung setzt im überragenden Maße auf die Förderung batterieelektrischer Antriebe. Ist das der richtige Weg?

Vor diesem Hintergrund müsste die technologieoffene Entwicklung verschiedener Antriebsformen doch eine sinnvolle Option sein?

Welche Rolle spielt bei diesen Überlegungen der Einsatz von synthetischen Kraft- und Brennstoffen für den Klimaschutz?

„Die Landesregierung setzt auf einen technologieoffenen Ansatz“

Wie lassen sich trotz der Energie- und Antriebswende und der damit verbundenen Umbrüche Betriebe und Arbeitsplätze in NRW sichern?

Elek­tromobilität leistet einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Klimaziele: Zurzeit ist sie die effizienteste und kostengünstigste Technologie und bietet daher einen guten Einstieg in die klimagerechte Mobilität. Das wird aber nicht die einzige Lösung sein. Wir begrüßen daher, dass die Bundesregierung auch das Thema Wasserstoff voranbringen möchte und eine Nationale Wasserstoffstrategie erarbeitet, die die Klima-, Energie-, Industrie- und Innovationspolitik verzahnen soll. Die wasserstoffbasierte Mobilität ist eine wichtige Alternative zur Elektromobilität, vor allem für Anwendungen, die auch zukünftig auf gasförmige oder flüssige Kraftstoffe angewiesen sind.

Die Landesregierung setzt auf einen technologieoffenen Ansatz, um die Klimaziele zu erreichen. Um den Ausbau der Wasserstofftechnologie zu fördern, hat das Wirtschaftsministerium zum Beispiel den Wettbewerb „Modellkommune/Modellregion Wasserstoffmobilität NRW“ ausgeschrieben. Hier werden Strategien zur Produktion, Verteilung, Speicherung und Anwendung von Wasserstoff im Mobilitätsbereich entwickelt. Im Sommer 2020 wird das beste Konzept ausgezeichnet. Außerdem unterstützen wir über verschiedene Förder- und Kreditprogramme Investitionen in Brennstoffzellenfahrzeuge und die dazugehörige Infrastruktur.

Je nach Anwendung sind unterschiedliche Technologien sinnvoll. Während Elektromobilität sich bei kurzen bis mittleren Strecken anbietet, überwiegen die Vorteile des Wasserstoffantriebs bei längeren Strecken. Synthetische Kraftstoffe können vor allem im Flug-, Schwerlast- und Schiffsverkehr vorteilhaft sein.

Nordrhein-Westfalen zählt zu den bedeutendsten Automobilstandorten Deutschlands: Über 800 Automotive-Unternehmen beschäftigen hier mehr als 200.000 Menschen. Rund ein Drittel der deutschen Automobilzulieferer sitzt in unserem Land. Der Transformationsprozess der Automobilindustrie betrifft Nordrhein-Westfalen daher in ganz besonderem Maße. Der notwendige Wandel bringt aber auch große Chancen mit sich: Zahlreiche Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette alternativer Antriebe – Produzenten von E-Fahrzeugen, Hersteller für Ladeinfrastruktur oder Anbieter von Mobilitäts-Dienstleistungen – sind hier bereits aktiv und zeigen, dass die nordrhein-westfälische Automobilindustrie gut gewappnet für die Mobilitätswende ist.

Interview Gerhard Walter