VDI-Ökobilanz-Studie zu verschiedenen Antriebssystemen – Review

Die Elektromobilität trägt mindestens bis 2035 nichts zur Senkung der Treibhausgasemissionen bei, wahrscheinlich sogar noch weit darüber hinaus.

Das ist das Ergebnis eines am 11. Dezember 2023 veröffentlichten Papiers des Vereins Deutscher Ingenieure, das für die weitere Diskussion über die Klimabilanz der E-Mobilität von großer Bedeutung sein wird.

Der Anspruch ist hoch. Ziel ist eine „äußerst umfangreiche Berücksichtigung von vielfältigen Einflüssen (Material, Prozesse, Produktionsort, Einsatz der Technologie, Potenziale für Recycling etc.).“ Die Betrachtungen schließen selbstverständlich die Bereitstellungsemissionen von Kraftstoffen und elektrischem Strom ein.
Untersucht wurde der gesamte Lebenszyklus von Autos, die im Jahre 2021 produziert und mit einer Laufleistung von 200.000 km bis 2035 betrieben werden. Die Ladestromemissionen werden alternativ mit dem Durchschnitts- und dem Marginalansatz ermittelt.

Die Unterschiede der beiden Ansätze werden erklärt. Zitat:
„Der Mittelwertansatz liefert die mittlere CO2-Emission von allen vorhandenen elektrischen Verbrauchern im Sinne eines arithmetischen Mittelwerts über feste Zeiträume.
Der Marginalansatz repräsentiert die Grenzkosten, also das CO2-Einsparpotenzial bei Abschaltung eines elektrischen Verbrauchers beziehungsweise die CO2-Zusatzemissionen bei Hinzufügen eines weiteren elektrischen Verbrauchers.“

Auf diese Weise kann der Leser sich selbst eine Meinung bilden, welcher Ansatz die Emissionen des zusätzlichen elektrischen Verbrauchers E-Auto korrekt erfasst. Die stark unterschiedlichen Ergebnisse der beiden Ansätze werden in Tabellen und Grafiken ausführlich dargestellt.

Als Fazit veröffentlichte der VDI auf seiner Homepage u.a. diesen Satz, der von vielen Journalisten gerne zitiert wurde: „Betrachtet man die Fahrzeuge von der Herstellung bis zu einer angenommenen Laufleistung von 200.000 km, so erzielen E-Autos und Plug-in-Hybride die besten Ergebnisse.“

Diese Aussage ist leider grob falsch und gibt definitiv nicht das Ergebnis der Studie wieder.

Das geht schon aus der ersten Abbildung auf Seite 2 hervor:

_{Legende:
BEV – Elektroauto
ICEV-d – Diesel
ICEV-g – Benziner
MHEV – Mild-Hybrid
FHEV – Full-Hybrid
PHEV – Plugin-Hybrid}

Auf der linken Seite finden sich zwei BEV (mit kleinerem und größerem Akku) wieder. Nur mit dem Mittelwertansatz schneiden sie besser ab als Verbrenner und Hybride; mit dem Marginalansatz ergeben sich meist höhere Emissionen.

Tabelle 2 stellt dieses Ergebnis tabellarisch dar:

Kurzum: E-Autos helfen mindestens bis 2035 nicht, die Treibhausgasemissionen zu senken.

Wer zu solchen Ergebnissen kommt, muss mit dem Verdacht rechnen, das Elektroauto durch die zielgerichtete Anpassung von Parametern schlechtzurechnen. Dem versuchten die Autoren offensichtlich vorzubeugen, indem sie ihren Berechnungen die recht optimistischen Annahmen zum EE-Ausbau des Szenarios „Klimaneutrales Deutschland 2045“ (KNDE45) von Agora Energiewende zugrundelegten. Darin unterschreiten die Marginalemissionen schon 2030 den Wert von Strom aus Erdgas:

Das ist nur möglich, weil der Kohleausstieg bereits auf 2030 datiert wird. Die Bundesnetzagentur hat allerdings jüngst für mehrere Kohlekraftwerksblöcke Stilllegungsverbote bis zum März 2031 ausgesprochen. Wie ambitioniert das Szenario KNDE45 von Agora Energiewende ist, lässt sich auch daraus erkennen, dass die Prognos AG 2019 für das Jahr 2030 (!) einen Verdrängungsmix von 750 g/kWh prognostiziert hatte.

In der Studie finden sich noch weitere Annahmen, welche die Klimabilanz des E-Autos verbessern:

• Aktuelle Marginalstromemissionen von 750 g CO2/kWh sind ein recht niedriger Wert. Andere Quellen nennen mind. 900 g.
• Auch die Erdgasemissionen wurden ungewöhnlich niedrig angesetzt. Sechs von den Autoren ausgewählte Quellen geben Werte von 410 bis 719 g CO2/kWh an; die Berechnungen erfolgten schließlich mit 422 g.
• Das Szenario KNDE45 geht auch von sehr optimistischen Flexibilisierungsoptionen aus, u.a. dank 14 Millionen Elektroautos im Jahre 2030. Dieses Ziel gilt aber längst als nicht mehr erreichbar. Daher müssten noch mehr neue Erdgaskraftwerke errichtet werden, als ohnehin schon zum Ersatz der Kohle vorgesehen sind. Weil diese aber nicht in Sicht sind, ist zu befürchten, dass die Laufzeit der Kohlekraftwerke aus diesem Grund noch weiter verlängert werden muss.
• Eine realistischere Einschätzung des Dunkelflautenproblems lässt die langfristig notwendige Zahl der fossilen Backupkraftwerke darüber hinaus noch einmal ansteigen.
• Für den Stromverbrauch des E-Autos VW ID.3 wurde der WLTP-Normverbrauch (incl. Ladeverlusten) von 15,75 kWh/100 km angenommen. Spritmonitor.de jedoch gibt als Alltags-Straßenverbrauch 18,81 kWh/100 km an, überwiegend basierend auf Bordcomputerwerten ohne Ladeverluste. Mit wohlwollend gerechneten 10 % Ladeverlust liegt der Verbrauch incl. Ladeverlust auf Basis des spritmonitor.de-Werts bei über 20,7 kWh/100 km – satte 31 % mehr als in der VDI-Studie!
  Bei den Verbrennern sind die Abweichungen zwischen Labor- und Straßenwerten geringer:
  Ford Focus 1.0 Eco Boost mit 92 kW: + 22% (WLTP: 5,4 l; spritmonitor.de: 6,6 l)
  VW Golf D mit 85 kW: +24 % (WLTP: 4,2 l; spritmonitor.de: 5,22 l)
  Die VDI-Studie hat das E-Auto also auch beim Verbrauch tendenziell begünstigt.

Die Abschnitte über das Recycling von E-Auto-Akkus lesen sich hingegen ernüchternd. Zitate:

• „Während in der Industrie noch Unklarheit über die wirtschaftlich sinnvolle Umsetzbarkeit der Verfahren herrscht (siehe z. B. ‚ist das Recycling von Traktionsbatterien‘ gemäß Publikation von Fachleuten ‚verfahrenstechnisch noch nicht endgültig geklärt‘), gibt es bereits Vorgaben durch die Europäische Regulatorik.“
• „Ausschließlich in Europa existieren Ansätze für eine rückführende Logistik von gebrauchten Batterien.“
• „Der Vergleich von drei in der Literatur beschriebenen Recyclingprozessen zeigt beim pyrometallurgischen und fortschrittlichen hydrometallurgischen Recycling (beide nach Mohr et al. keine erreichbaren THG-Reduktionspotenziale.“
• „Lediglich der Prozess des direkten Recyclings aus der Literatur von Dai et al. zeigt ein Potenzial des Recyclings, wenn es mit Energie durchgeführt wird, die eine minimale THG-Belastung hat. … Es muss aber erwähnt werden, dass dieser Prozess nach Dai et al. von einem 100 % Recycling der NMC-Beschichtung ausgeht, für das heute noch keine industrielle Umsetzung bekannt ist.“

Diese VDI-Studie ist durch ein Peer-Review qualitätsgesichert. Dem Reviewer Christian Bauer vom Paul Scherrer Institut in der Schweiz ist hoch anzurechnen, dass er dazu bereit war, da die Ergebnisse seinen eigenen Überzeugungen zuwiderlaufen. So sagte er 2020: „E-Autos haben heute in fast allen europäischen Ländern einen klaren Klimavorteil gegenüber Verbrennern. Nur Polen und Estland nutzen einen Strommix, mit dem Elektrofahrzeuge bei der Klimabilanz nicht im Vorteil sind.“
Mit „Strommix“ meint er den Durchschnittsstrom. In seinem Reviewbericht bezeichnet er die Anwendung des Marginalansatzes daher als „ungewöhnlich“, räumt auf Seite 100 aber ein: „Den kurzfristigen Marginalstrom für die Bilanzierung des Stroms zum Laden der Batterien der E-Autos zu wählen, ist durchaus eine legitime Möglichkeit.“ Im Gegensatz zu vielen anderen Wissenschaftlern beweist Bauer damit wissenschaftliche Redlichkeit.

Manche seiner Kollegen treten ganz anders auf. Nextmove.de hatte hierzu 2020 Prof. Martin Doppelbauer vom Elektrotechnischen Institut in Karlsruhe, befragt. Zitat:
„Frage: Wieviel Prozent der Wissenschaftler teilen die Idee des Grenzstroms?
Antwort: Es ist nicht wirklich vorstellbar, wie jemand, der sich wissenschaftlich mit dem Thema Energie beschäftigt, diese Ansicht teilen kann. Man kann als Fazit festhalten, dass jede Anwendung, welche von der Verbrennung fossiler Energieträger auf die Nutzung elektrischer Energie umstellt, einen Gewinn für unsere Umwelt bedeutet.“

Prof. Maximilian Fichtner, Professor für Festkörperchemie an der Universität Ulm und Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung, schrieb dazu auf Twitter:

Die Anwendung des Marginalansatzes ist fachlich korrekt, jedoch politisch unerwünscht und aus diesem Grund in neueren Studien zur Ausnahme geworden. Die VDI-Studie wird es fortan erschweren, die tatsächlichen Emissionen zusätzlicher Stromverbraucher durch eine methodisch falsche Vorgehensweise zu vertuschen. Das ist ein überaus wertvoller Beitrag zur Versachlichung der Diskussion.

Kai Ruhsert, 6. Januar 2024