VDI-Studie: Wie ökologisch sind Antriebssysteme von Kraftfahrzeugen?

Den Verkehrssektor nachhaltiger zu gestalten, stellt eine enorme Herausforderung dar. Aber welche Strategie bei der Wahl der Antriebsart und dem zugehörigen Energieträger ist die richtige?

The Volkswagen I.D. will be the pioneer of clean mobility – sy

Eine neue Ökobilanzanalyse vergleicht batterieelektrische, hybride und rein verbrennungsmotorische PKW-Antriebe. Grafik: VW

Um die Wirkungen der unterschiedlichen Antriebssysteme auf das Klima bewerten zu können, hat der VDI eine neue Ökobilanzanalyse durchgeführt und batterieelektrische, hybride und rein verbrennungsmotorische Pkw-Antriebe verglichen. Dabei wurde nun die gesamte Ökobilanz – von der Herstellung bis zu 200.000 Kilometern Laufleistung – von E-Autos, Plug-in-Hybriden sowie konventionell angetriebenen Autos (jeweils Diesel und Benzin) untersucht, statt nur den Betrieb verschiedener Fahrzeugtypen zu betrachten. Die VDI-Ökobilanzanalyse vergleicht dabei den „ökologischen Fußabdruck“ verschiedener Pkw-Antriebskonzepte anhand von heute produzierten Kompaktklassefahrzeugen.

Die Produktion genauer betrachtet

Eine der wichtigsten Erkenntnisse der Studie sind die Treibhausgas-Emissionen (THG), die bei der Herstellung eines Pkw entstehen. Hier entfällt beim Elektroauto immer noch über die Hälfte der CO₂-Emissionen allein auf die Produktion des Antriebsstrangs. Bei einem Elektroauto mit einer Akkukapazität von 82 kWh sind dies 10,12 t CO_2äq. Bei einem Verbrenner mit Benzin sind es lediglich 1,21 t CO_2äq,

Treibhausgas-Emissionen (THG) bei der Herstellung von Pkw, über alle Antriebskonzepte hinweg. Grafik: VDI

Gehen wir bei der Produktion des Antriebsstrangs eines Elektroauto noch weiter ins Detail, wird sichtbar, dass die Produktion der Batterie mit 83 % (8,37 t CO_2äq) der Hauptverursacher für die hohen CO₂-Emissionen ist. Die weiteren Komponenten spielen eine untergeordnete Rolle. Das Elektroauto startet folglich mit einer schlechteren produktionsbedingten CO₂-Bilanz, die es über die Nutzungsphase wieder „einfahren“ muss. Fahrprofil und Energieträger haben je nach Antriebskonzept entscheidenden Einfluss auf die betriebsbedingten THG-Emissionen.

Welchen Einfluss hat die Laufleistung?

Grundlage der Betrachtung waren eine angenommene Laufleistung von 200.000 Kilometern bei Verwendung des Mittelwertansatzes und Verwendung des WLTP-Szenarios. Dabei schneiden das betrachtete Elektroauto mit eine Akkukapazität vom 62 kWh (24,2 t CO_2äq) und der Plug-in-Hybrid (24,8 t CO_2äq) aus der Kompaktklasse am besten ab. Diesel (33 t CO_2äq) und Benziner (37,1 t CO_2äq) folgen. Der Vorteil des Elektroautos stellt sich bei 90.000 Kilometern ein. Ab diesem Punkt ist das Elektroauto klimafreundlicher als der konventionelle Verbrenner mit Benzin. In Abhängigkeit der unterschiedlichen Randbedingungen der Bilanzanalyse, wie dem bei der Bilanzierung herangezogenen Ansatz der Energie (Mittelwertansatz und Marginalansatz) oder den unterschiedlichen Fahrprofilen (WLTP, Kurzstrecke), ergibt sich eine Spreizung der resultierenden Bilanzergebnisse.

Ein interdisziplinäres Expertengremium hat in einer umfangreichen Studie die Ökobilanz von E-Autos, Plug-In-Hybriden (Benzin/Diesel) sowie konventionell angetriebenen Autos (Diesel/Benzin) verglichen.

Foto: VDI

Auf der Basis des mittleren, sogenannten WLTP-Energiebedarfs der Fahrzeuge ergeben sich bei der Verwendung des Mittelwertansatzes bei einem Elektroauto mit einer Akkukapazität von 62 kWh THG-Emissionen in Höhe von 24,2 t CO_2äq. Bei Berücksichtigung des Marginalstromansatzes resultiert je nach Betrachtung ein Wert von ca. 33,8 t CO_2äq. Wird das Fahrzeug mit Solarstrom geladen, ergeben sich sogar nur 19,1 t CO_2äq. Beim Fahrprofil Autobahn liegen die Werte bei 27,5 t CO_2äq beim Mittelwertansatz und 40,8 t CO_2äq bei Berücksichtigung des Marginalstromansatzes.

Bei Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen ergeben sich THG-Emissionen zwischen 24,8 t CO_2äq (WLTP, Mittelwertansatz) und 46,0 t CO_2äq (EcoTest im Hybridmodus) je nach Analyseansatz und Anwendungsprofil.

Bei Diesel- und Benzin- sowie Hybridfahrzeugen ergeben sich THG-Emissionen zwischen 25,1 t CO_2äq (FHEV-g) und 43,6 t CO_2äq (ICEV-g, Kurzstrecke) je nach Technologieausführungen und Fahrprofilen. Die größte Bandbreite an Ergebnissen weist das Plug-in-Hybrid-Fahrzeug (PHEV-g) auf. Einsatzfall und Analysemethode führen zu einer großen Bandbreite von 24,8 t CO_2äq bis 46,0 t CO_2äq.

Thema „grüne Batterien“ und „E-Fuels“

Eine wichtige Folgerung aus der Studie lautet: Die Batterieproduktion für Elektroautos muss zwingend mit regenerativer elektrischer Energie ablaufen, um Treibhausgasemission bei der Produktion gering zu halten. Den die Emissionen von batterieelektrischen Fahrzeugen werden entscheidend durch die Produktion der Batterien bestimmt werden. Hierbei spielt der jeweilige Produktionsort eine zentrale Rolle.

Eine Batterieproduktion in Deutschland und europäischen Ländern mit hohem erneuerbarem Energieanteil sorgt neben einer europäischen Wertschöpfung für eine bessere CO₂-Bilanz. Die Studie zeigt, dass gerade Batterien aus China mit hohen Treibhausgasemissionen durch die Produktion belastet sind. Aber auch Produktionsstandorte in Europa mit einem hohen fossilen Stromerzeugungsanteil verursachen eine signifikante CO₂-Belastung der Batterie.

Und: E-Fuels sind ein wichtiger Technologiebaustein. Zur Erreichung der deutschen und europäischen Klimaziele im Verkehrssektor ist die Nutzung von klimaneutralen Kraftstoffen für die Bestandsflotte unabdingbar. Hierfür müssen umgehend die regulatorischen Rahmenbedingungen geschaffen werden, damit die Industrie in eine entsprechende Skalierung der nachhaltigen Kraftstofferzeugung investiert.

Die Kernergebnisse zusammengefasst

Fazit: E-Autos werden mit Zunahme des Anteils regenerativ erzeugten Stroms immer klimafreundlicher. Aber erst die „grün produzierte Batterie“ macht E-Mobilität wirklich klimafreundlich. Dazu müssen in Zukunft Batterien in Deutschland und Europa nachhaltig produziert und recycelt werden. Und: Die Bilanz wird immer besser, je länger E-Autos betrieben werden. Erst ab etwa 90.000 Kilometern Laufleistung sind sie in Deutschland günstiger als Verbrenner.

Aufteilung der produktionsbedingten Treibhausgasemissionen bei der Herstellung eines batterieelektrischen Antriebsstrangs (Akkukapazität 82 kWh). Grafik: VDI

Bei der angenommene Laufleistung von 200.000 Kilometern schneiden das betrachtete E-Auto und der Plug-in-Hybrid aus der Kompaktklasse bei der Klimabilanz am besten ab:

E-Auto: 24,2 t CO₂,
Plug-in-Hybrid: 24,8 t CO₂,
Diesel: 33 t CO₂

Die Langfassung der VDI-Ökobilanzstudie und weitere Informationen zum Studiendesign finden sich unter www.vdi.de/oekobilanz-studie. Fachlicher Ansprechpartner ist Christof Kerkhoff, Geschäftsführer der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik, Tel. 0211 6214–645, E-Mail: kerkhoff@vdi.de.