E-Autos
Produktion
Bei der Fertigung von batterieelektrischen Autos entstehen, im Vergleich zu Verbrennern oder Wasserstoff-Autos, fast doppelt so viele Treibhausgase. Das liegt vor allem an der energieintensiven Herstellung der Batterien [1]. Diese werden hauptsächlich in Asien produziert, wo ein großer Teil der Elektrizität durch Kohlekraftwerke produziert wird [2].
Das für die Batterien in Zukunft benötigte Lithium ist in ausreichenden Mengen im Boden zu finden [3-6]. Der Lithiumabbau ist allerdings nicht ganz unproblematisch, da vor allem in Südamerika dafür sehr viel Wasser verdunstet wird und somit befürchtet wird, dass der Grundwasserspiegel absinkt und lokal Landwirtschaft unmöglich macht [7,8].
Nutzung
Entscheidend für die Klimabilanz von E-Autos ist, wie die genutzte Elektrizität erzeugt wurde. Wird fast ausschließlich grüner Strom verwendet, so spart ein E-Auto im Vergleich zum effizientesten Verbrenner über den gesamten Lebenszyklus ca. 60 % der Treibhausgasemissionen ein [9,10].
Das oft genannte „Reichweitenproblem“ existiert nur bedingt. Aktuell betriebene E-Autos haben eine Reichweite von 300 km und mehr; für 2030 wird der Wert auf über 600 km geschätzt. Wenn man nun bedenkt, dass 99 % der Autofahrten in Deutschland unter 100 km lang sind, kommt man zu dem Ergebnis, dass so gut wie alle Strecken jetzt schon mit E-Autos gefahren werden können [11-15].
Fazit
Im Vergleich zu Wasserstoff-Autos kann hier der Strom direkt genutzt werden und muss nicht z. B. in die Elektrolyse (Herstellung von Wasserstoff) gesteckt werden, wodurch der Energiebedarf etwa dreimal niedriger ist [9].
Besonders geeignet sind kleine E-Autos für kurze Strecken in den Städten, zum Beispiel für den städtischen Lieferverkehr [3]. Um den Umstieg vom Verbrenner hin zu E-Auto zu beschleunigen braucht es mehr finanzielle Förderungen, wie z. B. eine Befreiung von der Mehrwertsteuer [16].
Wasserstoff-Autos
In H2-Autos befindet sich eine Brennstoffzelle, in der Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren. Durch die Reaktion entsteht elektrische Energie, welche den Elektromotor des Autos antreibt und das Auto in Bewegung setzt [17].
Wenn dieser Wasserstoff ausschließlich mit erneuerbarer Energie erzeugt wird (Elektrolyse: Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff), so fährt das Auto nahezu klimaneutral [18,19].
Problematisch ist jedoch der Wirkungsgrad (Energieverlust z. B. durch Energieumwandlungen), welcher bei unter 50 % liegt. Grund dafür sind die vielen Energieumwandlungen, z. B.: Lichtenergie → elektrische Energie → Chemischer Energie (Wasserstoff) → elektrische Energie → kinetische Energie (Bewegung des Autos) [20].
Fazit
Wasserstoff-Autos haben im Vergleich zu E-Autos eine viel höhere Reichweite, dafür sind sie aber auch wesentlich größer (Gastanks, Brennstoffzelle). Aus diesem Grund kann diese Technologie in Zukunft eine wesentliche Rolle im Schwerlastverkehr darstellen.
Quellen
[1] Kawamoto, R. et al. Estimation of CO2 Emissions of Internal Combustion Engine Vehicle and Battery Electric Vehicle Using LCA. Sustainability 11, 2690 (2019).
[2] Kallitsis, E., Korre, A., Kelsall, G., Kupfersberger, M. & Nie, Z. Environmental life cycle assessment of the production in China of lithium-ion batteries with nickel-cobalt-manganese cathodes utilising novel electrode chemistries. Journal of Cleaner Production 254, 120067 (2020).
[3] ITF Transport Outlook 2021. (2021) doi:10.1787/16826a30-en.
[4] Buchert, M., Dolega, P. & Degreif, S. Gigafactories für Lithium-Ionen-Zellen – Rohstoffbedarfe für die globale Elektromobilität bis 2050. (2019).
[5] S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries. (2021).
[6] Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung ISI. Batterien für Elektroautos: Faktencheck und Handlungsbedarf. (2020).
[7] Barandiarán, J. Lithium and development imaginaries in Chile, Argentina and Bolivia. World Development 113, 381–391 (2019).
[8] Wanger, T. C. The Lithium future-resources, recycling, and the environment. Conservation Letters 4, 202–206 (2011).
[9] Gelmanova, Z. S. et al. Electric cars. Advantages and disadvantages. Journal of Physics: Conference Series 1015, 052029 (2018).
[10] Knobloch, F. et al. Net emission reductions from electric cars and heat pumps in 59 world regions over time. Nature Sustainability 3, 437–447 (2020).
[11] Patt, A., Aplyn, D., Weyrich, P. & van Vliet, O. Availability of private charging infrastructure influences readiness to buy electric cars. Transportation Research Part A: Policy and Practice 125, 1–7 (2019).
[12] Gómez Vilchez, J. J., Jochem, P. & Fichtner, W. Interlinking major markets to explore electric car uptake. Energy Policy 144, 111588 (2020).
[13] Hsieh, I.-Y. L., Pan, M. S. & Green, W. H. Transition to electric vehicles in China: Implications for private motorization rate and battery market. Energy Policy 144, 111654 (2020).
[14] Nobis, C. & Kuhnimhof, T. Mobilität in Deutschland – MiD Ergebnisbericht. (2018).
[15] National Household Travel Survey (NHTS). Popular Vehicle Trips Statistics. https://nhts.ornl.gov/vehicle-trips.
[16] Fridstrøm, L. & Østli, V. Direct and cross price elasticities of demand for gasoline, diesel, hybrid and battery electric cars: the case of Norway. European Transport Research Review 13, 3 (2021).
[17] Wasserstoff und Brennstoffzelle. (Springer Berlin Heidelberg, 2014). doi:10.1007/978-3-642-37415-9.
[18] Oliveira, A. M., Beswick, R. R. & Yan, Y. A green hydrogen economy for a renewable energy society. Current Opinion in Chemical Engineering 33, 100701 (2021).
[19] Velazquez Abad, A. & Dodds, P. E. Green hydrogen characterisation initiatives: Definitions, standards, guarantees of origin, and challenges. Energy Policy 138, 111300 (2020).
[20] Züttel, A., Remhof, A., Borgschulte, A. & Friedrichs, O. Hydrogen: the future energy carrier. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 368, 3329–3342 (2010).