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Wie umweltfreundlich ist das E-Auto?
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Wie umweltfreundlich ist das
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Elektroauto? Der Wunsch der Menschen nach Mobilität ist groß und unveränderbar. Viele wollen eine Mobilität, die keinen Schaden anrichtet. Das Elektro-Auto soll diesen Wunsch erfüllen. Jetzt wird es aber zurzeit in der öffentlichen Meinung in Frage gestellt, ja oft regelrecht verdammt. Das führt zu Verunsicherung. Schauen wir da mal genauer hin.
Text: Eckart Drössler, Icons: Freepik & Good Ware
Leider ist auch das Elektroauto kein Veilchenstrauß. Wie ein Auto mit Verbrennungsmotor nimmt es weite Teile der Stahl- und Aluminium- und Buntmetallindustrie in Anspruch, braucht die Glas- und Textil- und Kunststoffindustrie und hat schon mit Tachostand null Kilometer viel hinter sich. Die Herstellung eines Autos mit Verbrennungsmotor braucht so viel Energie, wie das Auto selbst auf seinen ersten 100.000 Kilometern brauchen wird und eine Tonne Auto verursacht, wenn man den Abraum und das tote Gestein des zugehörigen Bergbaus mitbetrachtet, etwa 20 Tonnen Abfall. Das Elektroauto ist da um nichts besser. Im Gegenteil, durch den großen und schweren Akku sind die CO₂-Emissionen der Elektroautoproduktion um etwa 20 bis 30 Prozent höher, obwohl die Herstellung von Verbrennungsmotor und Getriebe entfallen. Wird ein Auto mit niedrigem Kilometerstand in einen Totalschaden verwandelt, ist das mehrfach schade, egal, ob es ein Verbrenner war oder ein E-Auto, weil die Herstellaufwendungen zunichtegemacht wurden, bevor man sie nutzen konnte. Besser wäre es gewesen, für diese Unfallfahrt ein altes, gebrauchtes Fahrzeug einzusetzen. Nachzulesen unter anderem in der Broschüre „Umwelteffekte von Elektromobilität“, die das Land Vorarlberg im September 2017 herausgegeben hat.
Der Wegfall des Verbrennungsmotors und des Getriebes erspart dafür nicht nur alle Öl- und Filterwechsel und etwaige Zündkerzen, sondern auch fast alle thermischen Verluste und beschert eine längere Lebensdauer. Verbrennungsmotoren haben nach über 100 Jahren Entwicklung einen Wirkungsgrad von knapp 40 Prozent auf dem Prüfstand erreicht, im Stadtverkehr mit viel Stop-and-go-Betrieb grad mal die Hälfte, während ein Elektromotor bei seiner Erfindung schon einen Wirkungsgrad von 85 Prozent hatte, heute bei 95 bis 97 Prozent hält und die Energie fast vollständig in Bewegung umsetzt. Erzeugt der Verbrennungsmotor je nach Betriebszustand 60 bis 80 Prozent Abwärme, sind es bei E-Motor 3 bis 5 Prozent. Daran wird sich nicht viel ändern können, das liegt daran, dass beim Entzünden von Kraftstoff Kraft UND Wärme frei wird. Der Anteil der Wärme ist dabei größer. Und mit der Wärme, die ein mobiler Motor freisetzt, kann man bis heute nichts Sinnvolles anfangen, das sind einfach nur Verluste. Wer heute mit seinem Verbrenner an der Tankstelle vorfährt und für eine Tankfüllung vielleicht 60 Euro bezahlt, der soll wissen, dass wenigstens 40 Euro davon nur für ungenutzte Abwärme bezahlt wurden. Wirtschaftlich sinnvoll? Beileibe nicht.
Zieht man dann nach 300.000 Kilometern eine CO2-Bilanz und vergleicht Verbrenner mit E-Auto und wurde das E-Auto mit Ökostrom bezogen, sind die Gesamt-CO2-Emissionen für das E-Auto für Herstellung und Betrieb um rund 85 Prozent geringer, als die des Autos mit Verbrennungsmotor. Der Nachteil aus der Herstellung wird schnell aufgeholt. 300.000 Kilometer sind für E-Autos kein Problem, sondern aufgrund des geringeren Verschleißes Standard, wenn man den Rost im Griff hält.
Ja, für den Akku des E-Autos braucht man Schwermetalle und seltene Erden, die werden unter unmenschlichen Arbeitsbedingungen und mit grober Umweltverschmutzung gewonnen. Das kann man aber nicht der E-Mobilität anlasten. Kaum eine Mine wurde für E-Autos eröffnet, die allermeisten gab es schon vorher, denn viele andere Industriezweige brauchen dieselben Materialien auch, das ist aber aktuell nicht im Ge-
spräch. Da braucht es keine Abkehr von der E-Mobilität, sondern etwas anderes. Sehen wir uns mal die Ziegelindustrie Österreichs im 19. Jahrhundert an. Die Menschen in den Fabriken arbeiteten und lebten unter unmenschlichen Bedingungen, manche Familien hausten in Erdlöchern niedriger als Stehhöhe, ohne Fenster und Türen, waren ständig krank. Niemand kam deswegen auf die Idee, keine Ziegel mehr zu verwenden. Ein Arzt nahm sich dieser Menschen an, als er sie nicht gesund bekommen konnte, begann er sich politisch für sie einzusetzen. Die ersten Gewerkschaften wurden gegründet und in der Folge die Sozialdemokratische Partei in Österreich. Nachzulesen in der Biographie Viktor Adlers, sehr zu empfehlen. Und heute sind Arbeitsplätze in der Ziegelindustrie nicht anders als in anderen Industriezweigen.
Die österreichische Papierindustrie war ein großer Wasserverschmutzer in den 70er Jahren. Uns Kindern und Jugendlichen hat man damals verboten, an der Mur (Fluss durch die Steiermark) zu spielen und darin zu baden, weil es gesundheitsgefährdend war, tote Fischen trieben flussabwärts. Hat man damals aufgerufen, kein Papier mehr zu verwenden? Nein, man hat die Fabrikbesitzer und Geschäftsführer in die Pflicht genommen und heute wird an manchen Standorten mehr Papier produziert denn je, die Mur aber ist zum Baden und Fischen zumindest wieder unbedenklich geeignet, denn neben anderen Innovationen wird das Wasser zur Papiererzeugung heute gereinigt in geschlossenen Kreisläufen geführt. Diese soziale wie ökologisch-technologische Entwicklung steht den Ländern, aus denen die begehrten Rohstoffe kommen, noch bevor. Man könnte die Entwicklung beschleunigen statt die Zustände anzuklagen.
Was geschieht mit dem Akku nach seiner Nutzung im Auto? Ist ein Akku für den Fahrbetrieb nicht mehr geeignet, weil seine Speicherkapazität entsprechend nachgelassen hat, kann er noch weitere rund 10 Jahre als stationärer Stromspeicher genutzt werden. Man nimmt dann mehrere in Paketen zusammen. Bei einem stationären Akku spielt das Gewicht keine Rolle, im Fahrbetrieb ist Kapazität pro Kilo aber eine wichtige Größe. Das ist gut so, stationäre Stromspeicher werden mit zunehmendem Anteil von Photovoltaik- und Windenergiestrom im Netz immer wichtiger. Sind sie auch dort am Ende, werden sie – heute schon – mit einer Materialrückgewinnungsquote von 93 Prozent recycelt. Unter Zuhilfenahme von zunehmend höherem Anteil an Ökostrom. Diese Quote lässt sich noch auf 97 Prozent steigern, wenn einmal die Rücklaufmengen größer geworden sind, denn aufgrund ihrer langen Lebensdauer gibt es erst geringe Lithium-Akku-Rücklaufmengen. BASF investiert gerade in ein weiteres großes Akku-Recycling-Werk in Brandenburg. Nicht nur die Bremsenergie im Fahrbetrieb wird gespeichert und wieder genutzt, auch der Speicher selbst kann wieder genutzt werden. Auch ein E-Motor gibt, wenn er einmal kaputtgegangen ist, durch Neuwicklung und Neulagerung einen neuwertigen Motor. Das Abfall-Kupfer der alten Wicklungen wird eingeschmolzen und gibt frisches Kupfer, das wieder für Motorwicklungen geeignet ist. Eine E-Motoren-Neuwicklung hat somit also auch eine Materialrückgewinnungsquote von über 90 Prozent. Nur die alten Lager und die für die Isolation verwendeten Lacke und andere Isolatoren gehen verloren.
Woher kommt der Strom für die vielen E-Autos? In einer eigenen Berechnung vor etwa zehn Jahren auf Basis der Daten, die mir damals verfügbar waren, habe ich >>
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Würde man beginnen, nach der Wirtschaftlichkeit seines Privatautos zu fragen, würden sie schnell verschwinden, egal ob Benzin, Diesel oder elektrisch betrieben.
einmal errechnet, dass in alten, immer noch ungedämmten Häusern mit Stromdirektheizungen aus den 50er und 60er Jahren in Vorarlberg mehr Strom verbraucht wird, als man für die gesamte E-Mobilität in diesem Land brauchen würde. Dämmt man diese Häuser und stellt sie auf Wärmepumpenheizungen um, bekommt man also mehr Strom frei, als für Mobilität in Zukunft benötigt wird. Diese Rechnung müsste von besser Informierten überprüft werden, ich kann mich auch geirrt haben. Es gibt aber eine noch weitere, bedeutendere Stromquelle: Das US-Umweltbundesamt hat vor etwa zwei Jahren einen Bericht veröffentlicht, in dem bekannt gegeben wurde, dass in einer Raffinerie für die Herstellung von Benzin oder Diesel für 100 Kilometer so viel Strom verbraucht wird, dass ein vergleichbares E-Auto damit schon 150 Kilometer weit fahren könnte. Und das Leibnitz-Institut für Wirtschaftsforschung der Universität München hat im November 2019 eine Studie veröffentlicht, in der nachvollzogen wurde, dass bei der Herstellung von 6 Liter Diesel oder Benzin neben dem Rohöl auch 42 kWh Strom verbraucht werden. Ein 6-Liter-Auto könnte damit 100 Kilometer weit fahren, mit den nebenbei verbrauchten 42 kWh Strom fährt ein Hyundai Kona aber unter Normbedingungen schon 320 Kilometer weit. Das bedeutet, dass der erforderliche Strom für E-Fahrzeuge schon alleine durch den Verzicht auf Diesel- und Benzinproduktion gedeckt werden könnte. Weitere Ergebnisse anderer Forschungsinstitute sind natürlich noch abzuwarten.
Das Problem liegt in der Verteilung dieses Stromes, hier gibt es einen „Flaschenhals“. In den vergangenen Jahrzehnten reichte es, wenn eine Wohnanlage eine Zuleitung mit wenigstens 3 kW pro Wohneinheit hatte, aufgerundet um gewisse Reserven. Ein E-Herd, als leistungsstärkster Strombezieher in der Wohnung, braucht zwar 6 kW wenn alle Platten eingeschaltet sind, in einer Wohnanlage sind aber nie alle Kochplatten gleichzeitig eingeschaltet. Lange Zeit gab es mit dieser Dimensionierung keine Probleme, denn die Geräte wurden im Laufe der Zeit immer effizienter, wenn auch mehr. Wenn aber nun pro Wohnung eine E-Ladestation dazu käme mit einer Anschlussleistung von wenigstens 7 kW, damit die Ladezeiten vertretbar kurz wären, die möglicherweise alle noch zur gleichen Zeit, nämlich abends, beim Heimkommen, liefern sollten, beschreibt das schon das Problem, das sich auftut. Je mehr Ladestationen in Zukunft benötigt werden, umso teurer wird der Ausbau des Stromnetzes werden. Auch hier gilt: weniger ist mehr.
Wie sieht dann die Mobilität der Zukunft aus? Das E-Auto für jedermann wird es nicht geben können, das wissen wir bereits. Allein der Energieaufwand und CO2-Ausstoß für die Herstellung solcher Massen lassen uns Menschen als Gesamtheit nicht auf ein nachhaltiges Niveau kommen. Es wird weniger Stückzahlen brauchen, auch hier und trotz aller Verbesserungen, die das E-Auto mit sich bringt. Die vielen Privat-PKW, die zurzeit in Verwendung sind, sind auch wirtschaftlich zu hinterfragen. Überträgt man die Nutzung eines Privat-PKWs auf das Verhalten einer Spedition, dann müsste der Spediteur alle seine LKWs pro Tag nur eine Stunde fahren lassen, beladen mit 20 Prozent der möglichen Nutzlast. Es wäre ein betriebswirtschaftliches Desaster. Diese Erkenntnis lässt sich zurückübertragen, auf die Verwendung der Privat-PKWs. Die allermeisten Privatautos sind ein betriebswirtschaftliches Desaster. Das fällt nur nicht auf, weil die Menschen sich das leisten können und leisten wollen, ihr Auto oft lieben wie ein Haustier oder Familienmitglied, manche sind getauft und haben Namen. Würde man beginnen, nach der Wirtschaftlichkeit seines Privatautos zu fragen, so, wie man jede Solaranlage nach ihrer Wirtschaftlichkeit hinterfragt, würden die Privatautos schnell verschwinden. Diese Erkenntnis muss sich noch verbreiten, dann erst wird eine Mobilitätswende möglich.
Weniger Individualfahrzeuge bedeutet auch eine Entlastung der Kommunen und Verbesserung der Möglichkeiten für öffentliche Verkehrssysteme. In den Städten braucht es weniger teure Hoch- und Tiefgaragen und Flächen, die jetzt durch Autos verstellt sind, könnten wirtschaftlich ertragreicher und für Menschen attraktiver genutzt werden. Straßen- und Autobahnbau hätten ein Ende. Der Erhalt der bestehenden Straßen ist teuer genug. Und eine Zunahme der Fahrgäste in den öffentlichen Verkehrs-
systemen bedeutet, dass diese rascher und besser ausgebaut werden können und damit attraktiver würden, was auch noch dringend erforderlich ist.
Die Zukunft der Mobilität sieht also anders aus.
An erster Stelle stehen ein gutes Paar Schuhe und das Fahrrad. Wobei das Fahrrad noch das effizientere Verkehrsmittel ist. Mit der Nahrung, die wir für eine Strecke Fußmarsch brauchen, kommen wir mit dem Fahrrad schon rund vier bis fünf Mal so weit, wir sind auch vier bis fünf Mal so schnell. Die Herstellenergie des Fahrrades ist dabei nicht eingerechnet.
An zweiter Stelle stehen Bus und Bahn. Die CO2-Emissionen für einen Personenkilometer mit Bus oder Bahn liegen bei etwa 10 Prozent der Emissionen aus der Verbrennungs-PKW-Nutzung. Das E-Auto rangiert auch in dieser Kategorie.
Für alle Mobilitätsansprüche, die mit öffentlichen Verkehrsmitteln nicht abgedeckt werden können, steht dann das E-Auto zur Verfügung, allerdings aufgrund des Herstellaufwandes nicht im Alleinbesitz (ausgenommen Firmenfahrzeuge), sondern im Carsharing. Das ist auch betriebswirtschaftlich sinnvoller, siehe oben. Das Carsharing wird sich bei zunehmender Kundschaft weiterentwickeln können und attraktiver werden. Sinnvollerweise sollte man dann bei ausreichendem Angebot das für die jeweilige Fahrt kleinstmögliche Fahrzeug wählen. „Small“ soll zum neuen Status-Symbol werden. Es symbolisiert dann nicht mehr die finanzielle, sondern geistige Entwicklung eines Menschen. Oder ein schönes Fahrrad, meinetwegen, wenn es schon Statussymbole braucht.
Für den Fernverkehr gibt es die elektrische Eisenbahn bzw. auf nicht elektrifizierten Strecken in absehbarer Zeit den Wasserstoffzug mit Brennstoffzelle – Zwischenakku – Elektromotor. Nach zwei erfolgreichen Testjahren erst in China, dann in Deutschland, hat das Bundesland Niedersachsen bereits 19 solcher Züge bestellt, sie sind in Produktion. Das ist sinnvoller und günstiger, als alle noch nicht elektrifizierten Strecken zu verdrahten. Und dann wird es sicher noch Privat-E-Autos geben müssen, in Gebieten etwa, die so dünn besiedelt sind, dass sich ein öffentlicher Personennahverkehr nie wirklich akzeptabel entwickeln kann.
Fliegen? Auch hier gilt: weniger ist mehr und solange man nicht mit elektrischen oder wasserstoffbetriebenen Flugzeugen fliegen kann, ist die Videokonferenz zu bevorzugen und das Fliegen zu minimieren.
Der Wechsel zur E-Mobilität und die Ankündigung, dass es weniger Autos geben soll, ist natürlich eine Horrorvision für alle Manager und Mitarbeiter in der Automobilindustrie und der Zulieferindustrie. Allein der Wegfall durch die Motoren- und Getriebe-Entwicklung und -produktion droht mit zehntausenden verlorenen Arbeitsplätzen, wenn es nicht hunderttausende sind. Was dort nicht angekommen ist, ist die Botschaft, dass es nicht nur um die Umstellung auf weniger Autos und E-Autos geht, sondern um sehr viel mehr. Es geht um die komplette Umstellung unserer Infrastruktur, mit allem. Es werden auch Aufgabengebiete wachsen. Da winkt Arbeit genug, sie muss nur getan werden. Umlernen wird eine große Herausforderung werden, für uns alle. Auf jeden Fall ist es verständlich, wenn immer wieder die wenigen Nachteile und unschönen Flecken der E-Mobilität hochgespielt werden, es stecken genügend Ängste dahinter und es gibt viele, die sich noch in die Pension retten wollen, bevor die Umkehr aus der „Sackgasse Verbrennungstechnologie“ und „Sackgasse Individualfahrzeug“ im großen Stil beginnt.
Ich selbst habe für meine Dissertation noch in der Werkstoffentwicklung für den Flugzeug- und Kraftwerks-Gasturbinenbau gearbeitet und musste dabei erkennen, dass die gewünschten und erforderlichen Wirkungsgradverbesserungen niemals erreichbar sein werden, weil jede Verbrennung die Energie des Treibstoffs hauptsächlich in Wärme umwandelt, die im Fahr- und Flugbetrieb nicht genutzt werden kann. Ich habe daraufhin damals schon, vor inzwischen 32 Jahren, diese Sackgasse verlassen und stehe heute längst woanders. Ich weiß, wovon ich rede. Und das steht anderen nun auch bevor. Nur Mut. Es wird alle Köpfe und Hände brauchen.
Eckart Drössler ist Bereichsleiter für „Bürgerservice & Information“ im Energieinstitut Vorarlberg und externer Lehrbeauftragter der FH Vorarlberg.
