CO2 pro km: Wie klimafreundlich sind Elektroautos?

Elektroautos sollen gut fürs Klima sein. Aber sind sie in Deutschland wirklich klimafreundlicher als die Alternativen?

Elektroautos werden subventioniert, Diesel und Benziner werden verboten.

Wie sinnvoll ist ein solches Vorgehen als Klimaschutzmaßnahme?

Überraschenderweise sind Elektroautos in Deutschland nicht klimafreundlich.

Ganz im Gegenteil, ein zu früher Umstieg auf E-Autos verursacht mehr CO2-Emissionen.

Was ist dran am Hype um E-Autos?

Wie viel CO2 stoßen Diesel, Benziner & E-Autos aus?

CO2-Emissionen von Verbrennern und Elektroautos im Vergleich:1

  • 42 tCO2 E-Auto Marginalstrom
  • 36 tCO2 Benziner
  • 29 tCO2 Diesel
  • 26 tCO2 E-Auto Strommix

Lebenszyklus-Werte mit Vorketten bei 150.000 km Fahrleistung

Diese Zahlen sind die Mittelwerte einer Meta-Studie über 85 Einzelstudien aus den letzten 15 Jahren. Die Abweichungen zwischen den Studien sind nach Ausschluss des 1. und 4. Quartils klein.

Entscheidend ist aber die angesetzte CO2-Intensität des Ladestroms. In Frankreich (viel Kernkraft) oder Norwegen (viel Wasserkraft) schneiden die E-Autos viel besser ab als in Deutschland (viel Kohle).

Überraschenderweise sind in Deutschland Elektroautos nicht klimafreundlicher als Diesel oder Benziner. E-Autos stoßen sogar mehr CO2 aus, wenn man den realistischen Marginalstrom-Ansatz nimmt.

Ladestrom CO2-Intensität: Marginalstrom vs Strommix

Beim Ladestrom lässt sich die Klimabilanz von E-Autos schön oder schlecht rechnen:

  • ~1200 gCO2/kWh CO2-Intensität von deutscher Braunkohle: E-Auto-Gegner rechnen unaufrichtig so als ob E-Autos mit Braunkohle geladen werden.
  • ~ 450 gCO2/kWh CO2-Intensität vom deutschen Jahresmittel: E-Auto-Fans rechnen ebenso verlogen beim Ladestrom mit dem deutschen Strommix.
  • ~ 900 gCO2/kWh CO2-Intensität vom deutschen Marginalstrom: Die Wahrheit liegt dazwischen.

Wenn ein zusätzlicher Verbraucher ans Netz kommt, ist es falsch mit dem Strommix zu rechnen. Wind und Solar laufen schon auf Höchstleistung. Kohlekraftwerke und Gaskraftwerke regeln hoch, um den zusätzlichen Verbrauch zu decken.

Stell dir vor, Anne hat 2 PKW in der Garage stehen: einer mit Elektromotor, einer mit Dieselmotor. Wenn sie heute mit dem Diesel fährt, dann fällt heute Nacht der Ladevorgang aus und ein Kohlekraftwerk oder Gaskraftwerk kann die Leistung drosseln.

Das gilt sogar dann, wenn Anne eine eigene Solaranlage hat. Es ist klimafreundlicher, wenn sie damit fossilen Strom aus dem Stromnetz verdrängt, statt damit ein Elektroauto zu laden.

Es zählen also die CO2-Emissionen von Kohle und Gas, nicht die von Wind und Solar. Es ist aber ebenso falsch, nur den dreckigen Braunkohlestrom anzusetzen. Der Ladestrom stammt heute aus einem Mix von Braunkohle, Steinkohle und Erdgas – eine Berechnung findet sich am Ende des Artikels.

Der Marginalstromansatz ist alternativlos, wenn man ihn erst einmal verstanden hat. Wenn er dir noch nicht einleuchtet, versuch dich an diesen Erklärungsversuchen des Marginalstroms.

Wie stark sinken die CO2-Emissionen von E-Autos bis 2025, 2035 & 2045?

Wenn der Ladestrom klimafreundlicher wird, sinken automatisch auch die CO2-Emissionen von E-Autos. Was bedeutet das für die Klimawirkung von E-Autos in den Jahren 2025, 2035 und 2045?

  • 2025 – 900 gCO2/kWh: am Anteil von Kohlekraftwerken im Marginalstrom wird sich wenig geändert haben, selbst mit einem Rekordausbau von Erneuerbaren. Falls Erdgas wieder günstig wird oder die Preise im Emissionshandel weiter steigen, könnte sich die CO2-Intensität des Ladestroms etwas verbessern.
  • 2035 – 600 gCO2/kWh: alle Kohlekraftwerke sollen durch neu gebaute Erdgaskraftwerke ersetzt sein. Der Marginalstrom wird dann von Erdgas mit rund 600 gCO2 pro kWh dominiert. Immer häufiger decken Wind und Solar 100% des Bedarfs und senken die Intensität weiter. Elektromotoren ziehen deshalb bis 2035 mit Dieselmotoren gleich.
  • 2045 – 40 gCO2/kWh: alle Erdgaskraftwerke sollen durch neue Wasserstoffkraftwerke ersetzt sein. Fossile Kraftwerke spielen keine Rolle mehr. Der komplette Marginalstrom soll dann aus Wind, Solar und klimafreundlichen Gaskraftwerken stammen. Die E-Autos haben nun erstmals einen nennenswerten Klimavorteil.

Perspektivisch können die CO2-Emissionen der E-Autos sogar auf 0 fallen. Dazu müssten Rohstoffgewinnung, Fertigung sowie Plastik-, Aluminium- und Stahlerzeugung 100% klimaneutral werden. Ebenso müsste die Herstellung von Solar- und Windanlagen klimaneutral werden.

Es ist aber äußerst unwahrscheinlich, dass wir bis 2045 die komplette Fertigung von Autos, Stromerzeugern und Vorketten nach Deutschland holen. Im Gegenteil, wir werden wegen hoher Energiekosten viel Industrie ins Ausland auslagern, mit entsprechend hohen CO2-Emissionen. (Carbon-Leakage)

Wie viel klimafreundlicher ist der öffentliche Nahverkehr?

Es werden in der Debatte immer nur E-Autos mit Verbrennern verglichen. Der Elefant im Raum ist allerdings der öffentliche Nahverkehr, egal ob Tram, S-Bahn und U-Bahn oder Linienbusse.

Der ungeliebte ÖPNV ist klimafreundlicher als Diesel, Benziner und E-Autos:2

  • 215 gCO2: E-Auto
  • 186 gCO2: Benziner
  • 151 gCO2: Diesel
  • 89 gCO2: Linienbus
  • 78 gCO2: Metro / Tram
  • 9 gCO2: Fahrrad

alle Werte pro Personenkilometer, PKW-Auslastung 1,3 Mitfahrer, E-Auto mit Marginalstrom

Die PKW-Zahlen verschlechtern sich, wenn man die Parkplatzsuche berücksichtigt. Dazu kommen noch weitere Umweltschäden durch Autos, insbesondere Flächenverbrauch, Feinstaub und der viel höhere Ressourcenverbrauch.

Das Fahrrad ist ungeschlagen auf Platz eins der Verkehrsmittel, Laufen ist noch besser.

Wie viel klimafreundlicher sind Bahn und Fernbus?

Im Fernverkehr sind die Unterschiede noch größer. PKW verlieren bei der Klimabilanz deutlich gegen Bahn und Bus – egal ob E-Auto, Diesel oder Benziner.

Nur das Flugzeug ist noch klimaschädlicher als der PKW:3

  • 218 gCO2: Inlandsflug
  • 198 gCO2: Fernflug
  • 165 gCO2: E-Auto
  • 142 gCO2: Benziner
  • 115 gCO2: Diesel
  • 75 gCO2: Regionalzug
  • 46 gCO2: Fernzug
  • 32 gCO2: Fernbus

alle Werte pro Personenkilometer, PKW-Auslastung 1,7 Mitfahrer, E-Auto mit Marginalstrom

Diese Zahlen gelten ausschließlich für bestehende Infrastruktur, die nur erhalten werden muss. Wenn man erst Schienen, Straßen, Tunnels, Bahnhöfe usw. neu bauen muss, wird schienen- und straßengebundenen Verkehr deutlich klimaschädlicher.4

Beim Flugzeug muss man noch die Streckenersparnis durch die Luftlinie beachten. Dadurch verbessern sich die Werte um rund 30%. In Ländern, in denen die Schienen- und Straßeninfrastruktur erst gebaut werden müsste, ist das Flugzeug überraschenderweise eine gleichwertige Alternative.

Fazit: Sind E-Autos sinnvoll für den Klimaschutz?

Anhand der Zahlen steht klar und deutlich fest: E-Autos sind in Deutschland eine miserable Klimaschutz-Maßnahme. Ich kann gar keine CO2-Vermeidungskosten berechnen, weil bis 2045 kein CO2 vermieden wird.

E-Autos verursachen bis zum Kohleausstieg sogar zusätzliche CO2-Emissionen! Selbst nach dem Kohleausstieg sind sie fürs Klima nicht besser als ein Diesel. Die Emissionen werden dann lediglich vom Verkehrssektor in den Stromsektor verlagert.

Durch den zusätzlichen Strombedarf erschweren Elektroautos außerdem die Energiewende in den Sektoren Strom und Wärme. Und es ist ja nicht so, als ob die Energiewende sonst super läuft.

Elektroautos machen frühestens dann Sinn, wenn die konventionellen Kraftwerke abgeschaltet sind. Und selbst dann ist der öffentliche Nah- und Fernverkehr immer noch die bessere Alternative.

Der Hype um Elektroautos ist das Gegenteil von Klimaschutz und lenkt von wirksamen Klimaschutz-Maßnahmen, wie einem CO2-Preis ab.

Exkurs #1: Wie hoch ist die CO2-Intensität des Ladestroms?

Mit welchem Marginal-Stromix werden Elektroautos in Deutschland geladen? Es gibt leider kaum Berechnungen dazu. Laut Stresstest der Bundesnetzagentur, wird der Wegfall der letzten 3 AKW in Deutschland ersetzt durch:56

  • Erdgas 0,9 TWh (594 gCO2/kWh)
  • Steinkohle 0,7 TWh (1125 gCO2/kWh)
  • Braunkohle 0,5 TWh (1125 gCO2/kWh)
  • Erdöl 0,3 TWh (1125 gCO2/kWh)
  • Sonstige 0,2 TWh (700 gCO2/kWh)

Auf die Mengen umgerechnet ist das eine CO2-Intensität von 909 gCO2 pro kWh für Deutschland. Das ist gut doppelt so hoch, wie der durchschnittliche CO2-Intensitätsfaktor im gesamten Stromsektor. Das macht schon einen Unterschied.

Das gilt so lange wir zu fast jedem Zeitpunkt im Jahr Kohlekraftwerke am Netz haben. Nach dem Kohleausstieg wird der Marginalstrom von Gaskraftwerken dominiert werden mit rund 600 gCO2 pro kWh.

Natürlich ist die Substitution der AKW nicht 1:1 übertragbar auf den Ladestrom der E-Autos. Sowohl zeitlich (v.a. Nachts) als auch räumlich (v.a. in urbanen Zentren und an Fernstraßen) hat der Ladestrom besondere Eigenschaften. Es geht hier um Größenordnungen, nicht um die Kommastelle.

Eine weitere Methode den Marginalstrom in Deutschland zu berechnen, ist die Betrachtung des Verbrauchsrückgangs während des Corona-Jahrs 2020. Das Ergebnis ist ähnlich wie beim Stresstest der Bundesnetzagentur.

Exkurs #2: Elektro-Autos sind NICHT signifikant effizienter als Diesel-Autos

Elektroautos sind effizienter als Verbrenner, wenn man erst E-Diesel aus Strom erzeugen muss. In der Diskussion wird aber gerne E-Diesel mit fossilem Diesel verwechselt. Auch Harald Lesch ist sich nicht zu schade für diese Falschaussage.

Ja, Elektromotoren sind für sich genommen effizienter als Dieselmotoren. Man darf aber nicht nur den Motor betrachten, sondern muss schauen, wo die Energie herkommt. Der gesamte Systemwirkungsgrad mit Vorkette ist entscheidend.

Der Strom für den Elektromotor muss erst erzeugt werden und das ist verlustreich. Oft wird so getan, als ob die Stromerzeugung verlustfrei wäre, indem die thermische Energie der Dieselverbrennung mit elektrischer Energie gleichgesetzt wird.

Aus 2,5 Einheiten thermischer Energie kann man aber im Schnitt nur etwa eine Einheit elektrische Energie erzeugen – und umgekehrt.7 Um elektrische Energie mit thermischer Energie vergleichen zu können verwendet man einen Primärenergiefaktor, mit aktueller Technologie im Schnitt 2,5.

Es ist dabei völlig egal, wie die Energie jeweils erzeugt wurde:

  • Eine Kilowattstunde Strom ist physikalisch nicht zu unterscheiden, egal ob sie aus einem Kohlekraftwerk oder einer Photovoltaikanlage stammt.
  • Eine Kilowattstunde Wärme ist physikalisch nicht zu unterscheiden, egal ob sie aus der Verbrennung von Kohle stammt oder per Wärmepumpe aus einer Photovoltaikanlage.

Wir müssen schon Gleiches mit Gleichem vergleichen. Beim gleichen Ausgangspunkt und Berücksichtigung der Vorkette zur Stromerzeugung, sind die Wirkungsgrade von Elektroautos und Dieselautos vergleichbar bei gut 20%.89

Exkurs #3: Es braucht zur Herstellung von Diesel KEINEN Strom

Ein weiteres Argument, warum der Wirkungsgrad von Dieselautos schlecht sei, ist dieses:

Bei der Raffinierung von Diesel und Benzin soll sehr viel Strom verbraucht werden. Ein Elektroauto könne mit diesem Strom so weit fahren, wie ein Dieselauto mit dem Diesel.

Das ist nachweisbar falsch. Eine Erdölraffinerie nutzt fast keinen Strom:

  • 0,03 kWh Strom pro Liter Diesel/Benzin werden verbraucht10
  • ~1,5 kWh Strom pro Liter Diesel/Benzin müssten verbraucht werden11

Das sind 2 Größenordnungen Unterschied! Ein Elektroauto würde tatsächlich nach 3 Kilometern liegenbleiben, während das Dieselauto für 100 Kilometer tankt.

Es liegt offenbar eine Verwechslung zwischen der Prozessenergie für die Raffinierung und elektrischem Strom vor. Bei der Raffinierung von Diesel und Benzin gehen rund 15% der Energie verloren. Diese sogenannte graue Energie wird aber bei Klimabilanzen und natürlich beim Preis voll berücksichtigt.

Die Falschaussage mit dem Stromverbrauch von Raffinerien wurde anscheinend von Elon Musk populär gemacht und ist einfach nicht mehr aus der Welt zu bekommen.

Updates:

  • 02.04.2023: Erstmals veröffentlicht.
  • 14.05.2023: Exkurse zu Effizienz von E-Autos und Stromverbrauch von Raffinerien hinzu

Quellen

  1. Cradle-to-Grave-Lebenszyklusanalyse im Mobilitätssektor Bothe & Steinfort (2020) – Marginalstrom (900 gCO2/kWh): Verdopplung Nutzungs-Emissionen des verwendeten Strommixes (437 gCO2/kWh)
  2. Ökologische Bewertung von Verkehrsarten – Abschlussbericht Umweltbundesamt (2020)
  3. Ökologische Bewertung von Verkehrsarten – Abschlussbericht Umweltbundesamt (2020)
  4. Ganzheitliche ökologische Bilanzierung von Verkehrssystemen Friedrich Naumann Stiftung (2021)
  5. Abschlussbericht Sonderanalysen Winter 2022/2023 Bundesnetzagentur (2022) S.38
  6. Local Emission factors Electricitymap (2023)
  7. Methodology BP (2022)
  8. Electrofuels? Yes, we can … if we’re efficient Transport & Environment (2020)
  9. Where the Energy Goes U.S. Department of Energy (2017)
  10. Prozessdetails: RaffinerieBenzin-generisch Umweltbundesamt (2013)
  11. Auch Verbrenner fahren mit Strom! Sonnenseite (2018)

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