Gelbe Blume steckt in einer Tank├Âffnung eines Autos

Die Diskussion um die Nachhaltigkeit von Elektroautos reicht von Weltenretter bis Weltenzerst├Ârer ÔÇô also viel Raum f├╝r Fakten. (Bild: J├╝rgen F├Ąlchle ÔÇô Adobe Stock)

In der Diskussion um die Nachhaltigkeit von Elektroautos wird oft betont, dass es verschiedene Sichtweisen gibt ÔÇô zwischen denen dann die tats├Ąchlichen Fakten liegen. Diese vielschichtige Wahrheitssuche ist typisch f├╝r viele gesellschaftliche Debatten. W├Ąhrend f├╝hrende Experten darauf dr├Ąngen, den Verbrennungsmotor so schnell wie m├Âglich abzuschaffen, um die Klimaziele zu erreichen, argumentieren Kritiker, dass Elektroautos in der Produktion nicht unbedingt nachhaltiger sind als Verbrenner.

Christian Debes ist Abteilungsleiter E-Mobility & Energy Storage Systems beim Batteriehersteller BMZ in Karlstein. In seinem Kommentar zeichnet er seine Sicht auf die Dinge und geht der Frage nach, unter welchen Bedingungen Elektroautos tats├Ąchlich nachhaltiger als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor sind.

Was bestimmt die Nachhaltigkeit von Elektroautos im Vergleich zu Verbrennungsmotoren?

Der Vergleich von E-Autos und Autos mit Verbrennungsmotoren in Punkto Nachhaltigkeit bedarf einer zweistufigen Betrachtung. In der ersten Stufe geht es um die Produktion des Fahrzeugs samt Antriebseinheit. Erst in der zweiten Stufe geht es um den Betrieb des Fahrzeugs.

Im Falle des Verbrennungsmotors werden Energie und Rohstoffe genutzt, um ein Fahrzeug auf die Stra├če zu bringen. Von da an werden zum Betrieb des Fahrzeugs (f├╝r bspw. 250.000 km Laufzeit) Brennstoffe genutzt, die ├╝berwiegend als endlicher Rohstoff zu einem nutzbaren Produkt verarbeitet und raffiniert werden (ein Prozess bei dem Emissionen entstehen) und ├╝ber eine etablierte Lieferkette (die mit weiteren Emissionen einhergeht) den Weg in den Tank des einzelnen Fahrzeugs finden. Dort werden sie verbrannt, um das Fahrzeug in Bewegung zu versetzen. Damit sind diese endlichen Ressourcen zum einen unwiderruflich verbraucht, zum anderen entstehen erneut umweltsch├Ądliche Emissionen und nat├╝rlich eine gewisse L├Ąrmbel├Ąstigung.

Schwerpunktthema: E-Mobility

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(Bild: Adobe Stock, H├╝thig)

In diesem Themenschwerpunkt ÔÇ×E-MobilityÔÇť dreht sich alles um die Technologien in Elektrofahrzeugen, Hybriden und Lades├Ąulen: Von Halbleitern ├╝ber Leistungselektronik bis E-Achse, von Batterie ├╝ber Sicherheit bis Materialien und Leichtbau sowie Test und Infrastruktur. Hier erfahren Sie mehr.

Wie funktioniert der Betrieb von Elektroautos und ihre Auswirkungen auf den Strommix?

Wenn wir dies ausschlie├člich analog auf die Elektromobilit├Ąt ├╝bertragen, werden ebenfalls Energie und Rohstoffe genutzt, um ein Fahrzeug auf die Stra├če zu bringen, dies jedoch in h├Âherem Ma├če, da die Produktion von Li-Ionen-Batteriezellen, hinl├Ąnglich bekannt und belegt, viel Energie und besondere Rohstoffe ben├Âtigt. Sobald das elektrisch betriebene Fahrzeug auf der Stra├če unterwegs ist, wird f├╝r den ger├Ąuschlosen und emissionsfreien Antrieb (f├╝r z.B. 250.000 km Laufzeit) elektrischer Strom aus der Steckdose/Lades├Ąule genutzt. Es entstehen also keine weiteren Emissionen etwa f├╝r Treibstoffverarbeitung oder Treibstofftransport wie beim Verbrennungsmotor. Dieser Strom stammt aus dem real verf├╝gbaren Strommix. Hier bewegt sich in Sachen Umschwung auf erneuerbare Energien gerade sehr viel. 2021 hatten wir noch lediglich einen ca. 40%igen Anteil erneuerbarer Energien am Strommix. Inzwischen gibt es mehr E-Autos und W├Ąrmepumpen und damit einhergehend, ist der Strombedarf gestiegen. 2023 war ein Rekordjahr hinsichtlich des Anteils von erneuerbaren Energien. 2023 wurden durchschnittlich ca. 60% des Strombedarfs aus erneuerbaren Energien gedeckt. Anhand im Bild herausgegriffenen Beispiels vom Anfang April 2024 kann man ableiten, dass diese positive Tendenz hinsichtlich des Anteils erneuerbarer Energien am deutschen Strommix anh├Ąlt. An diesem Sch├Ânwettertag im Fr├╝hling konnten wir ├╝ber 75 % des Strombedarfs aus erneuerbaren Energien decken.

Wie kann die Nachhaltigkeit von E-Autos durch zus├Ątzliche Systeme verbessert werden?

Dennoch gelang es in der Vergangenheit immer wieder mit simplifizierter Betrachtung, vereinzelt zu belegen, dass sich die Nachhaltigkeit der beiden Antriebsvarianten nicht signifikant unterscheidet. Es kommt auf die zugrundeliegenden Annahmen und Rahmenbedingungen (bspw. schlechte Quote des Anteils an erneuerbaren Energien im Strommix) an. Aber schon hier zeichnet sich als Zwischenfazit ab, dass die Elektromobilit├Ąt hinsichtlich der Klimafreundlichkeit einen Vorsprung gegen├╝ber der traditionellen Mobilit├Ąt via Verbrennungsmotor hat. Dieser steigt stetig, je h├Âher die km Laufzeit ist, vor allem, da der Anteil der gr├╝nen Energie am Strommix steigt.

Welche weiteren Vorteile bietet die Elektromobilit├Ąt f├╝r eine nachhaltige Zukunft?

Das ist aber noch nicht alles. Man sollte die Elektromobilit├Ąt als Baustein eines ├╝bergeordneten Systems von Erzeugern und Verbrauchern elektrischer Energie betrachten. Insbesondere vor dem Hintergrund allt├Ąglicher, individueller Anwendungsf├Ąlle, kann die Nachhaltigkeit noch deutlich erh├Âht werden. Folgende Faktoren sind bei der Beurteilung ins Kalk├╝l zu ziehen:

Bei einer angenommenen ├╝blichen Kilometerlaufleistung eines Fahrzeugs von 250.000 km sind zwar die entscheidenden Komponenten des Fahrwerks und des Antriebs mechanisch verschlissen, somit am wirtschaftlichen Lebensende, nicht jedoch die Batterie. Die hat bei ca. 400 km Reichweite erst gut 600 von ihren bspw. m├Âglichen 2.000 Lade- und Entladezyklen absolviert und somit zu diesem Zeitpunkt erst ein Drittel ihres Nachhaltigkeitspotentials ausgesch├Âpft. Diese Batterie kann nun z.B. in einem Second Life-Szenario ohne Einschr├Ąnkungen weitere 600 Ladezyklen als Heimspeicher durchlaufen. Kombiniert z.B. mit einer Photovoltaikanlage und einem Energiemanagementsystem inkl. bidirektionaler Wallbox, leistet diese Batterie so einen weiteren Beitrag zur Nachhaltigkeit.

Die Erzeugung elektrischer Energie ist nicht zwangsl├Ąufig kostenintensiv, sondern lediglich die Bereitstellung elektrischer Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort. Es muss zu jeder Zeit nicht nur gew├Ąhrleistet sein, dass die punktuell ben├Âtigte elektrische Energie zur Verf├╝gung steht, sondern auch, dass die ÔÇ×erzeugteÔÇť elektrische Energie auch ÔÇ×verbrauchtÔÇť werden kann. Legen wir ein Szenario zugrunde, in dem die von der Photovoltaikanlage tags├╝ber in den Second Life-Heimspeicher geladene Energie in sinnvollen, regelm├Ą├čigen Zeitslots f├╝r das Laden des Elektrofahrzeugs an der Wallbox genutzt wird. Dies w├Ąre bspw. abends der Fall, wenn im h├Ąuslichen Umfeld viel elektrische Energie verbraucht wird und das Fahrzeug tags├╝ber unterwegs war und die Traktionsbatterie ebenfalls teilentladen wurde. Somit steigt bei Vorhandensein einer Photovoltaikanlage mit Heimspeicher die Nachhaltigkeit der individuellen Elektromobilit├Ąt und l├Ąsst die Mobilit├Ąt mit Verbrennungsmotor in Punkto Nachhaltigkeit bei Weitem hinter sich. Zudem steigen Nachhaltigkeit und Autarkiegrad vom ├Âffentlichen Stromnetz des gesamten Haushalts.

Battery Experts Forum 2024

Das Battery Experts Forum, eine bedeutende Batterie-Konferenz in Europa, findet vom 5. bis 7. November 2024 im Darmstadtium in Darmstadt statt. Diese Veranstaltung dient als Plattform f├╝r den Austausch ├╝ber Entwicklungen in der Batterietechnologie und zieht j├Ąhrlich Experten weltweit an. Das Forum bietet M├Âglichkeiten zur Pr├Ąsentation von Forschungs- und Entwicklungsprojekten in den Bereichen Produktion, Anwendung und Recycling von Batterien. Interessierte Referenten k├Ânnen ihre Vorschl├Ąge ├╝ber den Call for Papers einreichen. Zudem gibt es eine Fachausstellung, bei der Unternehmen ihre Produkte und Dienstleistungen pr├Ąsentieren k├Ânnen.

Damit sind jedoch erst zwei Drittel des Nachhaltigkeitspotentials der Elektromobilit├Ąt erreicht. Um das Optimum zu erreichen, k├Ânnen weitere Einsatzszenarien forciert werden. Der gr├Â├čtm├Âgliche Benefit in Sachen Nachhaltigkeit w├Ąre hierbei der Einsatz bidirektionaler Wallboxen und E-Fahrzeuge, die ÔÇ×station├ĄresÔÇť Entladen erm├Âglichen, um in Phasen hoher Energieverbr├Ąuche im Stromnetz weitere Energiequellen aktivieren zu k├Ânnen. Im Grunde eine ÔÇ×First Life ÔÇô Second UseÔÇť Anwendung. Diese Option h├Ątte sogar im gewerblichen Umfeld hohes Potential, da dort neben dem Energieverbrauch h├Ąufig auch die Netzanschlussleistung als entscheidender Kostenfaktor zu betrachten ist und durch bidirektionale Anbindung niedriger angesetzt werden kann ÔÇô Stichwort Peak Shaving. Aktuell ist dies bspw. ├╝ber Industriespeicher wie etwa unseren Power Bloxx Container abbildbar, in den sowohl neue als auch Second Life Module aus der Elektromobilit├Ąt eingebaut werden k├Ânnen.

Steht also die Forderung im Raum, bei der Bewertung der Nachhaltigkeit von Elektromobilit├Ąt den CO2-Footprint der zugeh├Ârigen Batterieproduktion ins Kalk├╝l zu ziehen, damit der Vergleich mit traditioneller Mobilit├Ąt basierend auf Verbrennungsmotoren fair ausf├Ąllt, m├╝ssen wir auch die vorgenannten Faktoren ber├╝cksichtigen. Kurz zusammengefasst, d├╝rfen wir also nur ein Drittel des CO2-Footprints der Batterieproduktion in die Rechnung einbeziehen, um der Option der Second-Life Nutzung und der Nutzung des Elektrofahrzeuges als zus├Ątzliche Energiequelle, Rechnung zu tragen.

Last but not least m├╝ssen in die Betrachtung Recyclingverfahren nach neuesten Standards zur teilweisen R├╝ckgewinnung notwendiger Ressourcen einbezogen werden. Sch├Ątzungen sprechen hier von der M├Âglichkeit bis zu 95% der in Batteriezellen enthaltenen Materialen wie Lithium, Cobalt und Nickel zur├╝ckgewinnen zu k├Ânnen. Somit d├╝rfen die f├╝r die Batterieproduktion aufgewendeten Rohstoffe nicht als komplett verbraucht in die Berechnung einflie├čen. Damit darf auch nicht der gesamte CO2-Footprint ihrer Gewinnung der E-Mobilit├Ąt zu Lasten gerechnet werden.

Kurz zusammengefasst: Eine faire und ganzheitliche Betrachtung ist sinnvoll, wenn sie in alle Richtungen umfassend durchgef├╝hrt wird.

Ich schlie├če mich daher in meinem Fazit der f├╝hrenden wissenschaftlichen Meinung an, dass Elektromobilit├Ąt in Sachen Klimaschutz ein riesiger und bedeutender Schritt in die richtige Richtung ist. Besonders begeistert mich dabei der hier dargestellte Fakt, dass Elektromobilit├Ąt ein Teil vom gro├čen Ganzen ist. Man k├Ânnte sagen, ich brenne f├╝rs Abstandnehmen vom Verbrenner samt Verbrauch fossiler, endlicher Rohstoffe. Die gesamte Elektrifizierungsbranche ist Infrastrukturlieferant f├╝r die zum Klimaschutz unabdingbare Energie- und Verkehrswende. Damit ist sie Hub f├╝r ÔÇ×Jobs with a PurposeÔÇť, wie wir sie hier in der BMZ leben d├╝rfen. Wer in der Elektrifizierung arbeitet, kann Teil der L├Âsung sein, statt Teil des Problems, wenn es um den Klimawandel, sprich um die gr├Â├čte Herausforderung unserer Zeit geht.

Wir glauben daran, dass man Probleme nicht durch R├╝ckschritte und Verbote, sondern durch neue, ├╝berlegene Technologien l├Âsen sollte. Wichtig sind in der Realisierung einer gr├╝neren Zukunft Aufkl├Ąrung und Begeisterung. Fragen nach der Nachhaltigkeit von E-Autos m├╝ssen gestellt und faktenbasiert beantwortet werden, damit Verbraucher Vertrauen in die neue Technologie gewinnen k├Ânnen. Der n├Ąchste St├╝tzpfeiler ist Begeisterung. Begeisterung entsteht, wo einfache L├Âsungen Verbesserungen mit sich bringen. Ein Stichpunkt ist dabei Verf├╝gbarkeit aus einer Hand. Daher spielt bei uns im Haus der ÔÇ×Alles aus einer HandÔÇť-Gedanke eine gro├če Rolle.

Wie viele Forschungsfelder und Wirtschaftszweige ist auch die Batterietechnologie eine schnelllebige Welt und wir alle d├╝rfen gespannt sein, wohin die Reise letztlich genau geht und wie schnell wir aktuelle Herausforderungen l├Âsen k├Ânnen. Fest steht: Wir sind auf dem richtigen Pfad und auch die gr├Â├čte Reise beginnt mit ersten Schritten.

Kurzvita

Christian Debes
(Bild: BMZ)

Christian Debes ist seit 2017 bei BMZ t├Ątig und leitet seit 2020 die Abteilung f├╝r Energiespeicherung und E-Mobilit├Ąt im Forschungs- und Entwicklungsbereich. Sein Verantwortungsbereich umfasst das Projektmanagement und die Produktentwicklung von Batteriesystemen von der Entwicklungsphase bis zur Serienreife. Zwischen 2017 und 2020 war er Teamleiter f├╝r Innovation und Forschung sowie Gruppenleiter f├╝r E-Mobilit├Ąt. Vor seiner T├Ątigkeit im BMZ war Debes von 2013 bis 2017 Projektleiter und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer LBF und bis 2013 in verschiedenen Positionen im Bereich Erneuerbare Energien und Batterien bei Bosch und am KIT t├Ątig.

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