Diskussion: Wie hoch ist der CO2-Ausstoß batterieelektrischer Autos?

Am 21. April 2019 berichteten wir hier im Blog über eine Studie über die Umweltverträglichkeit von Batterien in E-Autos („Ifo-Institut München: CO2-Ausstoß batterieelektrischer Autos liegt über dem von Dieselmotoren„). Da uns die offene wissenschaftliche Diskussion wichtig ist, wollen wir im Folgenden Raum für Kritik an der Studie geben, die uns Leser Stephan Witt zukommen ließ:

Sie sind leider auf einen reißerischen Titel hereingefallen. In diesem Fall gibt es zu der zitierten Studie diverse Anmerkungen zu machen:

– Das ganze beginnt ja sehr schön differenziert, aber wenn es dann an die echten Inhalte geht, wird es leider genauso falsch, wie die Behauptung der Klimawandel wäre ausschliesslich vom Menschen verursacht.

– Für Diesel wurde der Best case gerechnet. Die Autoren verwenden den veralteten NEFZ zur Bewertung des Fahrzeugverbrauchs. Der wurde inzwischen abgeschafft, weil er völlig falsche Werte liefert. Reale Werte von ICE’s liegen typischerweise um die 30-40% höher als die Herstellerangaben, die die Autoren verwenden.

– Die Autoren rechnen auf den Verbrauch noch eine Angabe WTT hinzu, die angeblich bei 23% liegt. Dabei beziehen sie sich auf eine EU Studie als Quelle. Ich habe in die Quelle hereingeschaut und sie versucht nachzuvollziehen, da ich selbst Bereich ähnliche Rechnungen in Projekten durchgeführt habe. Wir waren allerdings bei wesentlich höheren Zahlen herausgekommen, die eher im Bereich von 40% lagen. Ursache war die Art des Rohöltransports, ob per Schiff oder per Pipeline und wenn per Pipeline, dann über welche Strecke. Außerdem ignorieren sehr viele WTW oder WTT Studien den Energieaufwand der notwendig ist, um das Öl überhaupt an die Oberfläche zu bekommen. Je nach Ölquelle gibt es dabei massive Unterschiede. Damit ist der Manipulation im Rahmen von Studien Tür und Tor geöffnet, je nach dem welche Annahmen getroffen wurden.

– die Autoren ignorieren beim Elektroauto komplett die Rekuperation. (S.44 „Man könnte noch berücksichtigen, dass einerseits ein Teil der Bremsenergie zurückgewonnen werden kann… Wir gehen darauf nicht ein, weil uns verlässliche Messergebnisse fehlen.“) Das ist doch die gleiche Argumentation, wie die, über die Sie sich bei den Klimawandelpropheten und dem Einfluss der Sonne auf das Klima so aufregen. „Oh sorry, wir können den  Einfluss der Sonne nicht messen, also ignorieren wir ihn mal eben…“ Nach meinen eigenen Erfahrungen aus dem Praxisfahrbetrieb mit den Prototypen von Elektrogolf und E-Mini, die ich beide über 6 Monate jeweils gefahren bin, kann ich bestätigen, dass dieser Einfluss bei ca. 25% Reichweite liegt. So einen kleinen Fehler lässt man doch gerne mal weg.

– Die CO2 Menge pro kwh Batteriekapazität: Die Autoren beziehen ihre Angabe auf eine einzige Quelle. Schaut man diese genauer an stellt man fest, dass dort die Spanne der Emissionen kräftig nach oben massiert wurde. Der Best case in der Originalstudie liegt bei 80kg CO2/kWh. Die Autoren dieser Originalstudie geben dann aber eine eigene Spanne an, die wesentlich höher beginnt. Sinn et.al. haben dann diese wesentlich höher Spanne verwendet.

– Lebenserwartung der Batterie bei Sinn et al. wird ohne weitere Begründung auf 10 Jahre zu 15.000 km begrenzt. Bei einer Reichweite von 500km sind das gerade mal 30 Vollzyklen p.a. also 300 Zyklen insgesamt. Die tatsächlich mögliche Vollzyklenzahl einer gut gemanagten Batterie liegt inzwischen deutlich über 2000 Vollzyklen. Und das Batterie Management von Tesla ist sehr aufwändig und sehr gut. Den von Sinn et al verwendeten Wert der CO2 Emission müsste man also durch den Faktor 7 teilen, um eine echte CO2 Kennziffer für den Vergleich mit dem Mercedes Diesel zu erhalten. Dann löst sich aber leider die gesamte Argumentation des Vergleichs in Wohlgefallen auf…

– ein paar weiter Argumente finden sich noch in dem folgenden Artikel der WiWo https://www.wiwo.de/technologie/mobilitaet/ist-das-e-auto-ein-rueckschritt-was-hans-werner-sinn-bei-seiner-elektroauto-studie-uebersehen-hat/24237236.html?fbclid=IwAR0WQrzvDGBxu0LVZpT5Qf9YYcqfyy1Il0As5U3dFAyzcSUpr1LbehHHdbM

– Ansonsten beschäftigt sich der Löwenanteil des Artikels von Sinn et.al. gar nicht mit dem Vergleich zwischen den beiden Fahrzeugen sondern mit dem Sinn und eher Unsinn der deutschen Energiewende.

Kritik an der ifo-Studie äußerte auch Spiegel Online am 23. April 2019:

Ifo-Studie zur Klimabilanz Wie das Elektroauto schlechtgerechnet wird
Laut dem Ifo-Institut hat ein Elektroauto in Deutschland eine miesere CO2-Bilanz als ein Diesel. Doch wer ein paar fragwürdige Annahmen in der Kalkulation ändert, bekommt ein ganz anderes Ergebnis.

Weiterlesen auf Spiegel.de.

Studienmitautoren Hans-Werner Sinn und Christoph Buchal verteidigten die Ergebnisse in einer Stellungnahme in der FAZ am 26. April 2019:

Debatte um Abgasausstöße : Was zeigt die CO2-Bilanz?
Große Aufruhr gab es um die veröffentlichte Studie zum CO2-Ausstoß der Elektroautos. Falsche Annahmen und Rechnungen waren der Vorwurf. Warum Elektroautos nicht absichtlich schlechter dargestellt wurden. Eine kurze Stellungnahme. nsere zusammen mit Hans-Dieter Karl im Ifo-Schnelldienst veröffentlichte Studie zum CO2-Ausstoß der Elektroautos hat viel Wirbel verursacht. Beim Vergleich zweier typischer Autos gleicher Größenklasse (Tesla Model 3 mit 75 kWh Batterie und Mercedes C 220 d) kamen wir zu dem Schluss, dass das E-Auto beim deutschen Strommix einen um 11 bis 28 Prozent größeren CO2-Ausstoß je Kilometer mit sich bringt. Hier reagieren wir in aller Kürze auf die uns entgegengebrachte Kritik, weil sie zum Teil auf einer falschen Wahrnehmung unsere Annahmen und Rechnungen basiert. Man warf uns vor, wir hätten den CO2-Ausstoß des Diesel bewusst untertrieben, indem wir die Autos auf der Basis des Fahrzyklus NEFZ verglichen haben, der der Realität bekanntlich nicht gerecht wird und inzwischen durch den WLTP-Zyklus ersetzt wurde. So ist es aber nicht, denn wir haben auch für den Tesla die offiziellen NEFZ-Daten verwendet. Sie sind gegenüber einer realen Fahrsituation in gleicher Weise verzerrt wie die Diesel-Daten.

Weiterlesen in der FAZ. Auch der Focus berichtete über die Stellungnahme der beiden Autoren.

Wir baten Stephan Witt um eine Einschätzung der Stellungnahme. Hier seine Analyse:

Fangen wir mit dem Ende an: Die Motivation für die Studie war lt. den Autoren kein Auftrag, sondern „die Irritation darüber, dass die EU bei ihrer Flottenregulierung die Elektroautos rechnerisch mit einem Ausstoß von null ansetzt“. Fein, dieser Punkt ist ohne jeden Zweifel richtig, denn er gilt einzig und allein nur für die Emissionen des E-Autos unmittelbar im Fahrbetrieb am Fahrzeug. Nur schade, dass dieser durchaus richtige Punkt so sehr durch die Angreifbarkeit der getroffenen Annahmen in der Studie verwässert wurde.

Also was ist denn jetzt mit den Stellungnahmen zu den Kritikpunkten? 

1. NEFZ Fahrzyklus vs. WLTP Fahrzyklus 

Antwort: Tesla hätte zum Zeitpunkt der Erstellung die Zahlen zum WLTP schlicht noch nicht veröffentlicht. Außerdem würden die höheren Geschwindigkeiten im WLTP ja einen zusätzlichen Nachteil für E-Fahrzeuge darstellen, so dass man bei Verwendung des alten Zyklus dem Tesla sogar noch einen Gefallen getan hat. Das ist kein Gegenargument für den Vorwurf, dass der NEFZ Zyklus bekanntermassen falsch ist und das die Fahrzyklen tendenziell Verbrenner-Fahrzeuge bevorteilen. Fahrzyklenmessungen kennen grundsätzlich keine Rekuperation, sondern messen Strecken zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten. https://www.elektronik-zeit.de/allgemein/nefz-nedc-wltp-ece-15-uebersicht-fahrzyklen-vergleich/

Fazit: Auch in der Replik sind die Autoren nicht auf die Kritikpunkte inhaltlich ernsthaft eingegangen. Mein ursprünglicher Punkt zur Rekuperation ist unverändert gültig.

 

2. CO2 Menge je KWh Batteriekapazität 

Antwort: Die Autoren hätten mit 145kg/kWh gerechnet als Best case und nicht mit dem von den Medien aufgegriffenen Wert von 170kg/kWh. Soweit ok. Ferner würden andere Studien (Agora Energiewende) auch auf Werte von 100-200kg/kWh kommen… 

Momentmal! Also ist der Best case nicht 145kg/kWh, sondern 100kg/kWh. Das sind dann ja geschlagene 32% weniger als der von den Autoren gerechnete „Best Case“. Statt 73g CO2/km also nur 50g CO2/km. Der „best Case“ war also gar keiner, sondern ein angenommener „Mittelwert“. Man kann gerne einen Mittelwert ansetzen. Dann sollte man diesen doch aber bitte auch so benennen. (Das ich in der zitierten Quelle sogar einen noch niedrigeren Wert als „Best case“ gefunden habe, wie in meiner ersten Antwort geschrieben hatte, lassen wir mal weg)

Fazit: Die Autoren liefern in ihrer Replik selbst den Beweis für die angebrachte Kritik, gehen aber nicht auf die Konsequenzen daraus ein. Bemerkenswert!

 

3. Lebensdauer und Zyklenzahl 

Antwort: Laut einer Studie in „Nature Energy“ aus 2018 hätten die Hersteller inzwischen akzeptiert, das sie die angestrebten 1.300 bis 2.000 Zyklen in der Praxis nicht erreichen würden. VW gebe 200.000km an, andere Hersteller 300.000km. Grund: Insbesondere häufiges Schnellladen würde die Zyklenzahl reduzieren.

Analyse: Die Hersteller Angaben in Kombination mit dem Verweis auf diese Studie sollen wohl suggerieren, das die eigene Rechnung mit 150.000km für den Tesla doch durchaus richtig sei. Diesen Punkt hatte ich selbst in meiner ersten Antwort bereits aufgegriffen und dort bezogen auf 2.000 Vollzyklen die von den Autoren ermittelte CO2-Emission der Batterie durch einen Faktoren 7 teilen müsse. Statt den von Sinn et.al ermittelten 73g CO2/km wären es dann 10g CO2/km Die in der Replik von den Autoren zitierte Kilometerzahl von VW bezieht sich auf eine Batterie, die nur halb so groß ist, wie die des in der Studie betrachteten Tesla. Bei gleicher Zyklenzahl würde die doppelt so große Batterie also auch die doppelte Reichweite von 400.000km statt 150.000 ermöglichen. Außerdem werden die Zyklen von Batterien in Autos immer auf ein Absinken der Batteriekapazität auf 80% berechnet. Danach können die Batterien noch völlig problemlos als stationäre Batterien weiter betrieben werden. Die bei der Produktion erzeugte Menge CO2 müsste also eigentlich auf sogar noch mehr Zyklen verteilt werden.

Fazit: Man kann es drehen und wenden wie man will, die von Sinn et.al. auf den km ermittelte CO2 Emission aus der Produktion der Batterie ist von den Autoren viel zu hoch angesetzt worden. Wo sie recht haben ist lediglich der Punkt, dass diese Zahl nicht „0“ ist.

 

4. Energieeinsatz für Motoren und Getriebeproduktion: Dieser Kritikpunkt sei ungerechtfertigt, das hätte man betrachtet und würde sich gegenseitig aufheben. 

Fazit: Fein, Danke für die Klarstellung.

 

5. CO2 Gehalt im Strommix

Die Autoren erläutern in Ihrer Replik, wie sie auf die höhere Zahl als das Umweltbundesamt bei der CO2 Menge je kWh im deutschen Strommix gekommen sind. Die Klarstellung macht es nachvollziehbar. Mein ursprünglicher Punkt, dass die Angabe für den Diesel eher zu niedrig angesetzt wurde, wurde in anderen Kritiken aber nicht aufgegriffen und daher von den Autoren nicht adressiert. Da bleibe ich bei meinen Einwendungen, dass der Wert für den Diesel eher noch zu niedrig ist.

 

6. Sonstige Effekte

Die Autoren argumentieren, sie hätten die E-Fahrzeuge nicht absichtlich schlecht gerechnet, denn sie hätten weitere Effekte, wie die doppelte Reichweite eines Diesels gegenüber dem Tesla nicht angesetzt, was einen größeren CO2-Effekt als die Verdoppelung der Reichweite (Zyklen) hätte. Außerdem hätte man Ladeverluste beim Schnellladen von Strom von 10% und den Bedarf für die Wärmeerzeugung im Auto nicht berücksichtigt. 

Analyse: Die Argumentation mit den nicht betrachteten zusätzlichen Nachteilen von Elektrofahrzeugen aus Ladeverlusten und dem Energieverbrauch für Nebenaggregate, die in den Fahrzyklen nicht berücksichtigt werden, ist durchaus richtig. Diese Effekte können je nach Verhalten der Nutzer wesentlich sein oder eben auch nicht.  Aber genau darin liegt die Krux.   Diese Effekte sind massiv verhaltensabhängig. Hätte man sie mit hereingenommen, hätte man der Kritik noch viel mehr Angriffsfläche geboten. Sich für das Weglassen auf die Schulter zu klopfen, erscheint mir da wenig angemessen, wenn man sich wissenschaftlich mit der Frage des „echten“ CO2 Footprints beschäftigen möchte. 

Bleibt das Reichweitenargument… Was bitte hat die Reichweite mit dem CO2 Verbrauch zu tun? Wer sagt denn, dass über 1000 km Reichweite notwendig sind? Nach 2h Autobahnfahrt sollte man sowieso eine Pause einlegen (Die meisten tun es allerdings nicht). Soll das heißen die Batterie müsste doppelt so groß sein? Das würde überhaupt nichts am CO2 Verbrauch je km ändern (abgesehen von dem durch die Gegend gefahrenen Gewicht), denn die Gesamtlebenserwartung würde sich von 150.000 km auf 300.000km verdoppeln. Andersherum betrachtet: Wenn ich den Tank im Dieselfahrzeug halbiere ändert das schliesslich auch nichts am Verbrauch des Verbrennungsmotors.

Fazit: Die Zusatzargumente nicht berücksichtigter sonstiger Effekte in der Replik sind z.T. pure Augenwischerei für jemanden, der nicht über die dabei implizit versteckten Annahmen nachdenkt. Die Ladeverluste in Form von Wärme beim Laden der Batterie je nach Ladegeschwindigkeit sind jedoch ein echter und auch nicht unwichtiger Effekt von Elektroautos. Etwas vergleichbares gibt es beim Tanken von Dieselfahrzeugen nicht bis auf den Stromverbrauch für die Pumpen an der Tankstelle und verschüttete Dieselmengen. Wenn man über einen korrekten Vergleich nachdenken will, sollte man diesen Punkt tatsächlich betrachten. Schade, dass die Autoren es nicht getan haben.

 

Zusammenfassung: 

Was ist denn nun das Gesamtergebnis der Aufregung? Es ist im Prinzip genau das Gleiche wie beim Klima, wo die Tatsache einfach ist: Ja, es gibt einen anthropogenen Einfluss, aber die Höhe ist ganz sicher nicht so hoch wie vom IPCC behauptet. 

Analog gilt für den CO2 Footprint von Elektroautos: Ja, die den Elektroautos zurechenbaren CO2 Emissionen sind nicht „0“. Aber alle Argumente von Prof. Sinn und seinen Mitautoren hin und her gewendet, gilt auch hier: Die tatsächlichen CO2 Emissionen sind bei weitem nicht so hoch, wie von den Autoren behauptet.

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Wir danken Stephan Witt für die Argumentation. Strittige Themen benötigen Raum zur fachlichen Diskussion, die wir uneingeschränkt unterstützen und fördern.