Bessere CO2-Bilanz: E-Auto oder Benziner/Diesel?

Fahren E-Autos sauberer als Verbrenner?

Wie sauber sind E-Autos im Vergleich zum Diesel oder Benziner? Laut einer neuen Studie: in der Gesamtbilanz immer! Hier der Blick auf den Lebenszyklus und das Berechnen der CO2-Bilanz von Elektroautos im Vergleich zum Diesel oder Benziner.

Bild: AUTO BILD Montage

von

Autoren: Matthias Brügge; Christian Jeß

24. Juni 2024

Inhaltsverzeichnis

Fast jedes fünfte neu zugelassene Auto in Deutschland war 2023 ein reines Elektroauto, doch zuletzt sanken die Verkaufszahlen hierzulande stark. Aus Umweltsicht ist das bedauerlich, denn die Frage, wie sauber Autos mit E-Antrieb wirklich sind, fällt immer deutlicher aus. Hier lohnt der genaue Blick, denn viele fragen: Wie sieht die Umweltbilanz aus, speziell beim Klimagas CO₂? Wie sehr taugen E-Autos für die Verkehrswende, welche sind die besten E-Autos am Markt? Was sagen die Wissenschaftler dazu?

Im Gespräch ist vor allem der CO₂-Rucksack von Elektroautos, denn bei der Herstellung von Akku und Antrieb fällt ein Großteil der klimaschädlichen Emissionen an. Wenn der CO₂-Balast der Produktion ausgeglichen ist, fahren E-Autos beim entsprechenden Strommix klimaneutral, insbesondere mit Solarstrom. Bislang wanden Kritiker ein, der Strom für E-Autos werde nur zum Teil aus erneuerbaren Energien produziert. Sie argumentierten, E-Autos seien daher weniger umwelt- und klimafreundlich als Verbrenner. Dieses Argument ist widerlegt, denn in den ersten vier Monaten des Jahres stammten schon 56 Prozent des Stroms im deutschen Netz aus erneuerbarer Energie – Tendenz steigend.

Die Frage ist aber: Wie groß ist die Klimalast beim Elektroauto und ab welcher Kilometerlaufleistung ist das E-Auto in der Ökobilanz besser als ein Verbrenner, ob Diesel oder Benziner? Die neueste Studie bezieht mittlerweile auch die Frage von E-Fuels mit ein, mit denen die Klimabilanz von Verbrennern verbessert werden soll.

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Wie fällt die Klimabilanz von E-Autos unterm Strich aus?

Wie berechnet man die Umweltbilanz von E-Autos?

Betrachtet werden müssen alle Schadstoffe, die über die gesamte Lebensdauer des Autos anfallen – von Produktion über Betrieb bis zum Abwracken und Recycling. Daraus errechnet sich die CO₂-Bilanz, also die Menge klimaschädlicher Treibhausgase, die pro gefahrenem Kilometer im Schnitt entsteht, inklusive der verbrauchten Energie.

Wichtig für die Bilanz beim Verbrenner: Bei der Produktion fällt erstmal weniger Klimagas an als beim E-Auto, er stößt aber über den gesamten Lebenszyklus CO₂ aus. Dieses Gas stammt einmal aus dem Verbrauch von fossilen Treibstoffen, also dem in Kraftstoff beim Verbrennen freigesetzten Klimagas, also 2,42 kg/Liter Benzin, 2,67 kg/Liter Diesel. Dazu kommt das bei der Förderung aufgewendete CO₂, im Fachjargon die "Well-to-Tank"-Berechnung. Insgesamt sieht die Klimalast dann so aus: pro Liter Benzin fallen 2,8 kg Klimagas an, bei Diesel sind es 3,2 kg.

Allerdings werden bei Untersuchungen hier oft unterschiedliche Annahmen vorausgesetzt. Beispielsweise zur Lebensdauer eines E-Auto-Akkus oder zum Produktionsort der Batterie bzw. der Art der Rohstoffgewinnung – ein sehr komplexes Vorhaben, weil so viele unterschiedliche Faktoren berücksichtigt werden müssen. Um die Frage unterm Strich zu beantworten, hilft es, drei Phasen der Nutzung bei Elektroautos zu untersuchen: Die Emissionen der Herstellung, die Emissionen im Fahrbetrieb, und zuletzt die anfallenden beim Recycling. Beim E-Auto fällt wiederum die CO₂-Last der Herstellung schwerer ins Gewicht.

T&E-Studie: E-Autos erzeugen 80 Prozent weniger CO2 als Autos mit E-Fuels

Eine Studie von "Transport & Environment", der europäischen Dachorganisation von Ökoverbänden wie VCD, Nabu und Deutsche Umwelthilfe, zeigt: Sogar gegenüber E-Fuels, also synthetisch erzeugten Kraftstoffen, sind Elektroautos im (Klima-)Vorteil. E-Fuels, so genannte Elektro-Fuels, werden mit Elektrolyse aus Wasser und CO2 erzeugt. Wenn der Strom dafür aus regenerativen Energiequellen stammt, spricht man von klimaneutralen E-Fuels.

Die Studie nahm aber nicht nur den Energieträger selbst, sondern den gesamten Prozess der Herstellung, Logistik und Nutzung unter die Lupe. Diese Vergleichsmethode wird "Well to Wheel" genannt – also von der Quelle bis zur Nutzung. Das berücksichtigt auch Emissionen, die bei Herstellung und Transport eines Kraftstoffs anfallen – nicht nur beim eigentlichen Fahrbetrieb. Die Studie ergibt, dass Elektroautos nur ein Fünftel so viel CO2 verursachen als die mit E-Fuels betriebenen Verbrenner. E-Fuel-Autos ihrerseits verursachen nach dieser Rechnung nur ein Fünftel so viele Kohlenstoffdioxid wie Autos, die mit Kraftstoff aus fossilen Energiequellen (Rohöl) fahren.

Ifeu-Studie: E-Autos über den gesamten Lebenszyklus klimamäßig im Vorteil

Die neueste Studie des Heidelberger Ifeu-Institut (Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg) kommt zum Ergebnis, dass Elektroautos in der Gesamtbilanz wesentlich klimafreundlicher als Autos mit Benzinmotor sind. Die Analyse erfolgte im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA), die Ergebnisse wurden Anfang Februar 2024 veröffentlicht.

E-Autos von 2020 um 40 Prozent klimafreundlicher als Benziner

Danach sind im Jahr 2020 zugelassene Elektroautos zufolge etwa 40 Prozent klimafreundlicher in ihren Auswirkungen als Autos mit Benzinmotor. Bis 2030 sei, basierend auf dem schrittweisen Ausbau erneuerbarer Energien, ein Anstieg der Klimafreundlichkeit auf bis zu 55 Prozent möglich.

Für die Analyse im Auftrag des UBA verglich das Institut die Umweltbilanz von Fahrzeugen mit alternativen und Kraftstoff-Antrieben. Neben dem Ausstoß von Treibhausgasen wurden der Energie-, Ressourcen- und Wasserverbrauch sowie die Schadstoffemissionen in Luft, Wasser und Boden berücksichtigt. Dabei ging es um eine Gesamtbilanz – in die auch Herstellung der Fahrzeuge, Kraftstoffe und Anlagen zur Stromerzeugung einbezogen wurden. Dazu kamen berechnete Werte für den Energieverbrauch beim Fahren, sowie für das Verschrotten und Recyclen.

Verbrenner werden auch mit E-Fuels betrieben kaum klimafreundlicher

Ergebnis: Der Klimavorteil der E-Autos bleibe auch dann bestehen, wenn Verbrenner in den kommenden Jahren vermehrt umgestellt werden auf E-Fuels, also mithilfe von erneuerbarem Strom hergestellter synthetischer Treibstolle.

Sollten die erneuerbare Stromerzeugung schneller ausgebaut werden, würde dieser Klimavorteil noch zunehmen, teilte das UBA zuletzt mit. Es zieht das Fazit: "Insgesamt zeigen sich die batterieelektrischen Fahrzeugkonzepte für alle Fahrzeugtypen und Baujahre als überlegene Lösung bezüglich der Treibhauswirkung und des kumulierten Energieaufwandes".

E-Autos mit CO2-Rucksack nach der Produktion

Bei der Produktion von E-Autos wirkt sich aus, dass sie – insbesondere beim Akku – besonders energieintensiv ist. Für die Batterie werden Materialien wie Kobalt, Nickel und Seltene Erden benötigt, deren Abbau große Umweltschäden bedeuten kann. Bei einigen Umweltwirkungen ergeben sich der Analyse zufolge für Elektroautos mit Zulassung 2020 noch Nachteile. Das gelte vor allem bei Folgen für Wasser (hoher Nährstoffeintrag) und Böden (Versauerung). Voraussichtlich lägen E-Autos erst im Jahr 2050 bei allen untersuchten Bereichen vor Autos mit Verbrennungsmotor.

Elektroauto laden (2021): Test - Ladezeit - Akku - Info

Wie lädt man ein E-Auto richtig?

Bild: AUTO BILD

Experten gehen davon aus, dass die Nachfrage nach kritischen Rohstoffen für Elektrofahrzeuge bis 2050 immens zunehmen wird. Dem steigenden Bedarf an teils kritischen Rohstoffen wie Kobalt, Nickel und Lithium könne perspektivisch mit mehr Recycling begegnet werden, so das Umweltbundesamt. Für das Recycling von kritischen Batterie-Rohstoffen macht die EU in ihrer Batterieverordnung konkrete Vorgaben. So sollen ab 2026 etwa 90 Prozent des verwendeten Kobalts recycelt werden.

VDI-Studie geht ebenfalls von besserer Klimabilanz aus, aber erst nach 90.000 Kilometern

Zuletzt hatte auch die aktuelle Studie des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) eingeräumt, dass ein E-Auto insgesamt weniger CO₂ als ein Verbrenner produziert. Allerdings müssten Elektroautos, um den Verbrenner einzuholen, erst durchschnittlich 90.000 Kilometer weit fahren, um die Klimabilanz eines Benziners zu erreichen.

Grund: der weitaus höhere CO₂-Eintrag während der Produktion des E-Autos. Verantwortlich ist die Produktion der Batterie, die der Rechnung zufolge mit 83 Prozent Hauptverursacher der Treibhausgas-Emissionen bei der Fertigung ist. Vor allem, wenn für die Akku-Produktion Strom aus Kohlekraftwerken eingesetzt wird, wie in China oft der Fall. Und bei Elektroautos mit besonders großem Akku wiegt diese Bilanz umso schwerer.

Diese Hypothek muss das Elektroauto laut der VDI-Studie Kilometer für Kilometer aufholen. Immerhin: Im weiteren Verlauf des E-Auto-Lebens hängt es sowohl Diesel als auch Benziner deutlich ab: Bei einer Laufleistung von 200.000 km – die Lebensdauer moderner Elektroauto-Akkus liegt inzwischen deutlich darüber – erreicht das E-Auto 24,2 Tonnen CO2-Äquivalente. Der Diesel liegt bei 33 Tonnen, der Benziner sogar bei 37,1 Tonnen. Diese Werte sind gemittelt. Nutzt das Elektroauto ausschließlich Solarstrom, fällt seine CO2-Bilanz deutlich geringer aus, sie liegt dann bei 19,1 Tonnen. Dementsprechend früher hat es seine Akku-Hypothek komplett abgetragen, nämlich schon bei etwas über 160.000 km Laufleistung.

Welche Rolle spielen Strommix und CO2-Rucksack der Batterie?

Der Strommix ist für die Lebensdauer von Autos das entscheidende Kriterium beim Vergleich der Antriebsarten. Das zweite: die Batterie des E-Autos. Sie ist nicht nur die teuerste, sondern auch die umweltschädlichste Komponente des Fahrzeugs. Meistens handelt es sich um einen Lithium-Ionen-Akku, dessen wichtigster Inhaltsstoff (Seltene Erden) wegen seines Abbaus umstritten ist. Aber auch die Frage des Akku-Recyclings spielt hier mit hinein.

Die Produktion von E-Auto-Akkus benötigt viel Energie, verursacht also viel Kohlendioxid (CO2). Und da macht es einen Unterschied, ob eine Batterie in China gebaut wird (wie derzeit die meisten) oder in Deutschland, wo deutlich weniger Kohlestrom dafür eingesetzt wird. Allerdings spielt im Gegenzug auch die Umweltbelastung bei der Erzeugung von fossilem Treibstoff eine Rolle, die den CO₂-Rucksack von Dieseln und Benzinern belastet.

Wie wurde die CO2-Bilanz von E-Autos in anderen Studien bewertet?

Auch frühere Untersuchungen stellen strombetriebenen Fahrzeugen ein besseres Zeugnis aus als Verbrennern. Eine davon ist die Lebenszyklus-Analyse aus Österreich.

Lebenszyklusanalyse aus Österreich sieht E-Autos klar vorn

Die aktualisierte Life Cycle Analyse (LCA) der Joanneum Research Forschungsgesellschaft in Graz im Auftrag der FIA und des österreichischen Automobilclubs ÖAMTC erfasste die Treibhausgasemissionen eines durchschnittlichen Kompaktwagens im Jahr 2022 und rechnete diese bis zum Jahr 2037 hoch. Dabei legten die Forscher eine Lebensdauer von 16 Jahren mit jeweils 15.000 gefahrenen Kilometern (insgesamt 240.000 Kilometer) zugrunde. Bei ihren Berechnungen berücksichtigten sie auch einen sich verändernden Strommix – hin zu deutlich mehr regenerativen Energiequellen.

Im Endergebnis schnitten Elektroautos mit 115 Gramm CO-Äquivalenten (neben Kohlendioxid wurden auch Methan- und Lachgasemissionen einbezogen) pro Kilometer deutlich besser ab als Benziner (244 g/km) und Diesel (209 g/km). Die energieaufwendige Batterieproduktion bei E-Autos amortisiere sich demnach bereits nach drei bis vier Jahren, bei einem komplett grünen Strommix wäre der anfangs größere CO2-Rucksack noch schneller abgelegt.

Wie stehen Erdgas- und Wasserstoffautos da?

Mithalten oder gar eine bessere Bilanz vorweisen können laut LCA zwar mit Bio-Methan betriebene Erdgasautos, Brennstoffzellenfahrzeuge mit grünem Wasserstoff oder Diesel-E-Fuels. Doch sind diese Treibstoffe vorläufig nicht in ausreichender Menge verfügbar; oder sie haben andere Nachteile wie zum Beispiel eine deutlich niedrigere Energieeffizienz.

Basierend auf der LCA-Studie und in Zusammenarbeit mit der Testorganisation Green NCAP entstand ein interaktives Tool. Auf der Plattform können nicht nur Besitzer von Elektroautos den Energieaufwand und die Treibhausgasbilanz ihres Wagens individuell berechnen lassen und mit anderen Fahrzeugen vergleichen. Die deutsche Version ist mit der riesigen ADAC-Datenbank verknüpft, sodass rund 30.000 Automodelle als Basis zur Verfügung stehen.

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E-Autos laut Bundeswehr-Uni München bis zu 89 Prozent besser

In einer Studie vom Februar 2022 verglich die Universität der Bundeswehr München 790 aktuelle Pkw-Fahrzeugvarianten miteinander. Ergebnis: Mit Plug-in-Hybridfahrzeugen und vollelektrischen Autos können Gesamtemissionen schädlicher Treibhausgase im Vergleich zu Verbrennern erheblich reduziert werden. Bei der Verwendung von Ökostrom beträgt das Einsparpotenzial satte 73 respektive 89 Prozent.

Die Studierenden berechneten in ihrer Untersuchung ebenfalls die Treibhausgasbilanz der Fahrzeuge über deren gesamten Lebenszyklus – also die Menge an Schadstoffen, die von der Produktion über die Nutzung bis zum Verschrotten ausgestoßen werden. Auch Brennstoffzellenfahrzeugen wird ein erhebliches Sparpotenzial (60 Prozent) bescheinigt, selbst wenn der derzeitig handelsübliche "graue" Wasserstoff (die Bezeichnung "grau" bedeutet, dass die Produktion Erdgas erfordert) genutzt wird.

ICCT: E-Autos eindeutig am saubersten

Die gesamte Betriebsdauer nahm das International Council on Clean Transportation (ICCT) im Juli 2021 in den Blick, das seinerzeit den VW-Dieselskandal 2015 mit aufgedeckt hatte. Die Umweltorganisation kam in einer ausführlichen Lebenszyklus-Analyse für die wichtigsten Märkte EU, USA, China und Indien zu dem Ergebnis: Elektroautos sind mit Abstand die saubersten Kraftfahrzeuge.

Bereits bei der aktuellen Energieerzeugung emittiert demnach ein mittelgroßes Elektroauto in Europa rund zwei Drittel (66 bis 69 Prozent) weniger schädliche Treibhausgase als ein Verbrenner. In den USA sind es 60 bis 68 Prozent. Vorausgesetzt wurde ein Strommix auf Basis der EU-Klimapläne für 2021 bis 2038. Bei reinem Ökostrom wären sogar bis zu 78 bis 81 Prozent weniger Lebenszyklus-Emissionen drin.

Die Autoren beziehen dabei die gesamte Produktionskette des Elektroautos ein, andererseits aber auch das Erzeugen von Benzin und Diesel aus Erdöl. Überhaupt sehen sie den Rohstoffverbrauch bei 17.000 Liter (12.500 Kilogramm) Benzin und 13.500 Liter (11.340 Kilogramm) Diesel kritisch, während bei einer durchschnittlichen E-Autobatterie dank Recycling und Second-Life-Einsatz nur 30 Kilogramm Metallrohstoff verbraucht würden. T&E prognostiziert, dass sich der Rohstoffbedarf beim Akku dank fortschreitender Batterie-Technik weiter verringern werde.

Bildergalerie

Alle neuen E-Autos im Überblick

Die Studie setzte dabei die Umsetzung der Energiewende in Deutschland voraus. Autos mit großen Akkus von über 80 kWh und Fahrleistungen von 8000 bis 9000 Kilometern pro Jahr kamen damals noch auf eine kaum bessere CO2-Bilanz als vergleichbare Verbrenner. Daraus ließe sich ableiten: je kleiner die Batterie, desto größer der Vorteil des E-Autos.

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Verursacht die Produktion von Lithium-Ionen-Akkus Umweltschäden?

Wie E-Auto-Akkus künftig recycelt werden

Bei der Bewertung der Klimabilanz rückt zunehmend die Produktionsweise von E-Auto-Batterien in den Blick, und auch die Hersteller von Batterien fassen immer stärker eine nachhaltige Produktionsweise ins Auge. Derzeit gilt eine Quote von 50 Gewichtsprozent, die meist durch Trennen von Hülle und Batteriezellen erreicht wird, und durch Recyceln des enthaltenen Kupfers; der Rest wird meist verbrannt.

Aber: Ab 2027 soll die Recyclingquote schrittweise verschärft werden. So soll die Gewichtsquote beim Recycling von Li-Ionen-Akkus in der EU ab 2026 auf 65 Prozent und ab 2031 auf 70 Prozent steigen. Zudem greifen für die einzelnen Rohstoffe eigene Recyclingregeln: Die Quote des wiedergewonnenen Lithiums soll bis 2032 auf 80 Prozent steigen. Das eingesetzte Blei, Kupfer, Kobalt und Nickel soll ab 2028 zu 90 Prozent wiederverwertet werden, die Recyclingquote im Jahr 2032 dann schon 95 Prozent betragen. Je stärker die wertvollen Rohstoffe der Batterie also recycelt werden, desto besser ist es für die Ökobilanz von E-Autos.

Was man vor einem E-Auto-Kauf berücksichtigen sollte

➤ Was kostet mich ein E-Auto insgesamt im Vergleich zu einem Benziner oder Diesel?
➤ Auf welche Arten lade ich ein E-Auto auf?
➤ Wie bezahle ich den nötigen Strom?

Also was denn nun, Elektroauto oder Verbrenner? Das CO2-Urteil fällt mittlerweile ziemlich eindeutig zugunsten der Stromer aus. Ohne ihre dominante Rolle wird eine Verkehrswende in Deutschland nicht gelingen – die zum Erreichen der EU-Klimaziele zwingend notwendig ist. Die Zeit jedenfalls läuft für die E-Mobile: Durch effizientere Produktion, mehr Recycling, den Ausbau der Batterieherstellung hierzulande und nicht zuletzt durch den zu erwartenden deutlich grüneren Strommix bis 2030 ist das E-Auto auf Dauer eindeutig die umweltfreundlichere Lösung.