Warum Elektrofahrzeuge nachhaltiger sind, als Sie vielleicht denken

Trotz der jüngsten Flut von (nicht-akademischen) Studien, die etwas anderes behaupten, bieten batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) bereits jetzt erhebliche Umweltvorteile gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE). Diese Kluft wird immer größer, da Politik, Wissenschaft und Industrie zusammenarbeiten, um BEVs und insbesondere die Batterietechnologie rasch zu verbessern.

 

Kürzlich, viele Medienberichte haben die Nachhaltigkeit von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEVs) in Frage gestellt. Wie bereits in einem früheren Beitrag dargelegt Energie-Blogbeitrag von Gracia BrückmannDiese negative Berichterstattung hat bereits Auswirkungen auf die Kaufentscheidungen der Menschen. Diese Situation ist besonders bedauerlich, da die wissenschaftlichen Erkenntnisse über die Umweltvorteile von BEVs im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eindeutig sind. Darüber hinaus bieten BEVs einen klaren Weg zu einem wirklich emissionsfreien Fahren.

Heißt das, dass es nichts mehr zu verbessern gibt? Nein, natürlich nicht! BEVs sind weit davon entfernt, emissionsfreie Fahrzeuge zu sein, und es gibt weitere Umwelt-, Sozial- und Integritätsrisiken entlang der Wertschöpfungskette von Batterien, die dringend angegangen werden müssen.

Wo stehen wir also heute und wie geht es weiter?

Herausforderungen für Ökobilanz-Analysen (LCA): sich schnell verbessernde und geheimnisvolle Industrien

Zunächst müssen wir uns damit befassen, wie wir den Status quo tatsächlich messen und bewerten können: LCA-Analyse bewertet alle Umweltauswirkungen einer Technologie während ihres gesamten Lebenszyklus, von der Wiege bis zur Bahre. Das Tolle an Ökobilanzen ist, dass sie umfassend sind, die Identifizierung kritischer Elemente im Lebenszyklus einer Technologie ermöglichen und das Verfahren zur Durchführung einer Ökobilanz standardisiert ist. Dennoch ist die Durchführung von LCA-Analysen für BEVs aus zwei Hauptgründen besonders schwierig:

1. Vor 10 Jahren gab es so gut wie keine BEVs auf der Straße, bis Ende 2019 stieg der Bestand auf 4,8 Mio. BEVs weltweit. Die Lieferketten wurden vergrößert und die Produktionsprozesse effizienter gestaltet. Dennoch können LCA-Analysen natürlich nur ex-post durchgeführt werden, d. h. mit Blick in die Vergangenheit. Bei einer Technologie, bei der jedes Jahr nur geringfügige Verbesserungen vorgenommen werden, wie bei Verbrennungsmotoren, ist dies kein großes Problem. Bei BEVs können die Unterschiede jedoch sehr groß sein. Das schwedische Umweltforschungsinstitut IVL hat vor kurzem in Zusammenarbeit mit der schwedischen Energieagentur seine Studie über Emissionen im Zusammenhang mit der Batterieproduktion. In der neuen Studie, die 2019 veröffentlicht wird, werden die Batterieemissionen auf 61 bis 101 kgCO_2e pro kWh Batteriekapazität, verglichen mit 150 bis 200 kgCO_2e pro kWh veröffentlicht nur zwei Jahre zuvor!
2. Die Batterieindustrie ist notorisch verschwiegen, wenn es um die spezifischen Materialien geht, die sie verwendet, und darum, wie die Batterien genau hergestellt werden. Selbst das Reverse-Engineering von Batterien liefert nicht immer ein vollständiges Bild. Wenn man zum Beispiel Kobalt in einer Batterie findet, erfährt man nicht, wo und unter welchen Bedingungen es abgebaut wurde, wie es weiter raffiniert wurde, wie es zum Kathodenmaterial und anschließend zur Batteriezelle und zum Batteriepack verarbeitet wurde.

Die in Punkt 1 dargestellte Dynamik gibt Anlass zu Optimismus hinsichtlich der Umweltauswirkungen von BEVs, die wahrscheinlich noch geringer sind als in den jüngsten wissenschaftlichen Studien angenommen. Zu Punkt 2: Die Entwurf für die neue Batterierichtlinie der Europäischen Kommission schlägt vor, die Deklaration des CO2-Fußabdrucks von BEV-Batterien verbindlich vorzuschreiben. Der sogenannte "Batteriepass" würde auch sicherstellen, dass die Materialien und ihre Herkunft rückverfolgbar sind.

Generell würde ich vorschlagen, diese Fragen vom Endziel her zu betrachten, anstatt Technologien nur auf der Grundlage eines bestimmten Zeitpunkts zu vergleichen. Welche technologischen Pfade ermöglichen es uns, dorthin zu gelangen, wo wir hinmüssen, nämlich zu Null-Emissionen? Wie schnell können wir dorthin gelangen und was muss dafür getan werden?

Die Innovation wird weitere Verbesserungen in zwei Schlüsselbereichen gewährleisten, die derzeit Anlass zur Sorge geben

CO₂ Fußabdruck über die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs:

Stand der Technik: Die Wissenschaft ist eindeutig: BEVs stoßen schon jetzt viel weniger CO_2e über ihre Lebensdauer als vergleichbare ICE-Fahrzeuge. Auke Hoekstra fasst zusammen fünf Häufige Fallstricke bei nicht-wissenschaftlichen Studien in sein jüngstes Papier.

1. Die Emissionen aus der Batterieproduktion werden häufig überbewertet. Ein wichtiger Grund dafür sind veraltete Daten (siehe das Beispiel der IVL-Studie oben).
2. Nicht nur die Emissionen aus der Batterieproduktion wurden reduziert, sondern auch die Lebensdauer der Batterien verlängert. Durch den geringeren Bedarf an Batteriewechseln verbessert sich die CO2-Bilanz über die gesamte Lebensdauer des BEV.
3. Während die Volkswirtschaften weltweit ihre Stromsysteme dekarbonisieren, werden diese Verbesserungen bei der Berechnung der Emissionen aus dem Laden von BEVs oft übersehen.
4. Emissionen im Zusammenhang mit der Kraftstoffherstellung für ICE-Fahrzeuge werden nicht berücksichtigt.
5. Der Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren wird überschätzt, da das reale Fahrverhalten nicht berücksichtigt wird (siehe: "Dieselgate").

Perspektive der Innovation: Viele weitere Verbesserungsmöglichkeiten werden von der Industrie bereits in Angriff genommen. Eine aktuelle Studie des Weltwirtschaftsforums quantifiziert sieben Fußabdruck von BEVs bis 2030 zu verbessern. Die größten Emissionssenkungen werden von Verbesserungen der Batterietechnologie (insbesondere dem Trend zu höherer Energiedichte), der geteilten Mobilität und der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien zum Aufladen des BEV erwartet. Außerdem kann die Batterienutzung erhöht werden (mehr kWh Output pro CO_2e Input) durch Vehicle-to-Grid (Bereitstellung von Dienstleistungen für das Stromnetz mit der BEV-Batterie), Wiederverwendung der Batterie für ein zweites Leben nach ihrer Ausmusterung aus dem BEV und verbesserte Recyclingverfahren. Zukünftige Batterien und Elektrofahrzeuge können so konzipiert werden, dass sie von Anfang an "zirkulär" sind und sich leichter reparieren, wiederverwenden und recyceln lassen.

Darüber hinaus können die Produktionsprozesse weiter verbessert werden, indem die energieintensivsten Schritte vermieden werden. Einer der energieintensivsten Produktionsschritte ist zum Beispiel die Trocknung der nassen Elektrodenschlämme. Tesla hat kürzlich angekündigt dass sie im Begriff sind, ein so genanntes Trockenbeschichtungsverfahren auf den Markt zu bringen, bei dem keine Energie zum Trocknen benötigt wird. Ein weiterer Aspekt ist die Struktur der globalen Lieferkette: Während die meisten Batterien derzeit in China hergestellt werden, wo der Energiemix relativ kohlenstoffintensiv ist, unternimmt die Europäische Union erhebliche Anstrengungen, um die Zellherstellung und andere Produktionsschritte in der Batterielieferkette nach Europa zu bringen. Die geplanten Kapazitäten übersteigen bereits 400 GWh.

Probleme entlang der Materiallieferkette:

Stand der Technik: Ein weit verbreiteter Irrglaube über die für BEVs und die darin enthaltenen Batterien benötigten Materialien ist, dass viele seltene Erden erforderlich sind. Die wichtigsten Metalle, die für die heutigen Lithium-Ionen-Batterien benötigt werden, sind Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt. Keines dieser Metalle sind seltene Erden. Eigentlich ist Lithium in der Erdkruste recht häufig vorkommend. Für die absehbare Zukunft, Forscher erwarten keine grundsätzliche Verknappung der Batteriematerialreserven. Das bedeutet nicht, dass es keine zeitlichen Ungleichgewichte zwischen Angebot und Nachfrage geben könnte, da die Vorlaufzeiten für die Erschließung neuer Minen recht lang sein können.

Es gibt jedoch noch weitere ökologische und ethische Probleme im Zusammenhang mit einigen der verwendeten Materialien. Insbesondere Kobalt hat immer wieder für Schlagzeilen gesorgt, weil die Bedingungen in bestimmten nicht zertifizierten, so genannten "handwerklichen" Minen (die derzeit etwa 20% der Kapazität ausmachen) Anlass zur Sorge geben. In einigen dieser Minen wird Kinderarbeit Ausgaben berichtet worden sind.

Perspektive der Innovation: Der Kobaltgehalt in Batteriezellen wurde in den letzten Jahren rasch reduziert, um die Energiedichte zu erhöhen. Das ursprüngliche Kathodenmaterial NMC111 (gleiche Anteile von Nickel, Mangan und Kobalt) wurde durch den Marktstandard NMC622 (60% Nickel, je 20% Mangan und Kobalt) ersetzt, und NMC811 (Sie haben es erfasst) geht jetzt in Produktion. Darüber hinaus haben Verbesserungen der Fahrzeugeffizienz und des Pack- oder Zelldesigns die Verwendung von Kathodenmaterialien mit geringerer Energiedichte in einigen Personenkraftwagen ermöglicht (z.B., BYDs "Blatt-Batterie", Tesla Model 3 in China hergestellt). SVolt kündigte letztes Jahr eine weitere "kobaltfreie" Batteriechemie an.

Tatsache ist aber auch, dass alle wichtigen Prognosen davon ausgehen, dass zumindest bis 2030 noch erhebliche Mengen an Kobalt für die weltweite Batterieproduktion benötigt werden. Daher wurden zahlreiche (öffentliche und private) Initiativen gestartet, um Verbesserung der Bedingungen in den Kobaltminen und zur Verbesserung der Beschaffungspraktiken, um Gewährleistung eines ethischen Kobaltabbaus. Ähnliche Initiativen müssen auch für andere wichtige Materialien vorangetrieben werden. Ich finde es großartig, dass Menschen an Lösungen arbeiten, und wir sollten damit beginnen, nicht nur BEVs, sondern auch andere Produkte, die wir alle benutzen, mit der gleichen Sorgfalt zu prüfen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BEVs der richtige Weg zur Dekarbonisierung des Individualverkehrs sind. Sie sind immer besser als die Alternative und bieten einen klaren Weg zu Null-Emissionen. Dennoch gibt es noch mehr zu tun, um die Nachhaltigkeit zu verbessern. Innovation wird oft unterschätzt, aber Politik, Wissenschaft und Industrie sind dran!

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