E-Mobilität – eine Sackgasse?

In Diskussionen taucht oft die Frage auf, ob die Elektromobilität mit Batterien wirklich eine sinnvolle Lösung für den Ersatz unserer fossilen Autos ist. Benötigt doch die Batterieproduktion viele problematische Rohstoffe und der Betrieb der Fahrzeuge viel nachhaltigen Strom.
Durch Vergleich mehrerer Lösungsvarianten werde ich aufzeigen, warum die Elektromobilität aktuell trotzdem die sinnvollste Lösung darstellt. Vorgängig möchte ich aber die von mir dabei verwendeten Rahmenbedingungen transparent machen:    

  1. CO2 Netto-Null bis 2050
    Der CO2-Ausstoss und alle anderen Klimagase müssen bis 2050 weltweit und in allen Bereichen nicht nur reduziert, sondern auf Netto-Null gesenkt werden. «Netto» darum, weil es weiterhin Ausstoss geben wird, dieser aber via CO2 Abscheidung oder anderen Massnahme (z.B. Aufforstungen) kompensiert werden kann.
    Bei diesem Umbauprozess können wir nicht einzelne Bereiche (z.B. den Verkehr) für sich isoliert betrachten, wir müssen immer den gesamten Umbau im Auge behalten!
  2. Nachhaltige Energie bleibt ein knappes Gut
    Entsprechende Technologien für den Ausbau einer nachhaltigen Stromproduktion sind vorhanden und erprobt. Aber insb. im Winter wird es eine Herausforderung sein immer genügend Strom bereitzustellen. Obwohl uns bekannte Speichertechnologien wie z.B. Stauseen dabei unterstützen, geht auch das Bundesamt für Energie davon aus, dass die Schweiz im Winter weiterhin (nachhaltigen) Strom/Energie importieren muss [8], z.B. Windenergie aus der EU oder in sonnenreichen Gegenden erzeugtes synthetisches Gas/Wasserstoff für den Betrieb von kleinen Wärme-Kraft-Koppelungsanlagen (Gaskraftwerke). Mittel- bis langfristig kann so auf nukleare Energie verzichtet werden.
  3. Ökologie/Gesellschaft:
    Ich gehe davon aus, dass es weltweit keinen fundamentalen Ausstieg aus Konsum und Wachstum geben wird. Insbesondere in manchen noch wenig entwickelten Ländern dürfte es künftig ein kräftiges Wachstum gaben. Der geplante CO2 Umbau im Verkehr wird damit zu einen nicht unbedeutenden gesamt-ökologischen Fussabdruck, insb. in Form von Ressourcenabbau, beitragen. Daher sind wir zwingend auf konsequentes Recycling angewiesen und es wird Umwelt-Kompromisse mit Augenmass brauchen (z.B. bei Windkraftwerken oder Stauseen).
     

Lösungsansätze für den Verkehr bis 2050

a) Umweltschutz & Verlagerung auf ÖV & CO2 Abscheidung:
Der fossile Verbrennungsmotor wird weiter optimiert und das Gewicht der Fahrzeuge reduziert. Zudem wird ein substanzieller Anteil (z.B. 40%) des heutigen Autoverkehrs auf den öffentlichen Verkehr und das Velo verlagert, das erzeugte CO2 wird durch Abscheidung kompensiert.
Leider beruht diese Variante auf zwei Illusionen, welche diese unrealistisch machen:
Der Anteil des Verkehrs, der bis 2050 auf den ÖV umgelagert werden kann, ist nicht nur gesellschaftlich, sondern auch technisch/organisatorisch beschränkt. Die dazu notwendigen Infrastrukturen lassen sich im benötigten Zeitraum kaum erstellen (ein Beispiel: der geplante Durchgangsbahnhof in Luzern wird frühestens 2040 in Betrieb kommen, das reicht nicht für einen Umbau bis 2050!). Zudem werden wir ÖV-Investitionen brauchen um innereuropäische Kurzstreckenflüge zu vermeiden und ein allfälliges Verkehrswachstum aufzufangen.
Die noch grössere Illusion: Da mit dieser Variante weiterhin fossile Treibstoffe verwendet werden, muss zusätzlich die CO2 Ausscheidung im grossen Massstab erfolgen. Die entsprechenden Technologien sind zwar am Entstehen, aber sie sind sehr Energie intensiv und wir werden die CO2 Abscheidung zwingend für andere Bereiche brauchen, bei welchen wir kaum Alternativen haben, wie z.B. Landwirtschaft, Fleischproduktion, Betonproduktion oder dem Flugverkehr.  

b) Wasserstoff-Antrieb mit Brennstoffzellen: Eigentlich seit Jahrzehnten mein «heimlicher Favorit»! Ein grosser Vorteil von Wasserstoff ist, dass er in sonnenreichen Gegenden produziert, gespeichert und über weite Strecken transportiert werden kann. Ich gehe davon aus, dass er für bestimmte Anwendungen auch schon bald vermehrt eingesetzt wird, z.B. für Lastwagen und Schiffe.
Aber: Der Energieverbrauch der Wasserstoffproduktion ist für den massenhaften Einsatz im Autoverkehr viel zu hoch! Im Betrieb mit Wasserstoff/Brennstoffzelle wird 2-3 mal so viel Energie verbraucht wie mit Elektro-Autos [1]. Mit den oben formulierten Rahmenbedingungen stellt er damit aktuell keine Lösung dar.

c) Biokraftstoff mit Verbrennungsmotor: Technisch machbar, aber erste praktische Erfahrungen und Überlegungen zeigen: Dieser Weg konkurrenziert die Produktion von Nahrungsmittel und gefährdet die restlichen Tropen-Wälder (Palmöl-Plantagen). Bio Treibstoffe können daher nur in Nischen (Bio-Abfälle) eine Rolle spielen. Zudem ist die Produktion bei Betrachtung des ganzen Lebenszyklus nicht wirklich CO2 neutral [10].

d) Synthetische Kraftstoffe/E-Fuel mit Verbrennungsmotor: Ähnlich wie Wasserstoff werden diese vermutlich in bestimmten Anwendungsfällen eine wachsende Rolle spiele (z.B. in der Luftfahrt). Aber auch hier: der Energiebedarf für die Produktion ist viel zu hoch, noch höher als bei Wasserstoff [11]. Neuere Studien zeigen zudem, dass entsprechende Verbrennungsmoren ähnliche Stickoxid-Emissionen erzeugen wie fossile Antriebe [2].

e) E-Autos mit Batterien/Akkus:
Aktuellen Studien zeigen, dass E-Autos bereits beim heutigen Energiemix aus Sicht CO2 die effizienteste Lösung darstellen [3] [4]. Aber wenn wir E-Mobilität als Massenanwendung einsetzen wollen müssen wir einige Herausforderungen angehen, die aber durchaus lösbar sind:

Rohstoffverbrauch: Die Batterieproduktion braucht neben viel Energie auch viele heikle Rohstoffe. Auch wenn es inzwischen neue Ansätze gibt um z.B. Lithium auch in Europa zu gewinnen [9], müssen wir unbedingt auf konsequentes Recycling setzen. Dank intensiver Forschung gibt es dazu sehr ermutigende Ansätze [5] [6], übrigens auch in der Schweiz [7]. Batterien, welche für den Einsatz im Auto nicht mehr genügen, werden zudem bereits heute zur Energiespeicherung im Elektrizitätsnetz eingesetzt.
Generell sollten wird das Potential der Speicherkapazitäten der E-Autos weitergehend nutzen. Autos haben oft lange Standzeiten (Arbeitsplatz), in dieser Zeit kann durch automatisierte, bedarfsorientierte Rückspeisungen ins Elektrizitätsnetz dieses stabilisiert werden.

Bedarf an nachhaltigen Strom: Was tun, wenn die nachhaltige Stromproduktion nicht nachkommt? Wäre es da nicht besser mit der E-Mobilität zu warten, bis die nachhaltige Stromproduktion hochgefahren ist? Leider dauert der Umbau auf E-Mobilität seine Zeit. Nicht nur wegen der Umstellung bei den Produzenten und Konsumenten, auch weil man nicht einfach fahrtüchtige Fahrzeuge verschrotten will. In einem entsprechenden Rechenmodell habe ich im Kapitel Verkehr auf CO2 Netto-Null 2050 aufgezeigt, dass bei Ausschöpfung der aktuelle Wachstumsdynamik und Verzicht auf vorzeitige Verschrottungen der Umbau bis ca. 2045/2050 gerade zu schaffen ist.

Fazit: Aktuell sollten wir für den breiten Ersatz von fossilen Antrieben auf die E-Mobilität setzen. Was nicht heisst, dass in 10-15 Jahren neue Technologien vermehrt zum Einsatz kommen.
Die Sterne für die E-Mobilität stehen aktuell recht gut: Die Automobilindustrie setzt ebenfalls auf diesen Weg, bietet entsprechende Fahrzeuge an und diese kommen bei den Konsumenten an.

Natürlich ist es nicht damit getan fossile Autos durch E-Autos zu ersetzen. Die ganze Produktion der Autos, der Batterien und der für den Betrieb notwendige Strom muss bis 2050 ebenfalls CO2-neutral werden! Die nachhaltige Stromproduktion zu fördern ist also ein zentraler Punkt dieser Strategie.

Packen wir die Chance!

Und verfolgen den weiteren Umbau auf CO2 Netto-Null 2050.

Quellen:

[1] https://www.tagesschau.de/wirtschaft/technologie/elektro-wasserstoff-technologie-101.html

[2] https://www.transportenvironment.org/discover/in-tests-cars-powered-by-e-petrol-pollute-the-air-as-much-as-petrol/

[3] https://nzzas.nzz.ch/wirtschaft/elektroauto-am-besten-fuer-die-umwelt-ld.1537932
siehe dort: Link auf Bericht des Paul Scherrer Institutes «Mobilität von Morgen».

[4] https://www.energie-experten.ch/de/wissen/detail/wie-stark-belastet-die-batterieherstellung-die-oekobilanz-von-elektroautos.html

[5] https://www.transportenvironment.org/discover/first-fully-recycled-battery-cell-announced/

[7] Bild der Wissenschaft, Januar 2022, “Schatzkiste Alt-Akku” -> Rückgewinnungsquoten bis 90%

[7] https://www.empa.ch/web/s604/kyburz-batterierecycling

[8] https://www.admin.ch/gov/de/start/dokumentation/medienmitteilungen.msg-id-81356.html
BFE, Enegieperspektiven 2050+

[9] Bild der Wissenschaft, Januar 2022, “Im Lithium-Rausch” -> künftig könnte es auch aus heimischen Quellen kommen.

[10] https://www.bundestag.de/resource/blob/407036/8b7ef20cd57ba5eb5c2d94694fc62c68/WD-8-192-06-pdf-data.pdf “Umweltbelastung durch Biokraftstoffe”

[11] https://www.transportenvironment.org/discover/e-fuels-too-inefficient-and-expensive-cars-and-trucks-may-be-part-aviations-climate-solution/

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