Elektroautos sind auf dem Vormarsch. Doch wie lassen sie sich möglichst nachhaltig laden? Und wie lässt sich das auf eine alltagstaugliche Nutzung abstimmen? Eine neue Studie der Empa und der Universität Genf gibt Aufschluss.
Verfasst von Thomas Elmiger
Autos mit Verbrennungsmotor schaden dem Klima und der Gesundheit, die nachhaltigere Wahl ist darum das E-Auto. Allerdings: Auch Strom ist nicht klimaneutral. Es wäre darum von Vorteil, E-Autos dann zu laden, wenn nachhaltig produzierter Strom verfügbar ist. Noch interessanter wäre eine klimaschonende Ladestrategie, die auch die Kosten für das Laden optimiert.
Forschende der Empa und der Universität Genf haben Nutzungsdaten einer Vielzahl von Fahrzeugen mit Verbrennungs- oder E-Antrieb analysiert. Ihre neue Studie zeigt: Am nachhaltigsten sind Fahrzeuge, die im Carsharing genutzt und intelligent geladen werden. Entscheidend für eine klima- oder budgetfreundliche Ladestrategie sind Echtzeit-Informationen zu Strompreisen und CO2-Emissionen.
Vermeiden, verlagern, verbessern ist das erfolgversprechende Motto für die Energiewende. Auf den Verkehr übertragen, bedeutet es: Weniger fahren, emissionsarme Verkehrsmittel nutzen. Und eben, diese noch möglichst umwelt- und klimaschonend zu betreiben.
Eine reine Antriebswende, also der Ersatz aller Verbrenner durch E-Fahrzeuge, genügt nicht, um die Klimaziele zu erreichen. Denn in jedem Fahrzeug stecken graue Energie und graue Emissionen, hauptsächlich aus der Herstellung. Weniger Autos und mehr Elektroantriebe lautet darum das Erfolgsrezept. Ein besonders grosses Potenzial bieten folglich Elektrofahrzeuge im Carsharing und Poolfahrzeuge in Unternehmen.
Mithilfe der Daten von Nutzerinnen und Nutzern des Carsharing-Anbieters Mobility haben Empa-Forschende den Zusammenhang von Emissionen und dem Laden von Elektroautos analysiert. Das Ergebnis: Niedrige Strompreise und tiefe Emissionen lassen sich beim Laden nur selten gleichzeitig erreichen.
Wer möglichst klimafreundlich lädt, kann die Emissionen um bis zu 82 Prozent senken im Vergleich zu einer kostenoptimierten Strategie. Umgekehrt spart, wer das ganze Jahr über auf den günstigsten Tarif achtet, im Schnitt 21 Prozent der Kosten im Vergleich zu einer Strategie, die Emissionen optimiert.
Die Optimierung ist komplex: Je nach Tageszeit variiert nicht nur der Strompreis, sondern auch der Energiemix der Stromproduktion und damit der resultierende CO2-Ausstoss. «Eine zentrale Herausforderung ist, Kosten- und Emissionsziele zu vereinen», so Studienautor Sven Eggimann.
Die Berechnungen der Studie basieren auf stündlich wechselnden Strompreisen. Der Grund: Gibt es nur ein grobes Tarifmodell, beispielsweise mit Tag-Nacht-Unterschieden, wird intelligentes Laden erschwert. «Die meisten Menschen in der Schweiz wissen nicht, wie hoch der Strompreis oder die CO2-Emissionen im Moment des Ladens tatsächlich sind», sagt der Empa-Forscher Elliot Romano.
Um Ladestrategien mit bestimmten Prioritäten zu ermöglichen, benötigen die Nutzer Echtzeitinformationen, den Empa-Forschenden zufolge am besten via intelligente Stromzähler. «In Ländern wie Dänemark sehen Nutzerinnen und Nutzer den aktuellen Strompreis per App und können bewusst ihre Ladezeiten wählen», ergänzt Eggimann. «Das funktioniert – aber dauerhaft möchte das niemand manuell machen.» Gefragt seien deshalb automatisierte Systeme, die sich auf individuelle Präferenzen einstellen lassen. Die beste Lösung würde laut Eggimann das nachhaltige Laden belohnen: «Idealerweise zahlt es sich auch finanziell aus, wenn Elektrofahrzeuge klimafreundlich geladen werden.»
Damit sich das Laden mit emissionsarm produziertem Strom lohnt, sind also passende Anreize nötig – etwa ein CO2-Preis oder entsprechend kalkulierte Stromtarife. Simulationen der Empa-Forschenden zeigen: Bei einem durchschnittlichen CO2-Preis von rund 30 Eurocent pro Kilogramm – das sind 300 Euro pro Tonne – lassen sich klimaschonendes und preisoptimiertes Laden tatsächlich miteinander verbinden. Voraussetzung ist allerdings auch dann ein dynamischer Tarif, der die realen Emissionen des Stromverbrauchs abbildet.
«Das Laden sollte idealerweise auf freiwilligen Massnahmen basieren, die durch Anreize unterstützt werden», sagt Romano. «Dazu zählen etwa günstigere Stromtarife oder reservierte Parkplätze zu emissionsarmen Zeiten.» Umgekehrt könnte der Ladezugang eingeschränkt oder unflexibles Ladeverhalten mit zusätzlichen Gebühren belegt werden.
Im Vergleich zu Autos im Privatbesitz sind geteilte Fahrzeuge häufiger tagsüber unterwegs – insbesondere an Wochenenden – und müssen deshalb vermehrt über Nacht geladen werden, wenn der Strommix tendenziell weniger klimafreundlich ist. Dennoch weichen die Emissionen und die Kosten von jenen privater Fahrzeuge nur geringfügig ab, sagt Sven Eggimann. «Geteilte Autos werden intensiver genutzt, aber durch kurze Ladepausen und zunehmend verfügbare Schnellladeinfrastruktur bleibt genügend Spielraum für ein emissionsarmes Laden.»
Carsharing verspricht, den Fahrzeugbestand deutlich zu senken. Mit 25 Prozent weniger Autos in Schweizer Städten liesse sich die Stromversorgung im Winter spürbar entlasten. «Carsharing benötigt insgesamt weniger Energie, weil weniger Fahrzeuge im Umlauf sind», erklärt Romano. «Auch wenn die jährlich gefahrenen Kilometer ähnlich bleiben wie bei privat genutzten Autos, werden neben dem geteilten Fahrzeug vermehrt auch andere Verkehrsmittel genutzt. Das entlastet das System insgesamt.»
Für eine nachhaltige Verkehrswende sollten Elektrofahrzeuge im Kontext des optimierten elektrischen Ladens betrachtet werden. «Dafür sind Weiterentwicklungen auf regulatorischer und technischer Ebene nötig», sagt Eggimann. «Langfristig ist das Ziel aber klar: eine Ladeinfrastruktur, die ihre Nutzerinnen und Nutzer automatisch zu emissionsarmen und kostengünstigen Ladezeiten führt – ohne dass sie ständig selbst entscheiden müssen.»
Wenn in der Schweiz künftig immer mehr Elektroautos unterwegs sind, muss das Energiesystem entsprechend angepasst werden. Fahren 2050 alle Privatautos in der Schweiz elektrisch, werden sie laut der Studie vom gesamten Stromverbrauch rund 17 % ausmachen. Der zusätzliche Strombedarf ist beachtlich und die Menge ändert sich auch durch optimierte Ladezeiten nicht. Im Sommer mit viel günstigem Sonnenstrom fällt das nicht auf, aber im Winter. Dann beträgt das strukturelle Defizit im kritischsten Monat gemäss Empa-Simulationen rund 1,3 Terawattstunden, die zusätzlich importiert werden müssen. Im Szenario mit mehr geteilten Fahrzeugen ist es noch rund 1 Terawattstunde.
Windenergie wird zu 66 % im Winterhalbjahr produziert, weil dann kräftigere Winde wehen.
Video: Windenergie ist Winterenergie«Dieses saisonale Versorgungsdefizit lässt sich nicht einfach mit zusätzlichen Batterien oder Tagesverschiebungen beim Laden beheben», erklärt Romano. «Elektrifizierung ist daher nur ein Teil der Lösung. Wer wirklich etwas fürs Klima tun will, setzt auf Carsharing, den öffentlichen Verkehr – und fährt insgesamt weniger.»
Titelfoto
Thomas Elmiger
Empa
Studie (Empa und Universität Genf)
Als Digital Projektmanager der EKZ-Energieberatung ist Thomas Elmiger verantwortlich für die Websites www.energie-experten.ch und www.enex.me sowie für den Podcast und die Social-Media-Aktivitäten.
Kommentare: Was denken Sie?