Mobilität

Wie stark belastet die Batterieherstellung die Ökobilanz von Elektroautos?

Eine Studie aus Schweden löste zuletzt Medienberichte aus, in denen von der „desaströsen“ Ökobilanz von Elektroautos die Rede war. Die Schlagzeilen basierten allerdings auf einem dubiosen Vergleich. Dennoch kann der Trend zu grösseren Batterien tatsächlich den ökologischen Vorteil der Elektromobilität schmälern.

Leonid LeivaLeonid Leiva

Wer ein batteriebetriebenes E-Auto fährt,  produziert keine lokalen Emissionen und trägt somit zu einer besseren lokalen Luftqualität bei. Aber auch ein Elektromobil belastet indirekt die Umwelt. Vor allem beim Bau der Batterie können grosse Mengen an Energie verbraucht und CO2 ausgestossen werden. Wie gross diese Umweltbelastung genau ausfällt, ist jedoch schwer zu beziffern. Entsprechende Ökobilanz-Studien kommen zu weit auseinander liegenden Ergebnissen. Nun hat eine schwedische Untersuchung versucht, Klarheit zu schaffen. Die Resultate lösten allerdings Verwirrung aus, als einige Medien mit irreführenden Vergleichen darüber berichteten.

In der Originalstudie versuchen Mia Romare und Lisbeth Dahllöf von der Beratungsfirma IVL Swedish, aus den in den letzten Jahren publizierten Ökobilanzen von E-Fahrzeugen die Spreu vom Weizen zu trennen. Ihr Fokus lag auf den Lithiumionen-Batterien, die in E-Autos als Energiespeicher dienen. Im Auftrag vom schwedischen Verkehrsministerium und der schwedischen Energieagentur sollten sie herausfinden, wie viel die Herstellung der Akkus die Umwelt belastet.

Die Ergebnisse der schwedischen Studie

Die Untersuchung basierte auf keinen neuen Datensätzen. Die Autorinnen analysierten lediglich bereits publizierte Berichte und Studien und beurteilten sie nach deren wissenschaftlicher Qualität und Glaubwürdigkeit. Nachdem sie einige der überprüften Studien verwarfen, kamen sie zu dem Schluss, dass die Produktion der Batterien für jede Kilowattstunde Speicherkapazität des Akkus 350 bis 650 Megajoule (umgerechnet 97 bis 180 kWh) an Energie verschlingt und zwischen 150 und 200 Kilogramm CO2 ausstösst.

Daraus folgt, dass eine sehr grosse Batterie von 100 kWh wie sie in einem Tesla S stecken kann, zwischen 15 und 20 Tonnen an CO2-Emissionen verursacht hat, bevor das Auto überhaupt erst auf die Strasse gekommen ist. Eine kleinere Batterie von 30 kWh wie im Fall des Nissan Leaf belastet das Klima demnach mit 4,5 bis 6 Tonnen CO2.

Woher der Aufschrei in den Medien kommt

Was in den Medienberichten besonders lautstark wiedergegeben wird, ist eine Gegenüberstellung, die nicht in der Studie von Romare und Dahllöf enthalten ist. Ein Kollege der Autorinnen hat nämlich auf den oben genannten Zahlen basierend ausgerechnet, dass ein E-Fahrzeug ganze 100'000 Kilometer bzw. 8 Jahre komplett emissionsfrei gefahren werden müsste, bevor es beginnt, umweltfreundlicher als ein durchschnittliches Dieselauto zu sein. Für die Berechnung wurden die Emissionen (Mittelwert rund 18 Tonnen CO2) aus der Batterieproduktion mit den Emissionen verglichen, die aus der Nutzung eines durchschnittlichen Verbrennungsautos unter schwedischen Bedingungen hervorgehen. Die Rechnung berücksichtigte auch den CO2-Ausstoss für Herstellung und Transport des Treibstoffs (Diesel oder Benzin).

Allerdings wurde die Ökobilanz der fossilen Kraftstoffe etwas verbessert, weil ein erneuerbarer, CO2-neutraler Anteil an Biotreibstoff von 18 Prozent im Diesel bzw. Benzin angenommen wurde. Dieser Wert sei im schwedischen Markt üblich. Der Vergleich nahm auch nicht die von den Herstellern deklarierten Emissionen von 130 Gramm CO2 pro Kilometer an, sondern addierte diesem Wert 40 Prozent dazu, die erfahrungsgemäss der Abweichung zwischen Deklarations- und Praxiswerten entsprechen. Mit den erwähnten Korrekturen ergab sich ein totaler Emissionswert von 180 Gramm CO2 pro Kilometer.

Hinkender Vergleich

Doch der Vergleich hinkt an einer wichtigen Stelle. Fairerweise müssten für den Vergleich ein Elektro- und ein Verbrennungsauto der gleichen Grössenklasse herangezogen werden. Im vorliegenden Vergleich wird jedoch die sehr grosse Batterie eines Luxus-E-Fahrzeugs (Tesla) den Betriebsemissionen eines durchschnittlichen Dieselfahrzeugs gegenüber gestellt. Es ist anzunehmen, dass ein Dieselauto der Komfortklasse weniger gut abschneiden würde. „Man kann davon ausgehen, dass ein Verbrennungsfahrzeug der Oberklasse rund 10 bis 12 Liter Treibstoff pro 100 Kilometer verbraucht. Das ergibt etwa 300 Gramm CO2 pro Kilometer. Damit liegen die CO2-Emissionen für ein solches Auto ungefähr um den Faktor 1,6 Mal über dem im schwedischen Vergleich zugrunde gelegten Durchschnitt“, sagt Bauer. Das würde bedeuten, dass das Luxus-Elektrofahrzeug bereits nach knapp 70'000 statt 100'000 Fahrkilometern oder rund 5 statt 8 Betriebsjahren mit dem Dieselauto gleichziehen würde.

Stolperstein Datentransparenz

Wirklich übersichtlich wäre jedoch ein Vergleich, der die totalen Emissionen für den Bau der Autos (nicht nur der Batterien) sowie die Gesamtemission in der Betriebsphase berücksichtigen würde. Ein solcher Vergleich wurde in einer Studie von norwegischen Forschern (Ellingsen et al (2016)) gezogen. Darin werden die CO2-Bilanzen eines E-Fahrzeugs und eines Verbrennungsautos direkt miteinander verglichen – und zwar getrennt für jede Grössenklasse. In der Luxusklasse (F-Klasse) hat das Elektroauto gemäss dieser Untersuchung nach rund 50'000 Fahrkilometern die Nase vorn in Sachen CO2-Bilanz. Das wären ziemlich genau 4 Nutzungsjahre, wenn man wie in der schwedischen Metastudie von rund 12'240 Fahrkilometern pro Jahr ausgeht.

Lisbeth Dahllöf, eine der Autorinnen der schwedischen Metastudie, sagt, diese norwegische Untersuchung von 2016 hat wahrscheinlich den Energieaufwand für die Batterieherstellung unterschätzt, weil die entsprechenden Daten aus den Websites der Hersteller entnommen wurden. Glaubwürdiger sind laut Dahllöf zwei andere Untersuchungen: Eine aus dem Jahr 2014 ebenfalls von Ellingsen und eine zweite von 2015 (Kim et al). In beiden Fällen haben die Studienautoren den Energieverbrauch direkt in einer Batteriefabrik gemessen. Die betreffenden Werke in diesen Studien stehen allerdings in Korea und in China. Deshalb gehen die Untersuchungen von einem fossilen Anteil von 50 bis 70 Prozent im Strommix aus.

Eine weitere Frage neben der CO2-Belastung des Strommixes betrifft den Energieverbrauch in den Fabriken. Ist die Energieeffizienz in den untersuchten asiatischen Werken repräsentativ? Tesla-Chef Elon Musk schrieb auf Twitter, der Energieaufwand für die Batterieproduktion sei deutlich tiefer als in den Studien angenommen. Daten zum tatsächlichen Energieverbrauch für die Herstellung der Batterien in Tesla-Autos sind allerdings keine veröffentlicht.

Dahllöf bemängelt, dass die fehlende Transparenz der Industrie eines der grossen Hindernisse sei, über die Ökobilanz-Studien zur Elektromobilität stolpern. Sie fordert deshalb Tesla und andere Hersteller auf, die Energieverbrauchsdaten aus der Batterieproduktion offenzulegen.

Ist also nur klein wirklich grün?

Auch wenn die in einigen Medien propagierten Vergleiche mit Vorsicht zu geniessen sind – eins hat die schwedische Studie jedoch richtigerweise unterstrichen:

Das Rennen um immer grössere Reichweiten mit den entsprechend immer schwereren Akkus droht, den angestrebten ökologischen Vorteil von Elektroautos an die Wand zu fahren.


Christian Bauer, Experte für Lebenszyklusanalysen am Paul Scherrer Institut und Autor von Ökobilanz-Studien zur Elektromobilität, stimmt der Aussage zu, dass kleinere Elektroautos besser für die Umwelt sind als grössere. Das liege nicht nur darin, dass in grösseren Batterien mehr graue Energie bzw. graue Emission steckten. Auch in der Nutzungsphase ist ein grosses E-Auto unter anderem wegen seiner schwereren Batterie weniger energieeffizient. Ein Tesla S verbraucht pro Kilometer rund 1,5 Mal so viel Strom wie ein Nissan Leaf.

Dadurch erhöht sich entsprechend der CO2-Ausstoss, solange fossile Kraftwerke zum Strommix beitragen. In einem Land mit dem Strommix von Schweden sollte dennoch auch ein Tesla über den gesamten Lebenszyklus besser für die Umwelt sein als ein vergleichbares Verbrennungsauto.

Wo die (nicht so) grünen Batterien blühen

Was also kann man aus der schwedischen Studie lernen? Bisher ist viel über die Rolle des Strommixes für die Ökobilanz in der Betriebsphase eines Elektroautos geschrieben worden. Sauber fährt demnach nur, wer sein E-Auto mit Ökostrom lädt. Nun wird klar, dass es auch in der Herstellungsphase auf einen möglichst CO2-armen Stromlieferanten ankommt. Der Anteil der Herstellung an der gesamten Ökobilanz dürfte in Zukunft sogar noch grösser werden. Denn wenn mehr erneuerbare Energien in den Stromnetzen Europas fliessen, wird der CO2-Ausstoss in der Betriebsphase immer geringer werden. Es wird dann umso relevanter, dass vermeintlich saubere Elektroautos nicht mit einem fossil belasteten Strommix gebaut werden. Eine Autobatterie heute mit dem Strommix von China, Polen oder Indien herzustellen, belastet die Umwelt viel stärker, als wenn die Akkus in den von Wasserkraft dominierten skandinavischen Ländern entstehen. In Polen beispielsweise fällt die CO2-Bilanz für die Batterie um den Faktor 24 schlechter aus als in Schweden. In Indien gar um den Faktor 32.

In diesem Sinne bemängeln die Autoren der schwedischen Studie, dass bisher offenbar vor allem das Lohnniveau bestimmt, wo eine Batteriefabrik zu stehen kommt. In Zukunft, so ihre Schlussfolgerung, wird es entweder mehr Automatisierung oder regulatorische Massnahmen brauchen, damit die Energiespeicher dort produziert werden, wo es dem Planeten am meisten nützt. Alternativ könnten die Batteriehersteller aber auch mit dem gezielten Bezug von Ökostrom ihren eigenen Beitrag leisten. Christian Bauer weist darauf hin, dass sich einige Autobauer dieses Problems bewusst sind und darauf zu reagieren beginnen. Teslas Gigafactory, in der die Batterien für Autos und Hausspeicher vollständig mit Ökostrom produziert werden sollen, sei ein gutes Beispiel dafür.

Wichtig wird in Zukunft auch das Recycling. Bisher sind die kleinen Zahlen produzierter Batterien sowie fehlende ökonomische Anreize die Hauptgründe dafür, dass so wenig Material aus gebrauchten Batterien wieder verwertet wird. Wächst aber die Elektromobilität gemäss den Prognosen, könnte das Rezyklieren von Metallen wie Aluminium die CO2-Bilanz der Akkus deutlich verbessern.

Die meisten Studien stimmen überein, dass in der Herstellungsphase vor allem die stromintensive Fertigung der Batteriezellen selbst und an zweiter Stelle die Aufbereitung der Rohstoffe zu Batterie-Werkstoffen die Umweltbilanz belasten. Auf diese zwei Etappen zusammen entfallen zwischen 80 und 90 Prozent des Energieaufwands und der Treibhausgasemissionen der Herstellungsphase. Die Gewinnung der Rohstoffe fällt hingegen weniger stark ins Gewicht. Diese Aussage gilt zumindest für die gegenwärtig vorherrschenden Abbautechniken. Lithium wird bisher zu etwa 70 Prozent in Südamerika aus Salzseen gewonnen. Die Salzlaken werden in Teiche gepumpt, wo sie verdunsten, bis die nötige Lithium-Konzentration erreicht wird. Das geschieht vor allem mit Hilfe der natürlichen Sonnenenergie, verbraucht aber auch viel Wasser. Mit Sorge betrachten einige Experten jedoch, dass vermehrt Lithium aus Gestein – etwa in Australien – gewonnen wird. Der Bedarf an fossiler Energie und somit die Klimabilanz für diese Förderungstechnik sind um einiges höher.

Weiterführende Links

Durchschnittliche CO2-Emissionen neuzugelassener Autos in der EU: https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/cars_en

Medienmitteilung zum schwedischen Bericht:
http://www.ivl.se/english/startpage/top-menu/pressroom/press-releases/press-releases---arkiv/2017-06-21-new-report-highlights-climate-footprint-of-electric-car-battery-production.html

Reaktionen auf die Medienberichte:
http://news.vattenfall.com/en/article/electric-cars-are-better-environmental-choice-spite-environmental-impact
http://electrify-bw.de/electrify-bw-der-podcast-14-der-co2-rucksack-eines-elektroautos/

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Kommentare

  • Walter Ackeret

    11.12.2017 22:39:33

    Während Verbrennungsmotoren über Jahrzehnte optimiert wurden, steht die effiziente Batteriefertigung- und -Technik für E-Fahrzeuge noch am Anfang. Verglichen werden sollte dann auch noch der andere Dreck, nicht nur CO2. Und man beachte die Prognosen, welche beim Oel bald ein Mangel und wieder steigende Preise voraussagen. Wir brauchen Oel aber auch für die Herstellung von z.B. Medikamenten usw, nicht nur zum Verbrennen. Und natürlich ist Tesla nicht repräsentativ für das Durchschnittsauto, sondern ein Unsinn. Von den zu vielen hundert kW, die er hat und braucht, geht ein Drittel drauf, um sein Übergewicht zu kompensieren. Intelligent ist das nicht. Leichtbau ist angesagt.

  • Energie-Experten

    12.12.2017 13:23:35

    Vielen Dank für Ihre Meinung, Herr Ackeret.

  • Plopp

    22.03.2018 11:36:50

    "Unsinn" ist der Tesla mitnichten. Allein schon aufgrund der Anzahl der verkauften Fahrzeuge macht Tesla offensichtlich vieles richtig. Und die Lösung im Leichtbau zu sehen, sehe ich als problematisch. Was genau soll ein gewichtsoptimierter Tesla bewirken? 5% mehr Reichweite? 10% bessere Beschleunigung? Und das zu einem enorm gesteigerten Einkaufspreis?
    In Hinblick auf die Leistungsangabe eines Tesla: Es ist schlicht ein gutes Kaufargument! Ein E-Auto, das sogar richtig Spaß macht. Und das Schöne am leistungsstarken Elektromotor: man kann ihn problemlos bei geringeren Leistungen betreiben, ohne groß Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, wie es beispielsweise bei großen Verbrenungsmotoren eben nicht möglich ist. Nur mit hohem Aufwand wie z.B. Wassereinspritzung, Bi-Tri-Quad-Turboaufladung, Ladeluftkühlung, geregelten Kühlkreisläufen, vollverstellbaren Nockenwellen, Zylinderabschaltung usw. usf. kann man hohe Leistungen aus kleinen Hubräumen erzielen, damit sie trotzdem verbrauchsarm im niedrigen Lastbereich betrieben werden können. Es sind verglichen enorm simpel höhere Leistungen beim Elektromotor erzielbar. Warum also an der Stelle nicht mitnehmen, was sich technisch schon anbietet?
    Ansonsten stimme ich voll und ganz zu, dass die Batteriefertigung und –Technik noch am Anfang steht. Und gerade weil sie die Achillesverse des Elektroautos darstellt, sollte hier der Fokus der Forschung und Entwicklung stehen.
    Außerdem sehe ich die Lösung eben nicht im extrem teuren Leichtbau der Komponenten oder in der immer größeren Reichweite, sondern in der angemessenen Reichweite. Über 90% der täglichen Wege des Durchschnittsdeutschen liegen bei ungefähr 90km. Durch kleinere Batterien werden die Autos nicht nur leichter, sondern auch gleichzeitig günstiger. Für die 10 mal im Jahr, die man größere Strecken zurücklegen möchte, kann man auch ein Auto mieten/sharen. Oder doch mit der Bahn fahren?
    Wenn jetzt noch die Ladeleistungen steigen und die Infrastruktur ausgebaut wird (z.B. durch lokale Photovoltaik-Anlagen), könnten wir nicht nur die Luft in Ballungsräumen sauberer werden lassen, sondern auch klimaneutral unterwegs sein, sind unabhängig vom allgemeinen Strommix und gehen gleichzeitig an der Netzüberlastung vorbei.
    Doch dafür bräuchte es eben solche Visionäre wie es ein Elon Musk ist, um auch die etablierte obere Gesellschaft zum Nachdenken und den Rest der Welt zum Reden zu bewegen.

  • Energie-Experten

    23.03.2018 11:23:08

    Lieber Plopp
    Du sprichst uns aus dem Herzen, wenn du sagst, dass für tägliche Wege auch eine kleinere Reichweite und damit kleinere Autobatterien ausreichen. Deine Vision, dank der Elektromobilität endlich die Luft in Ballungsräumen zu säubern und dank Solarstrom sogar noch klimaneutral unterwegs zu sein, teilen wir zu 200%! Danke, dass du deine Gedanken mit uns geteilt hast.
    Freundliche Grüsse
    Die Energie-Experten

  • John Müller

    06.07.2018 07:13:12

    Was leider aber immer vergessen geht - auch das Recycling von Batterien verbraucht sehr viel Energie und belastet die Umwelt durch Chemieabfälle.

  • Leonid Leiva

    06.07.2018 13:57:34

    Sehr geehrter Herr Müller
    Danke für Ihren Kommentar auf meinen Bericht. Ich kann nicht genau beziffern, wie hoch der Energieverbrauch und die Umweltbelastung beim Recycling von E-Auto-Batterien ausfallen. Generell scheint es beim Recycling um die teureren Metalle Kobalt und Nickel zu gehen. Diese durch Recycling wieder zu gewinnen, statt aus den Minen abzubauen, macht offenbar wirtschaftlich Sinn. Lithium hingegen ist noch zu billig, als dass sich das aufwendige Recycling lohnen würde. Ähnliches gilt für Aluminium, ebenfalls ein Bestandteil der Batterien. All dies kann sich aber radikal ändern, wenn die Stückzahlen wiederverwertbarer Batterien steigen. Dann werden sowohl die Kosten als auch der Energiebedarf pro Kilogramm wieder gewonnener Wertstoffe abnehmen. Zudem entwickeln Forscher und Unternehmen weltweit neue, effizientere Recyclingverfahren. Das könnte ebenfalls die Bilanz verbessern. Was die Umweltbelastung angeht, ist es klar, dass auch das Recycling Auswirkungen hat. Aber die Frage ist: Entstehen beim Recycling grössere oder kleiner Umweltschäden als beim Abbauen, Verarbeiten und Transportieren der primären Metalle? Auch hier wiederum hängt die Antwort davon ab, welche Umweltauswirkungen man genau anschaut. Beim Abbau von Kobalt und Nickel zum Beispiel werden grosse Mengen an Schwefeloxiden emittiert, die in der Atmosphäre zu Feinstaub werden. Auch werden in den Minen grosse Mengen Wasser verschmutzt. Diese zwei Probleme werden durch das Recycling abgemildert. Und natürlich ist das Recycling aus ökologischer Sicht immer noch besser als das Entsorgen der Batterien in Deponien.
    Herzliche Grüsse,
    Leonid Leiva

  • Dür Manfred

    15.07.2018 13:28:09

    Beim CO2 Ausstoss für die Herstellung der Autos wird darauf vergessen, dass ein Elektromotor wesentlich weniger Teile hat und wesentlich einfacher ist. Es wird kein Getriebe, keine Abgasanlage und viele andere Teile werden nicht benötigt. Daher wird für die Herstellung eines Elektroautos, abgesehen von der Batterie, weniger CO2 ausgestossen.

  • Michel

    12.10.2018 12:45:46

    "Doch der Vergleich hinkt an einer wichtigen Stelle. Fairerweise müssten für den Vergleich ein Elektro- und ein Verbrennungsauto der gleichen Grössenklasse herangezogen werden."

    Was hinkt da? Ein Golf bietet ähnlich viel Platz und Zuladung. Dafür dass der gigantisch große und schwere Akku nicht in ein kleineres Fahrzeug passt kann ja der Golf nichts.