Ökobilanz von E-Autos, Brennstoffzelle und Hybrid

So umweltfreundlich sind Elektroautos wirklich

Ein Auto ohne Abgase ist noch lange nicht umweltfreundlich. Zur gesamten Ökobilanz gehört mehr. Wie schneiden E-Autos gegenüber Hybrid- und Wasserstoffautos ab?

  • Björn Tolksdorf
  • Veröffentlicht am 06/12/2020, 09:15 AM
  • Aktualisiert am 08/05/2020, 03:46 PM
Sind Elektroautos tatsächlich emissionsfrei? Wie umweltfreundlich sind sie?
Quelle: picture alliance / Volkmar Heinz/dpa-Zentralbild/ZB Sind Elektroautos tatsächlich emissionsfrei? Wie umweltfreundlich sind sie? Noch immer wird viel über die Ökobilanz der E-Autos diskutiert

Kein Auspuff, keine Abgase. Elektroautos fahren emissionsfrei. So belasten sie die Luftqualität in der unmittelbaren Umgebung nicht. Doch sind Elektroautos damit die umweltfreundlicheren Autos? Dazu muss die gesamte Ökobilanz eines Elektroautos betrachtet werden. Wie viele CO2-Emissionen entstehen über den gesamten Entstehungs- und Lebenszyklus des Strom-Fahrzeugs? Ist es bei dieser Betrachtung immer noch umweltfreundlicher als ein Hybrid-Fahrzeug oder eines mit Wasserstoff-Antrieb? Ab welcher Laufleistung überholt das Elektroauto den Verbrenner in der Umweltbilanz?

Das Wichtigste in Kürze

  • Der Strommix ist entscheidend für die Ökobilanz von E-Autos.
  • Elektroautos rechnen sich erst ab einer bestimmten Laufleistung.
  • Plug-in-Hybride haben kaum Vorteile gegenüber Verbrennern.

Wann sind reine Elektroautos klimafreundlicher als andere Antriebsarten?

Beim Vergleich einzelner Antriebsarten kommt es auf viele Faktoren an. Einer davon ist die Fahrzeugklasse. Denn große Autos brauchen für passable Reichweiten große Akkus. Deren Herstellung ist energieintensiv, verbraucht also viel CO2. Das spielt vor allem bei rein batterieelektrischen Autos eine Rolle und bei Plug-in-Hybriden.

Der ADAC hat vom Johanneum Research Institut in Graz ausrechnen lassen, nach welcher Laufleistung Elektroautos im Vergleich zu anderen Antriebssystemen umweltfreundlicher unterwegs wären. Das Beispiel bezieht sich auf Kompaktwagen wie etwa den VW Golf mit um die 120 PS. Für die Batteriekapazität eines reinen Elektroautos geht der Club von moderaten 40 kWh aus. Dabei wird zwischen dem deutschen Strommix und grünem Strom unterschieden.

KraftstoffStrommix (D 2019)Strom 100 % regenerativ
Benzin (mit 5 % Bioethanol)ab 127.500 kmab 37.500 km
Diesel (mit 7 % Biodiesel)ab 219.000 kmab 40.500 km
Erdgas CNG (mit 15 % Biomethan)nieab 48.000 km
Plug-in-Hybrid (Benzin/Strommix D)ab 103.500 kmab 25.500 km
Plug-in-Hybrid (Benzin/100 % regenerativ)nieab 46.500 km
Brennstoffzelle (H₂ aus Erdgas)am Ende des Autolebensab 15.000 km
Brennstoffzelle (H₂ 100 % regenerativ)nieab 115.000 km

Die Tabelle macht deutlich: Schon beim aktuellen Strommix fahren Elektroautos mittelfristig klimafreundlicher als Benziner, Diesel und Plug-in-Hybride. Autos mit Erdgas-Antrieb überholen sie jedoch zu Lebzeiten nicht. Wird der Strom jedoch zu 100 Prozent aus regenerativen Quellen hergestellt, brauchen sie nur wenige Jahre mit etwa 15.000 Kilometern durchschnittlicher Laufleistung, um in der Klimabilanz besser abzuschneiden als andere Antriebe.


BMW i3
Der i3 rollt emissionsfrei

Der alltagstaugliche Elektro-Kleinwagen von BMW.


Ökobilanz von Fahrzeugen: Was ist das?

Verantwortlich für das Ergebnis ist die Ökobilanz. Die meisten Autofahrer wissen, wie viel Kraftstoff ihr Fahrzeug verbraucht. Doch wer weiß schon, wie energieintensiv die Herstellung war? Kein Wunder also, dass für die meisten Menschen ein umweltfreundliches Auto eines ist, das wenig Abgase ausstößt. Für die Umwelt fängt die Belastung allerdings schon bei der Produktion des Fahrzeugs an. Alle schädlichen Einflüsse von der Herstellung über den gesamten Lebenszyklus bis zum Recycling werden unter dem Begriff Ökobilanz zusammengefasst.

Das Umweltbundesamt erklärt den Begriff als Verfahren, um alle „umweltrelevanten Vorgänge zu erfassen und zu bewerten“. Alle Faktoren, die die Umwelt schädigen können, sollen dabei berücksichtigt werden. Welche Rohstoffe werden eingesetzt? Welche Emissionen entstehen schon vor der Produktion, welche bei der Entsorgung? Welche Schadstoffe oder Treibhausgase entstehen bei der Erzeugung der Energie, die im gesamten Prozess verbraucht wird? Welche beim Transport?

Zusammengefasst fließen folgende Werte in die Ökobilanz:

  • CO2-Emissionen, die bei der Produktion entstehen
  • CO2-Emissionen, die beim Recycling entstehen
  • Klimarelevante Emissionen, die bei der Produktion des Stroms oder Kraftstoffs und dessen Bereitstellung entstehen
  • Emissionen im Fahrbetrieb


Nexo
Hyundai Nexo

Das SUV bietet eine futuristische Schale mit moderner Brennstoffzelle als Kern.


So umweltfreundlich sind Elektroautos

Natürlich entscheiden noch andere Faktoren über die Umweltfreundlichkeit von Elektrofahrzeugen. Elektroautos sind leise und belasten die direkte Umwelt nicht mit Schadstoffen. Ihre Energie stammt aus der Steckdose, einer Ladesäule oder wird während der Fahrt mittels Rekuperation gewonnen. Diese Energie wird in Akkus gespeichert. Die Batterien wiederum speisen den oder die Elektromotoren für den Antrieb wie auch für andere Verbraucher (Klimaanlage, Infotainment, Heizung etc.). Aktuell erreichen Elektroautos je nach Akkugröße Reichweiten von 220 bis mehr als 500 oder sogar 600 Kilometer (laut WLTP).

Bei der Umweltbilanz von Elektroautos spielen zwei Faktoren eine wichtige Rolle: die Batterien und der Strom. Elektroautos benötigen relativ große Batterien. Je größer und schwerer ein Fahrzeug ist, desto leistungsstärker muss die sogenannte Traktionsbatterie sein.

Das Gleiche gilt für die Reichweite. Je weiter das Auto fahren soll, desto größer muss der Akku sein. Die Produktion von Batterien ist CO2-intensiv. Zudem werden seltene sowie schwer abbaubare Rohstoffe wie Lithium oder Kobalt verwendet. Positiv für die Klimabilanz wirkt sich aus, dass Akkus nach ihrem Leben als Traktionsbatterie recycelt und anderweitig als Speicher eingesetzt werden können.

Die Tür eines Elekteroautos ist mit Schriftzug "0g CO2/km" foliert
Quelle: Stefan Kiefer/picture alliance/imageBROKER In den vergangenen Jahren haben Automobilhersteller mit solchen Slogans auf den Autos für die Umweltfreundlichkeit der Fahrzeuge geworben (im Bild ein Modell von Ford im Jahr 2009)

Strommix entscheidet über positive oder negative Ökobilanz

Für die Ökobilanz eines Elektroautos ist darüber hinaus wichtig, wie der Strom gewonnen wird. Der Strommix kommt in Deutschland aus unterschiedlichen Energiequellen. Im Jahr 2019 hatte nach Angaben des Fraunhofer Instituts die Windenergie den größten Anteil, gefolgt von Braunkohle.

  • Windkraft (24,6 %)
  • Braunkohle (19,7 %)
  • Kernenergie (13,8 %)
  • Gas (10,5 %)
  • Steinkohle (9,4 %)
  • Solarenergie (9 %)
  • Biomasse (8,6 %)
  • Wasserkraft (3,8 %)

Der Anteil an erneuerbaren Energien wird in Zukunft steigen und so die Ökobilanz von E-Autos verbessern. Eine Studie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) kommt zu dem Schluss, dass sich der Vorteil von Elektroautos gegenüber Verbrennern im Laufe der Jahre deutlich verbessern wird. Die Studie geht davon aus, dass es während der gesamten Nutzungsdauer des Elektrofahrzeugs – derzeit wird mit zwölf Jahren kalkuliert – eine deutliche Abnahme der spezifischen Treibhausgasemissionen geben wird. Ein Beispiel: Bei einem Fahrzeug, das 2017 neu zugelassen worden ist, soll der Wert von 168 g CO2/km im ersten Jahr auf 100 g CO2/km im letzten Jahr sinken.

So umweltfreundlich sind Wasserstoff-Fahrzeuge

Im Hinblick auf die Emissionen, die während der Fahrt entstehen, ist ein Brennstoffzellenauto (FCV für Fuel Cell Vehicle) genauso sauber wie ein Elektroauto. Zwar haben Brennstoffzellen-Fahrzeuge einen Auspuff, doch hier entweicht lediglich Wasserdampf. Dieser entsteht, wenn Wasserstoff (H2) und Sauerstoff an einer Elektrolytmembran in der Brennstoffzelle aufeinandertreffen und zu Wasser reagieren. Dieser Prozess setzt Energie frei, die sich dann entweder in einer Batterie speichern lässt oder den Elektromotor antreibt. Wasserstoffautos sind also Elektrofahrzeuge – mit dem Unterschied, dass sie den Strom selbst erzeugen.

Doch auch Wasserstoff-Fahrzeuge müssen produziert und entsorgt werden. Das Gute im Vergleich zu batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen: Die Ökobilanz des Wasserstoffautos leidet nicht unter der Produktion großer Akkus. Wasserstoff-Fahrzeuge kommen mit vergleichsweise kleinen Batterien aus.

Woher kommt der Wasserstoff?

Dafür gibt es bei Wasserstofffahrzeugen ein anderes Problem: Der Energieträger Wasserstoff kommt in der Natur nicht vor. Das bedeutet, dass er aufwendig aus fossilen Energien wie Erdgas hergestellt werden muss. Dafür braucht es eine Menge Energie. Weshalb Wasserstofffahrzeuge erst dann klimaneutral über die Straße fahren, wenn Wasserstoff mit erneuerbaren Energien erzeugt wird.

Bei der Energieeffizienz schneiden Wasserstoff-Autos im Vergleich zu Elektroautos nicht so gut ab. Optimal geladene Batterien eines Elektroautos erzielen einen Wirkungsgrad von 90 Prozent. Das heißt, 90 Prozent der Energie aus dem Akku werden in Vortrieb umgesetzt. Brennstoffzellen schaffen nur etwa 50 Prozent. Wird der Wasserstoff künftig aus Ökostrom gewonnen, sinkt die Energieeffizienz nochmals ab. Dann liegt sie nach Meinung von Experten noch bei rund 30 Prozent – das entspricht konventionellen Verbrennungsmotoren.



Wie umweltfreundlich sind Hybridfahrzeuge?

Wer Hybrid sagt und über Autos spricht, meint meist eine Antriebskombination aus Elektro- und Verbrennungsmotor. Der Elektromotor unterstützt den Verbrenner in verschiedenen Fahrsituationen und senkt damit die Emissionen. Dabei muss zwischen unterschiedlichen Hybrid-Systemen unterschieden werden. Als Mikro-Hybrid bezeichnet man ein Auto mit Start-Stopp-Automatik und Rekuperation. Bei einem Mild-Hybrid wird der Verbrennungsmotor von einem kleinen Elektromotor unterstützt bzw. entlastet. Rein elektrisch fahren kann ein Mild-Hybrid jedoch nicht.

Lies hier alles über die Funktionsweise von Mild-Hybriden

Für umweltbewusste Autofahrer wird es ab der Kategorie Voll-Hybrid richtig interessant. Ein Voll-Hybrid kann zumindest eine kurze Strecke rein elektrisch zurücklegen. Die Energie für die elektrische Fahrt stammt entweder vom Verbrenner oder wird mittels Rekuperation gewonnen. Bei einem Plug-in-Hybrid wird die Batterie an der Steckdose geladen. Je nach Kapazität des Akkus können aktuelle Plug-in-Hybride zwischen 30 und 100 Kilometer weit rein elektrisch fahren. Das funktioniert in der Regel bei einer Geschwindigkeit von bis zu 130 km/h.

Der Strom für Dein Elektroauto sollte idealerweise aus erneuerbaren Energien gewonnen werden.
Quelle: Daniel Kalker (dpa) Der Strom für das Elektroauto sollte unter Umwelt-Gesichtspunkten an besten aus erneuerbaren Energien gewonnen werden

Deshalb haben Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge laut offizieller Verbrauchsnorm den geringsten CO2-Ausstoß unter den Hybrid-Autos. Ihre Umweltbilanz fällt jedoch nicht besonders gut aus. Nach Angaben des ADAC erzielt ein Plug-in-Hybrid als Kombination aus Benzin- und Elektromotor beim aktuellen Strommix in Deutschland selbst im Vergleich zum herkömmlichen Benziner keine wesentliche Verbesserung. Der Grund hierfür ist vor allem die Batterie, die sich negativ auf die Klimabilanz auswirkt. Die Reduktion der lokal erzeugten Emissionen kann dies kaum aufwiegen. Zudem stecken in vielen Plug-in-Hybriden leistungsstarke Verbrennungsmotoren. Diese in Kombination mit dem zusätzlichen Gewicht von Batterie und Elektromotor verschlechtern erneut die Ökobilanz.

Außerdem ist zu berücksichtigen, dass viele Plug-in-Hybride im Alltag oft mit leerem Akku unterwegs sind. Die günstigen Verbrauchswerte laut Norm erreichen sie dann nicht annähernd.

Elektro, Hybrid und Wasserstoff im Vergleich

Nach Einschätzung der meisten Experten kann keine pauschale Aussage darüber getroffen werden, welche Antriebsart generell die beste CO2-Bilanz aufweist. Der Automobilclub ADAC stellt beispielsweise fest: „Das Elektroauto ist nicht immer besonders umweltfreundlich. Seine CO2-Bilanz wird von den hohen CO2-Emissionen bei der Batterieproduktion und Strombereitstellung bestimmt.“

Studien belegen diese Einschätzung. Das Joanneum Research Institut in Graz etwa hat im Auftrag des Österreichischen Automobil Clubs (ÖAMTC) und mit Unterstützung des ADAC den ökologischen Fußabdruck einzelner Antriebsarten untersucht und schlüsselt den Verbrauch an Treibhausgasen für jede Phase des Lebenszyklus eines Fahrzeugs auf.

Die Tabelle zeigt die Ergebnisse der Studie. Gemessen wurden Treibhausgase. Die Wissenschaftler fassten hierfür Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄) und Lachgas (N₂O) zu CO2-äq (CO2-Äquivalente) zusammen. Da die Laufleistung ein entscheidender Faktor ist, werden die Ergebnisse auf Gramm pro Kilometer berechnet. So fallen bei der Herstellung eines Dieselfahrzeugs beispielsweise 22,93 Gramm Treibhausgase für jeden später gefahrenen Kilometer an. Ein E-Auto schneidet mit 48,02 Gramm deutlich schlechter ab.

Schadstoffvergleich der einzelnen Antriebsarten

KraftstoffartBenzinDieselErdgas (CNG)Plug-in (aktueller Strommix)Plug-in (Ökostrom)E-Auto (aktueller Strommix)E-Auto (Ökostrom)WasserstoffWasserstoff (Ökostrom)
Fahrzeugherstellung21,1222,9321,1330,6330,6348,0248,0240,5540,55
Kraftstoffbereitstellung38,8726,1226,5989,6422,40124,548,49130,3023,07
Fahrzeugnutzung133,34124,37110,9072,7672,760000
Fahrzeugentsorgungn. m.n. m.n. m.-1,18-1,18-3,53-3,53n. m.n. m.
Gesamt193,33173,42158,62191,85124,16169,0352,98170,8563,62

(Alle Werte in CO2-äq-Emissionen in g/km; n. m.: nicht messbar)

Die Studie zeigt: Aktuell fahren vor allem Fahrzeuge mit Erdgas umweltfreundlich. Dies ändert sich jedoch im gleichen Maß, wie der Strommix in Deutschland zunehmend aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Das Umweltbundesamt geht etwa davon aus, dass in zehn Jahren der überwiegende Teil des deutschen Stroms aus erneuerbaren Energien stammen wird, 2019 waren es gut 46 Prozent. Dabei wird der Anteil an Kohlestrom wegen des Atomausstiegs bis 2030 sogar noch ansteigen.


Toyota Mirai Bild 2
Toyota Mirai

Mit vollem Wasserstoff-Tank fährt der Toyota Mirai bis zu 480 Kilometer weit.


Fazit: Welcher Antrieb ist am umweltfreundlichsten?

Auf diese Frage gibt es keine pauschale Antwort. Zu viele Faktoren spielen in die Ökobilanz von Elektroautos und anderen alternativen Antrieben hinein. Klar ist aber: Je umweltfreundlicher der Strom in Deutschland produziert wird, desto besser die Klimabilanz von Elektroautos. Und je mehr Kilometer gefahren werden, desto eher lohnt sich ein strombetriebenes Fahrzeug.

Die Faktoren im Überblick:

  • Die Verwendung erneuerbarer Energien bei der Fahrzeug-Herstellung verbessert die Treibhaus-Gas-Bilanz unabhängig von der Antriebsart.
  • Bei Elektrofahrzeugen spielt sauberer Strom im Betrieb eine entscheidende Rolle, aber auch bei der energieintensiven Batterieherstellung.
  • Beim aktuellen deutschen Strommix schneiden Erdgasfahrzeuge, deren Kraftstoff 15 Prozent Biomethan beigemischt ist, in der CO2-Bilanz am besten ab.
  • Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren haben noch Verbesserungspotenzial. Mit optimierter Motortechnik, Hybridisierung oder dem Einsatz synthetischer Kraftstoffe könnten sie ihren Kraftstoffverbrauch und die Emissionen reduzieren.

Klar ist jedenfalls, dass es keine Wunderwaffe im Kampf gegen Umwelt- und Luftverschmutzung gibt. Die gute Nachricht ist aber: Die Autos werden umweltfreundlicher – egal, mit welchem Antrieb.


Ratgeber und ServiceElektroHybrid

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