CO2-Bilanz von Elektroautos

Diesen CO2-Fußabdruck hinterlassen E-Autos

CarCoach-Facts: Das Wichtigste in Kürze - Johannes 1

▶ Elektroautos starten mit einer negativen CO2-Bilanz aufgrund der höheren Emissionen bei ihrer Produktion, insbesondere durch die Batterieherstellung

▶ Während des Betriebs stoßen Elektroautos lokal keine Treibhausgase aus und reduzieren ihre CO2-Bilanz um etwa zwei Drittel im Vergleich zu Verbrennungsmotoren

▶ Die CO2-Bilanz von Elektroautos hängt von Faktoren wie der Stromherstellung und der Akkugröße ab. Je geringer die Emissionen bei der Stromherstellung sind und je kleiner der Akku, desto besser die Bilanz

▶ Über den gesamten Lebenszyklus betrachtet emittieren Elektroautos etwa ein Drittel weniger CO2 als Benzinfahrzeuge und ein Viertel weniger als Dieselfahrzeuge

27.03.2023 | Vergleicht man den Lebensweg eines E-Autos mit dem konventionell angetriebener Autos, zeigt sich: Elektroautos starten mit einer negativen CO2-Bilanz; dieses Malus wird gerne als CO2-Rucksack bezeichnet. Er entsteht bei der Produktion; sie setzt rund 30 bis 40% mehr Kohlendioxid frei als die Produktion eines Pkws mit Diesel- oder Benzinmotor. Verantwortlich dafür ist vor allem die Batterie-Herstellung (Anteil ca. 60%). In der Nutzung bauen Elektroautos diese Hypothek sukzessive ab: Am Auspuff erzeugen sie überhaupt keine Treibhausgase; in der gesamten Nutzungsphase ca. zwei Drittel weniger. Genauere Einblicke in die CO2-Bilanz von E-Autos, gibt Dir dieser Ratgeber.

Diese Faktoren beeinflussen die CO2-Bilanz von E-Autos

Beim einem Kompaktklassemodell kann man zum Beispiel davon ausgehen, dass die CO2-Bilanz eines batterieelektrischen Modells nach rund 60.000 bzw. 70.000 Kilometern positiv wird – je nachdem ob man sie mit einem Benziner oder Diesel vergleicht. Dabei gilt:

Je geringer die Emissionen bei der Stromherstellung sind, desto schneller wird die CO2-Bilanz eines Elektroautos besser als die von Verbrennern.
Je kleiner der Akku, umso kleiner der anfängliche CO2-Rucksack.

Wie groß der Vorteil in Bezug auf die CO2-Bilanz am Lebensende ausfällt, hängt schließlich noch wesentlich von der Nutzungsdauer ab. Je länger ein E-Auto gefahren wird, desto besser ist am Ende die Bilanz. Für den Klimaschutz ist letztlich die CO2-Bilanz eines Elektroautos über den gesamten Lebenszyklus – von der Produktion des Fahrzeugs bis zur Verschrottung und zum Recycling – entscheidend.

Über den gesamten Lebensweg betrachtet stoßen E-Autos derzeit rund ein Drittel weniger CO2 aus als Pkws mit einem Benziner; und rund ein Viertel weniger als jene mit Dieselmotoren.
In den nächsten 10 Jahren wird sich die CO2-Bilanz weiter signifikant zugunsten von Elektroautos verbessern; verantwortlich dafür sind neben dem Ausbau der Erneuerbaren Energien vor allem Fortschritte bei der Batterie-Produktion.

E-Auto-CO2-Bilanz ist nicht gleich null

Trotz der vorteilhaften CO2-Bilanz von Elektroautos sollte nicht übersehen werden:

Lokal stoßen E-Autos zwar keine CO2-Emissionen aus – über den gesamten Lebensweg betrachtet sind sie allerdings nicht CO2-neutral.
Der CO2-Ausstoß eines aktuellen kompakten E-Autos beläuft sich am Ende des Lebens, nach rund 13 Jahren oder 150.000 Kilometern, auf rund 25 Tonnen.

Grundsätzlich lässt sich sagen, dass elektrische Antriebe dabei helfen sollen, die Treibhausgasemissionen des Verkehrs erheblich zu reduzieren – und die Folgen des Klimawandels zu mildern. Der Personenverkehr setzt global pro Jahr derzeit rund 4 Milliarden Tonnen CO2 frei – das sind gut 10% der jährlichen Gesamt-Emissionen.

Erfüllen können Elektroautos diese Aufgabe nur, wenn sie eine bessere CO2-Bilanz haben als Autos mit Verbrennungsmotoren.

CO2-Bilanz

Eine Frage des Blickwinkels

Die CO2-Bilanz eines Elektroautos kann für unterschiedliche Zeiträume und in unterschiedlichen Umfängen erfasst werden. Die in der Forschung gängigsten sind:

Treibhausgasemissionen, die im Betrieb erzeugt werden – die Emissionen am Auspuff des Fahrzeugs Nutzungsphase; in der Fachliteratur wird diese Phase Tank-to-Wheel (TtW) bezeichnet, also die Abgase zwischen Tank und Rad.
CO2-Ausstoß durch die Bereitstellung der Energie bzw. der Kraftstoffe – Benzin und Diesel für die Verbrenner, Strom für die Elektroautos; hier spricht man von den Emissionen Well-to-Tank (WtT).
CO2-Bilanz der Nutzungsphase “Well-to-Wheel” – die Summe der “Tank-to-Wheel”- und Well-to-Tank-Emissionen.
Lebenszyklus-Analyse (LCA), sie umfasst die Emissionen des gesamten Lebenswegs eines Fahrzeugs – von der Wiege bis zur Bahre (Cradle-to-grave): von der Förderung der nötigen Rohstoffe bis zur Verschrottung und zum Recycling.

Wie lassen sich verschieden Treibhausgase und Antriebe vergleichen?

Bei der Energiebereitstellung und der Fahrzeugproduktion werden neben CO2 noch andere Treibhausgase frei, nicht zuletzt Methan (CH4). Sie wirken unterschiedlich stark und bleiben unterschiedlich lange in der Atmosphäre.

Um die einzelnen Treibhausgase – mit ihrer spezifischen Treibhausgaswirkung – in dieselbe CO2-Bilanz einbeziehen zu können, verwenden Wissenschaftler ein eigenes Vergleichsmaß mit der sperrigen Bezeichnung CO2-Äquivalent (abgekürzt CO2-Äq., international CO2-eq. oder oft auch THG bzw. international GHG). Methan bleibt bspw. nur rund 12 Jahre in der Atmosphäre, ehe es zerfällt; über 25 Jahre betrachtet wirkt es dennoch 84-mal stärker als Kohlendioxid; über 100 Jahre noch 28-mal so stark.

Umfassende CO2-Bilanzen berücksichtigen alle wichtigen Treibhausgase; sie sind also CO2-Äq.-Bilanzen. Der Einfachheit halber nennen wir sie im Folgenden aber immer CO2-Bilanzen und sprechen von CO2- oder THG- statt CO2-Äq.-Emissionen.

CO2-Bilanz am Auspuff

Die “Tank-to-Wheel”-Emissionen

Bei der CO2-Bilanz am Auspuff sind Elektroautos den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren haushoch überlegen. Der batterieelektrische Antrieb stößt lokal keine Emissionen aus: weder CO2 noch irgendwelche anderen Treibhausgase oder Luftschadstoffe wie Feinstaub, Ruß, Stickoxide oder Kohlenmonoxid.

Diese Bilanz spiegelt sich in den Normverbrauchs-Angaben wider, im NEFZ- oder WLTP-Verbrauch. E-Autos stoßen pro Kilometer 0 Gramm CO2 aus; Verbrennungsmotoren je nach Hubraum und Leistung aktuell um die 100 bis an die 300 Gramm CO2.

CO2-Bilanz der Stromproduktion (“Well-to-Tank”)

Die Treibhausgasemissionen direkt am Auspuff sind jedoch nur ein Teil der Wahrheit. Kein Auto bewegt sich ohne Energie, ohne Treibstoff. Gerade bei batterieelektrischen Autos, den BEVs, sind die Emissionen der Energie-Erzeugung ein wichtiger Schlüssel zu einer positiven CO2-Bilanz. In Deutschland entstehen derzeit rund 40 bis 60 Prozent der Gesamtemissionen eines E-Autos in der Nutzungsphase – bei der Stromerzeugung. Oder anders formuliert: Die CO2-Bilanz der Stromerzeugung beeinflusst die CO2-Bilanz eines Elektroautos maßgeblich. Für eine Bewertung der CO2-Bilanz aller Elektroautos in Deutschland sind die Treibhausgasemissionen der nationalen Stromproduktion ausschlaggebend.

Je höher der Anteil der Erneuerbaren Energie an der gesamten Stromproduktion ist, desto geringer ist der Treibhausgas-Ausstoß bei der Produktion des Fahrstroms für die Elektroautos.

In Deutschland wächst der Anteil der erneuerbaren Energieträger kontinuierlich. 2019 trugen sie knapp 46 Prozent zur gesamten eingespeisten Strommenge bei; im ersten Halbjahr 2021 waren es 44 Prozent, im ersten Halbjahr 2022 49 Prozent. Pro Kilowattstunde Strom ergibt sich daraus ein CO2-Ausstoß von rund 420 Gramm. Bis 2030 soll der Anteil auf mindestens 65 Prozent steigen – und die CO2-Emissionen pro kWh auf rund 300 Gramm sinken. Auf individueller Ebene freilich kann jeder E-Autofahrer die CO2-Bilanz der Stromproduktion beeinflussen.

Wer sein E-Auto mit Strom aus einem guten Ökostromtarif lädt stellt sicher, dass für die verbrauchte Energie erneuerbar erzeugter Strom ins Netz eingespeist wird.
Wer die Möglichkeit hat, sein Elektroauto direkt mit Strom aus einer Photovoltaik-Anlage zu laden, kann die WtW-CO2-Bilanz von 420 auf 50 bis 60 Gramm, also auf rund ein Achtel, verbessern.

Was bedeutet das für die CO2-Bilanz von Elektroautos in Deutschland?

Der Treibhausgas-Ausstoß für die Strombereitstellung eines BEVs beträgt in Deutschland zurzeit rund 70 Gramm CO2-Äq. pro Kilometer – ein Anteil von knapp 50 Prozent an der gesamten CO2-Bilanz eines Elektroautos.

Diese Zahlen nennt das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) in seiner Broschüre “Wie umweltfreundlich sind Elektroautos?”. Sie entstand in Zusammenarbeit mit dem Institut für Energie- und Umweltforschung (Ifeu). Die Zahlen beziehen sich auf ein Modell der Kompaktklasse mit einer Akku-Kapazität von 48 kWh und einer Lebenslaufleistung von 150.000 Kilometern (bspw. ein e-Golf).

Für 2030 rechnet das BMU, dass der Anteil der Energiebereitstellung an der CO2-Gesamtbilanz eines Elektroautos auf 50 Prozent bzw. rund 50 Gramm CO2. pro Kilometer sinken wird.

Resümee: Vor Ort, direkt am Auspuff, stößt ein Elektroauto keine Abgase aus. Irgendwann muss aber jedes BEV Strom nachtanken. Individuell holt man sich die Energie am besten über einen Ökostromtarif oder – noch besser – aus der eigenen PV-Anlage.

Für die Gesamtheit der deutschen Elektroautos ist der aktuelle Strommix ausschlaggebend.

Das bedeutet, dass der Strom, den E-Autos verbrauchen, derzeit pro Kilowattstunde rund 420 Gramm CO2. ausstößt.

Anders gesagt: Ein E-Auto mit einem Verbrauch von 25 kWh kommt mit diesem Strommix auf eine CO2-Bilanz von 105 Gramm pro Kilometer. Wer den Strom aus der eigenen PV-Anlage bezieht, senkt den Ausstoß auf ca. 15 Gramm. Bei einem Pkw mit Verbrennungsmotor liegen die Emissionen Well-to-Wheel – von der Energiequelle bis zum Rad rund zwei Drittel höher. Die CO2-Bilanz eines Elektroautos ist damit allerdings noch nicht vollständig erfasst.

Die CO2-Bilanz der Elektroautos über den gesamten Lebenszyklus – LCA-Emissionen

Entscheidend für den Klimaschutz ist am Ende die gesamte CO2-Bilanz eines Elektroautos – über den gesamten Lebenszyklus. Neben der Nutzungsphase werden auch beim Recycling und bei der Verschrottung Treibhausgase frei; bei einem kompakten Elektroauto rund 840, bei Verbrennern rund 700 Kilo CO2:

Treibhausgas-Emissionen bei der Fahrzeug- und Batterie-Erzeugung

Weitaus größer aber ist der CO2-Ausstoß im Zuge der Fahrzeug- und Batterie-Herstellung. Bei einem kompakten Elektroauto beläuft er sich gegenwärtig auf rund 50-60% der Gesamtemissionen; bei Verbrenner-Modellen auf rund ein Viertel.

Woher rühren diese großen Unterschiede?

Die Produktion des Basisfahrzeugs eines Elektroautos benötigt in der Regel zwar etwas weniger Stahl bzw. Eisen und weniger Kunststoffe – dafür aber mehr Aluminium und Ressourcen für die Elektronik. Insgesamt ist die CO2-Bilanz eines Elektroautos fürs Basisfahrzeug derzeit noch ein wenig schlechter als die eines Verbrenners. Am Ende ist es aber die Batterie, welche die CO2-Bilanz zurzeit zuungunsten des Elektroautos verändert – und das erheblich. Verantwortlich dafür sind die energieintensive Zellfertigung und energieintensive Ressourcen wie Aluminium, Lithium etc. Gegenwärtig gehen Wissenschaftler davon aus, dass bei der Batterie-Herstellung pro kWh Speicherkapazität rund 100 bis 150 Kilo CO2 frei werden. Wie schwer die Batterie in der Gesamt-Bilanz eines E-Autos wiegt, zeigt ein Vergleich Kompaktmodelle mit 1,3 bis 1,5 Tonnen.

Die Produktion eines Verbrenners setzt derzeit knapp 7 Tonnen Treibhausgase frei; bei der Herstellung eines BEVs gleicher Größer sind es gut 12 Tonnen CO2; allein 5 Tonnen fallen dabei auf den Akku (angenommene Kapazität 35 kWh). [IFEU Klimabilanz Arge Abbildung 14 und S42f]] Im Umkehrschluss heißt das aber auch: In der Batterie-Produktion steckt enormes Einsparungspotential. Die Technologie ist noch relativ jung, mit neuen Speichertechnologien und Verbesserungen im Fertigungsprozess wird sich der THG-Ausstoß Schritt für Schritt verbessern. Andere Fertigungsstandorte, etwa vermehrt in Europa, werden die Emissionen zusätzlich senken. Bis 2030 könnten sich die CO2-Emissionen der Batterie-Herstellung damit möglicherweise halbieren.

LCA – die gesamte CO2-Bilanz von Elektroautos

Fassen wir die einzelnen CO2-Bilanzen aus den verschiedenen Lebensphasen zusammen, ergibt sich derzeit folgendes Bild – auf der Grundlage der Broschüre des BMU und der Meta-Studie des Ifeu aus dem Jahr 2019:

Elektroautos starten im Vergleich mit Pkws mit Verbrennungsmotoren mit einer negativen CO2-Bilanz: i.e. einer CO2-Last von knapp 6 Tonnen. Die Herstellung eines BEVs setzt rund doppelt so viel CO2-frei wie die von ICEVs.
Durch den geringeren CO2-Ausstoß bei der Energiebereitstellung und die vollkommene Emissionsfreiheit am Auspuff, bauen Elektroautos diese Last Stück für Stück ab.
Bei einem batterieelektrischen Kompaktmodell kann man davon ausgehen, dass es einen vergleichbaren Benziner nach rund 60.000 Kilometer in der CO2-Bilanz überholt; einen Diesel lässt das BEV nach rund 70.000 Kilometer hinter sich.
Am Ende des Lebenswegs, bspw. nach einer Laufleistung von 150.000 Kilometer (im Schnitt rund 13 Jahren), stößt ein kompakter Benziner pro gefahrenem Kilometer zurzeit rund 230 Gramm CO2 aus; bei einem Diesel sind es ca. 210 – bei einem Elektroauto jedoch nur rund 160 Gramm CO2.

In den kommenden Jahren wird sich die CO2-Bilanz weiter zugunsten der Elektroautos verbessern. Bis 2030 dürfe der CO2-Ausstoß von Benzinern zwar auf 210 bzw. 195 Gramm sinken, jener der Elektroautos aber auf rund 120 Gramm.

Elektroautos haben zu Beginn ihrer Lebensdauer eine negative CO2-Bilanz aufgrund der hohen Emissionen während ihrer Produktion, insbesondere bei der Herstellung der Batterien. Während des Betriebs stoßen Elektroautos jedoch keine Treibhausgase aus und reduzieren ihre CO2-Bilanz erheblich im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsfahrzeugen. Diese Bilanz hängt von Faktoren wie der Art der Stromerzeugung und der Akkugröße ab. Über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg emittieren Elektroautos immer noch weniger CO2 als Benzinfahrzeuge und Dieselfahrzeuge. Zukünftige Fortschritte in der Batterieproduktion und erneuerbare Energien werden voraussichtlich die CO2-Bilanz von Elektroautos weiter verbessern, aber sie sind derzeit noch nicht vollständig CO2-neutral.