E-Mobilität. Ein wirksamer Beitrag zum Umweltschutz?


Hausarbeit, 2017
24 Seiten, Note: 1,3

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Ressourcenbetrachtung der Elektroautos
2.1. Klimabilanz der Rohstoffgewinnung in der Fahrzeugherstellung
2.2. Modellierung der Energiebereitstellung
2.3. Auswirkungen auf die Energiewirtschaft

3. Fahrzeugnutzung im Kontext der Umwelt

4. Verwertung der Batterie nach der Fahrzeugnutzung

5. Fazit

Literatur- und Quellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: CO2 Emissionen verschiedener Fahrzeuge

Abbildung 2: Anteile der Treibhausgase an den Emissionen

Abbildung 3: Treibhausgasemissionen heute und 2030

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1.Einleitung

In den vergangenen Jahren sind die Klimaproblematik und die Verknappung der Erdölvorkommen vermehrt in den Fokus gerückt, weshalb die Bundesregierung das Potential und die Notwendigkeit eines alternativen Antriebskonzeptes erkannt und ein nationales Entwicklungsprogramm für die Elektromobilität ins Leben gerufen hat. In dem die Bundesregierung fordert: „Bis zum Jahr 2020 sollen mindestens eine Million und bis 2030 mindestens sechs Millionen Elektrofahrzeuge auf den Straßen fahren.“1

Häufig wird die E-Mobilität als zentraler Baustein eines nachhaltigen und klimaschonenden Verkehrssystems interpretiert und wird als Lösungsweg für die Klimaproblematik dargestellt. Wie wirkt sich jedoch die Elektromobilität auf ihr Umfeld aus und was sind ihre Kehrseiten?

Die Elektromobilität wird im Allgemeinen als eine durch einen Elektromotor angetriebene Mobilität verstanden. Schon seit geraumer Zeit sind große Teile des Schienenverkehrs elektrisch und bilden somit einen etablierten Bestandteil der Elektromobilität. Auch elektrische Zweiräder wie Pedelecs und E-Bikes, die in den letzten Jahren eine zunehmende Verbreitung erfuhren, können der Elektromobilität zugeordnet werden.2 Aufgrund der aktuellen Relevanz konzentriert sich die Hausarbeit auf den Schwerpunkt der Personenkraftwagen, die rein elektrisch betrieben werden. Hybridfahrzeuge sind kein Bestandteil der Analyse und weitere Betrachtungen in Bezug auf ÖPNV und Zweirädern können leider nicht berücksichtigt werden.

Ziel und Inhalt dieser Arbeit ist es, eine Analyse zum Thema Elektromobilität unter dem Aspekt der Ökologie zu betreiben, indem der gesamte Lebensweg eines Elektroautos betrachtet wird. Einzelne Lebensabschnitte wie Fahrzeugherstellung, -nutzung und -verwertung werden im Kontext des Ressourcenverbrauches und der ökologischen Faktoren untersucht. Abschließend soll die Problemfrage, ob die E-Mobilität ein wirksamer Beitrag zum Umweltschutz ist, aufgegriffen und anhand der ermittelten Aspekte beantwortet werden.

2. Ressourcenbetrachtung der Elektroautos

Der erste Teil der Analyse der Umweltauswirkungen von Elektroautos beschäftigt sich mit der Herstellung der Fahrzeuge und der Gewinnung der dafür benötigten Rohstoffe. Außerdem wird die Energiebereitstellung für Elektroautos innerhalb der Fahrzeugnutzung betrachtet. Der Fokus liegt dabei auf den möglichen Umweltauswirkungen.

2.1.Klimabilanz der Rohstoffgewinnung für die Fahrzeugherstellung

Die Herstellung von Elektrofahrzeugen verursacht mehr als die doppelte Menge an CO2 Emissionen als die von herkömmlichen Autos. Auch der Ressourcenverbrauch für die Fahrzeugherstellung ist enorm hoch. Von der Rohstoffgewinnung bis zur tatsächlichen Nutzung eines Elektroautos ist es ein sehr langer Weg.3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: CO2 Emissionen verschiedener Fahrzeuge

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Teufel et al. (2015), online

Aus der vorhergehenden Abbildung ist zu entnehmen, dass die gesamten CO2 Emissionen von Elektroautos fast genauso hoch sind, wie die der herkömmlichen Autos. Betrachtet man die Abbildung jedoch genauer, fällt schnell auf, dass ein großer Teil der CO2 Emissionen bei Elektroautos schon bei der Fahrzeugherstellung entstehen. Man spricht daher auch von der sogenannten „ökologischen Hypothek“4.

Denn schon vor der eigentlichen Nutzung wird bei der Herstellung eines Elektroautos enorm viel CO2 ausgestoßen.

Ein Elektroauto besteht, wie ein herkömmliches Auto, aus vielen verschiedenen Bauteilen. Jedoch hat das Elektroauto, anders als das herkömmliche Auto, keinen Verbrennungsmotor, sondern einen Elektromotor. Neben vielen anderen Bauteilen ist auch die Lithium-Ionen-Batterie Teil des Elektroautos. Diese wiegt ca. 300 Kilogramm und beinhaltet etwa drei Kilogramm Lithium, das als Ladungsträger dient. Außerdem besteht die Lithium-Ionen-Batterie noch aus einigen Kilogramm Elektrodenmaterialien wie Nickel, Mangan und Kobalt. Schon bei der Rohstoffgewinnung für die Batterie beginnt die Problematik. Lithium ist ein wertvolles und seltenes Metall, das in den unberührten Salzseen von Bolivien, Argentinien und Chile lagert. Das Lithium wird durch Verdampfen gewonnen und verbraucht dabei große Mengen des Grundwassers aus den Salzseen.5 Über die Hälfte der weltweiten Kobalt-Reserven befindet sich in Mienen im Kongo. Dort kommen Korruption und Menschenrechtsverletzungen nicht selten vor. Laut UNICEF arbeiten in diesen Mienen über 40.000 Kinder.6

Die Rohstoffe für die Herstellung der Elektroautos werden meist in Ländern abgebaut, in denen wenig auf Umweltschutz geachtet wird. Neodym beispielsweise ist ein Seltenerdmetall, das in China abgebaut und aufbereitet wird. Es wird zwingend für die Herstellung der Elektromotoren benötigt, denn es macht Magneten noch magnetischer und somit werden die elektrischen Eigenschaften optimiert. Der Abbau und die Aufbereitung sind sehr aufwendig und umweltschädlich. Seltenerdmetalle, wie Neodym, sind Metalle, die nur in kleinen Mengen in der Natur vorkommen. Für den Abbau werden unzählige Arbeitsschritte benötigt und jeder dieser Schritte benötigt eine Unmenge an Energie.7 Dabei entstehen umweltschädliche radioaktive Abfallprodukte. Es gibt zwar ein Gesetz um die Umwelt zu schützen, jedoch wird dieses nicht beachtet, denn illegaler Abbau und Korruption sind in China an der Tagesordnung.8 Des Weiteren werden in China auch viele der Batterien für die Elektrofahrzeuge, unter sehr hohen Stromverbrauch, hergestellt. Problematisch dabei ist, dass vor allem im Norden Chinas ein Großteil des Stromes aus ineffizienten Kohlekraftwerken stammt, die allein schon große Mengen an CO2 ausstoßen.9 Für die Klimabilanz ist der Ort der Herstellung entscheidend, denn der größte Teil der Emissionen entsteht dort.10

Bei der Herstellung der Lithiumbatterie des Elektroautos wird eine Unmenge an Energie gebraucht; für die Rohstoffgewinnung aber auch für die Verarbeitung der Rohstoffe. Das schwedische Umweltinstitut IVL hat eine Studie zur Klimabilanz der Elektroautos durchgeführt. Diese besagt, dass bei der Herstellung der Batterie pro speicherbare Kilowattstunde, neben anderen Treibhausgasen, zwischen 150 und 200 Kilogramm CO2 ausgestoßen werden. Beispielsweise kann die Batterie eines Tesla Model S, 86 Kilowattstunden speichern. Wenn man also die Emissionen für die Herstellung einer Kilowattstunde hochrechnet auf 86 Kilowattstunden, der Batterie des Tesla Models S, ergibt sich ein Ausstoß von ca. 15 Tonnen Treibhausgasen alleine für die Herstellung der Batterie. Mit einem Benzinauto müsste man ca. 100.000 km, das entspricht in etwa 8 Jahren, fahren um denselben Ausstoß zu verursachen.11

Da alleine die Batterie der Elektroautos schon ziemlich schwer ist, muss bei den anderen Bauteilen auf das Gewicht geachtet werden, damit der Energieaufwand für die Fortbewegung vermindert werden kann.12 Daher werden die Leichtbaukarosserien der Elektroautos meist aus dem Leichtmetall Aluminium hergestellt. Dieses wird aus den Erz Bauxiten, die größtenteils in den tropischen Regenwäldern liegen, gewonnen. Für die Gewinnung wird sehr viel Energie benötigt und am Ende bleibt ein Rotschlamm, der mit Schwermetallen und Natronlauge versetzt ist, übrig. Die Rotschlammdeponien werden oft durch den starken Regen überschwemmt, wodurch es zu Vergiftung der Gewässer und Böden kommt. Außerdem findet der Abbau von Aluminium in den Erz Bauxiten der Regenwälder über Tag statt. Daher kommt es dort nicht selten zur Abholzung der Regenwälder.13

Die wertvollen und seltenen Rohstoffe, für die Herstellung von Elektroautos, haben einen langen, umweltschädlichen Weg hinter sich, bis sie letztendlich bei den Fahrzeugherstellern angekommen sind. Wenn zukünftig wirklich so viele Elektroautos hergestellt werden sollen, wie geplant, dann muss die Herstellung hinsichtlich des Umweltschutzes deutlich verbessert werden, damit sich auch die Klimabilanz für die Herstellung von Elektroautos verbessert.

2.2. Modellierung des Energieverbrauchs

Die deutsche Energiewirtschaft befindet sich seit dem Jahr 2012 in einem Transformationsprozess. Fukushima war der Auslöser für den Ausstieg Deutschlands aus der Kernenergie, sowie das Pariser Abkommen im Jahr 2016 mit dem Ziel, die Klimaerwärmung aufzuhalten. Dadurch hat sich der Prozess der Energiewende erheblich beschleunigt. Der prozentuale Anteil der erneuerbaren Energien wächst in den letzten Jahren stetig und beläuft sich mittlerweile auf 31,7 Prozent14 der gesamten Energiebereitstellung Deutschlands.15 Die verbleibenden 68,3 Prozent basieren hauptsächlich auf fossilen Energieträgern wie Braunkohle (23,1%), Kernenergie (13,1%), Steinkohle (17,0%) und Erdgas (12,1%)16, welche hauptverantwortlich für die CO2-Emissionen in der Energiebereitstellung der Elektroautos sind und sich negativ auf die Ökobilanzierung17 auswirken. Um dies zu verdeutlichen, wird im Folgenden das Well-to-Tank Konzept mit in die Analyse einbezogen, um die BEVs anhand ihrer CO2-Emissionen bei der Stromerzeugung und -bereitstellung besser vergleichen zu können. Die Well-to-Tank-Kette besteht aus 3 Stufen: die Förderung von Ressourcen, die Verarbeitung von Rohstoffen in Raffinieren oder Kraftwerken zur Energiegewinnung und die Verteilung des Stroms über verschiedene Netzebenen. Anhand dieses Konzeptes wird berechnet, dass schon heute ein mit dem deutschen Strommix geladenes Elektroauto nur 85 Gramm CO2-Äquivalent18 pro Kilometer ausstößt, welche freigesetzt werden aufgrund der Energieerzeugung und -bereitstellung des heutigen Strommix. Dennoch sind das circa 20 Prozent weniger CO2-Äquivalente als Fahrzeuge mit fossilen Kraftstoffen, die mit mehr als 100 Gramm im Vergleich dazu ein schlechteres Ergebnis erzielen. Wenn man davon ausgeht, dass die Stromerzeugung nur durch Steinkohlekraftwerke erfolgt, dann würde ein Elektroauto, allein durch die Nutzung des Stroms, bis zu 30 Prozent mehr CO2-Äquivalente produzieren. Auf der anderen Seite, wenn man den Strom nur aus erneuerbare Energien beziehen würde, dann wäre eine Senkung der Emissionen um circa 90 Prozent die Folge.19 Die restlichen 10 Prozent entstehen durch die Bereitstellung der Baustoffe, sowie der Energieaufwand zur Fertigung der Anlagen für erneuerbare Energien.20 Anhand dieses Konzeptes wird deutlich, dass Elektrofahrzeuge nur eine relativ positive Energiebilanz aufweisen können, wenn der Strom mit dem sie fahren, aus erneuerbaren Energien besteht.21

2.3. Auswirkungen auf die Energiewirtschaft

Die Bundesregierung mit dem damaligen Umweltminister Sigmar Gabriel (SPD) startete im Jahr 2011 das Regierungsprogramm Elektromobilität mit dem Ziel, bis 2020 eine Millionen Elektroautos auf die deutschen Straßen zu bringen und bis 2030 sechs Millionen.22 Die Einführung von Elektrofahrzeugen wird jedoch unweigerlich zu einer stärkeren Interaktion zwischen der Mobilität und dem Elektrizitätssektor führen. Vor allem wenn man das Regierungsprogramm zur Elektromobilität betrachtet, wird in Zukunft die Verbreitung der Elektroautos ansteigen, wodurch der Strombedarf zu einem relevanten Faktor innerhalb des Energiesystems wird und sich auf den Betrieb von Kraftwerken und Netzinfrastrukturen auswirkt. Da ein Elektroauto ein neuer bzw. zusätzlicher Stromverbraucher darstellt, würde der zukünftige Bedarf am europäischen Stromverbrauch fast 5 Prozent bis zum Jahre 2030 ausmachen und bis 2050, schätzt man, dass es sogar auf 10 Prozent ansteigen wird.23 Um diesen Bedarf decken zu können, werden erhebliche zusätzliche Erzeugungskapazitäten erforderlich sein. Und um welche Art von zusätzlichen Erzeugungskapazitäten es sich dabei handelt, ist später ausschlaggebend für die Klimaauswirkung der Elektromobilität, weshalb im Folgenden zwei verschiedene Szenarien betrachtet werden:

Es besteht die Gefahr, dass bei erhöhter Stromnachfrage, entweder neue Kraftwerke gebaut werden oder marginale Kraftwerke zum Einsatz kommen wie beispielsweise ältere Steinkohlekraftwerke, die länger zur Stromerzeugung herangezogen werden als ursprünglich geplant war oder zu einer erhöhten Auslastung der bestehenden Kraftwerke führt. Daraus folgt, dass es zu keinem Klimaentlastungseffekt kommen kann, da Kern- und Kohlekraftwerke eine erhebliche negative Umweltauswirkung haben und zu dem, nicht in den von der Regierung geplanten, zukünftigen Energiesektor passen. Stattdessen wäre es besser zusätzliche erneuerbare Kapazitäten zu installieren, um die erforderlichen zusätzlichen Kohle- und Kernkraftkapazitäten zu ersetzen.24

Da sich unser Energiesystem in einem Umbruch befindet hinsichtlich der Energiewende, wird im zweiten Szenario davon ausgegangen, dass der Schwerpunkt der Energieerzeugung für den zusätzlichen Strombedarf hauptsächlich auf erneuerbaren Energien liegt. Laut dem EEG sollen die Stromerzeugungskapazitäten aus erneuerbaren Energien im Jahr 2025 40 bis 45 Prozent und im Jahr 2035 55 bis 60 Prozent betragen.25 Daraus ergibt sich, dass das EEG ein entscheidendes Instrument für die Zunahme des Klimavorteils des Elektroautos ist und dadurch sogar seinen „Geburtsnachteil“ ausgleichen kann. Da ein Elektrofahrzeug in der Fahrzeug- und Batterieproduktion in der Regel mehr CO2 freisetzt als ein PKW mit Verbrennungsmotor, kann dieser Geburtsnachteil in vielen Fällen durch den Einsatz erneuerbarer Energien ausgeglichen werden und zusätzlich die Klimawirkung deutlich verbessern, sodass ab 30.000 km der zusätzliche Klimaeffekt der Batterieproduktion im Vergleich zu einem konventionellen Auto, welches mit fossilem Treibstoff betrieben wird, kompensiert wird.26

Jedoch besteht bei den erneuerbaren Energien eine gewisse Grundproblematik, da sie zusätzlich neue Landfläche beanspruchen, kommt noch hinzu, dass die Energie aus Wind, Wasser und Sonne abhängig von den naturgegebenen Umständen ist.27 Das bedeutet, wenn extrem tiefe Temperaturen herrschen, kein Wind weht und die Sonne nicht scheint und gleichzeitig Kraftwerke wegfallen bzw. ausfallen, könnte dies zu einer Versorgungslücke führen. Um dieser Stromknappheit zu entkommen, müsste man den Strom anderweitig besorgen beispielsweise durch den Import aus dem Ausland. Jedoch wird im umliegenden Ausland hauptsächlich noch mit Kernenergie und Kohlekraftwerken Strom produziert.28 Jedoch sollte die Nutzung von zusätzlichen fossilen und nuklearen Kraftwerkskapazitäten vermieden werden, wodurch der Verkehrssektor den Energiesektor nicht zusätzlich belasten würde hinsichtlich der CO2-Emissionen. Daraus wird schnell deutlich, dass die Optimierung der Energiewirtschaft das primäre Handlungsfeld zur Steuerung der Klimawirkung ist.

[...]


1 Die Bundesregierung 2009, S.10

2 Vgl. Helms et al. 2016, S.69

3 Vgl. Schrader 2017, online

4 Janzing 2017, online

5 Vgl. Jungblut 2017, online

6 Vgl. Kern 2017, online

7 Vgl. Prescher 2016, online

8 Vgl. Tuil 2015, online

9 Vgl. Schrader 2017, online

10 Vgl. Janzing 2017, online

11 Vgl. Götze 2017, online

12 Vgl. Brünglinghaus 2016, online

13 Vgl. Tuil 2015, online

14 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) 2016, online

15 Vgl. Hawig 2017, Elektromobil durch die Zukunft. S.24

16 Vgl. Agora Energiewende (Hrsg.) 2017, S.11

17 systematische Analyse der Umweltwirkungen von der Produktion, Nutzung und Entsorgung

18 CO2-Äquivalent oder auch das Treibhauspotenzial, ist eine Maßeinheit zur Vereinheitlichung der Klimawirkung der unterschiedlichen Treibhausgase

19 Vgl. Kujau 2013, online

20 Vgl. Helms et al. 2016, S.163

21 Vgl. Bundesumweltministerium (Hrsg.) 2016, S.1

22 Vgl. Bundesregierung 2011, S.10

23 Vgl. European Environment Agency (Hrsg.) 2016, online

24 Vgl. Michaeli et al. 2015, S.79

25 Vgl. Öko-Institut e.V. (Hrsg.) 2017, S.4

26 Vgl. Ifeu - Institut für Energie und Umweltforschung (Hrsg.) 2011, S. 18

27 Vgl. Steingart (Hrsg.) 2017, online

28 Vgl. ebenda

Ende der Leseprobe aus 24 Seiten

Details

Titel
E-Mobilität. Ein wirksamer Beitrag zum Umweltschutz?
Hochschule
Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen; Standort Nürtingen  (Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen)
Veranstaltung
Methodische Grundlagen 1
Note
1,3
Autor
Jahr
2017
Seiten
24
Katalognummer
V489890
ISBN (eBook)
9783668974456
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
Die Hausarbeit war eine Gruppenhausarbeit.
Schlagworte
emobilität, autos, automobilindustrie, strom, autonomesfahren
Arbeit zitieren
Katharina Koch (Autor), 2017, E-Mobilität. Ein wirksamer Beitrag zum Umweltschutz?, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/489890

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