CO2-Bilanz von Elektroautos. Potentiale und Risiken der Elektromobilität

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Anhangsverzeichnis

Abkurzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Hintergrund
1.2 Ziel der Arbeit und Fragestellung
1.3 Aufbau der Arbeit und Vorgehensweise

2 Allgemeines zum Klimawandel, Treibhauseffekt und der Elektromobilitat
2.1 Klimawandel und Treibhauseffekt
2.1.1 Klimawandel
2.1.2 Treibhauseffekt
2.2 Technischer Hintergrund der Elektromobilitat
2.2.1 Definition Elektromobilitat
2.2.2 Fahrzeugtypen
2.2.3 Anforderungen Elektromotor
2.2.4 Motorarten
2.2.5 Reoperation
2.2.6 EnergiespeicherAkku
2.2.7 Ladearten und Ladeinfrastruktur
2.2.8 Vor- und Nachteile des Elektroantriebs
2.2.9 Potentiale und Risiken der Elektromobilitat

3 Methodik-Okobilanzierung
3.1 Definition
3.2 Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
3.3 Sachbilanz
3.4 Wirkungsabschatzung
3.5 Auswertung

4 Analyse-Okobilanz
4.1 Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
4.2 Sachbilanz
4.2.1 Produktionsphase
4.2.2 Betriebsphase
4.2.3 Verwertungsphase
4.3 Wirkungsabschatzung
4.3.1 Produktionsphase
4.3.2 Betriebsphase
4.3.3 Verwertungsphase
4.3.4 Zusammenfassung Ergebnisse aller Phasen
4.4 Auswertung
4.4.1 Lokalisieren signifikanter Parameter
4.4.2 Sensitivitatsanalyse
4.4.3 Vollstandigkeitsprufung
4.4.4 Konsistenzprufung
4.4.5 Einschrankungen / Kritik

5 Fazit

Literaturverzeichnis

Anhang

Executive Summary

Energiewende und Klimawandel sind in aller Munde. Um den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur zu begrenzen, verstandigte sich die Politik auf ein Klima-Abkommen. Ein Schlussel hierfur soil die Elektromobilitat sein. Doch fahren Elektrofahrzeuge wirklich klimaschonender als konventionelle Fahrzeuge?

Diese Frage soil in dieser Arbeit, mit Hilfe einer vergleichenden Okobilanz beantwortet werden. Zuerst werden Begriffe wie Klimawandel, Treibhauseffekt definiert und die Elektromobilitat beleuchtet. Im Kern der Arbeit wird die vergleichende Okobilanz fur ein Diesel-, Benzin- und ein Elektrofahrzeug aus der Mittelklasse und fur alle Lebensphasen durchgefuhrt. Die Resultate aus der Sachbilanz werden auf die funktionelle Einheit von einen Kilometer normiert, um die Fahrzeuge vergleichen zu konnen.

Die Ergebnisse von den Elektrofahrzeugen sind stark abhangig vom verwendeten Strom-Mix, Akku-Lebensdauer und der damit verbundenen Gesamtfahrleistung des Fahrzeugs. Mit einer Sensitivitatsanalyse wird in zwei Szenarien untersucht, wie sich eine Verminderung des Verbrauchs beim konventionellen Fahrzeug und eine Veranderung des Strom-Mix, auf 100 Prozent regenerative Energien, auf die Okobilanz auswirken.

Diese Arbeit kommt zu dem Resultat, dass die Okobilanz der Elektrofahrzeuge besser ist als die von konventionellen Fahrzeugen.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung l_Klimaziele der Bundesregierung bis 2050

Abbildung 2_Naturlicher Treibhauseffekt

Abbildung 3_Komponenten und Antrieb im VW E-Up

Abbildung 4_0berblick Ladesystem und Ladeinfrastruktur

Abbildung 5_Ladestation eines Elektrofahrzeugs

Abbildung 6_Schematische Darstellung eines Lebenszyklus eines Produkts

Abbildung 7_Komponenten einer Okobilanz

Abbildung 8_Begriffsbeispiel einer Wirkungsabschatzung

Abbildung 9_Schematische Darstellung / Konzept der Wirkungsabschatzung

Abbildung 10_Beispielrechnung „Charakterisierung von Ergebnissen"

Abbildung ll_Systemflussbild konventionelles und elektrifiziertes Fahrzeug

Abbildung 12_Zusammenfassung Ergebnisse - Emissionen aus Produktion

Abbildung 13_EntstehenderTreibhauseffekt aus Lander-Strom-Mix

Abbildung 14_Zusammenfassung Ergebnisse - Betriebsphase

Abbildung 15_Zusammenfassung Ergebnisse - Verwertungsphase

Abbildung 16_Ergebnisse: Treibhauseffekt aus Produktionsphase pro Kilometer (FE)

Abbildung 17_Ergebnisse: Treibhauseffekt aus Betriebsphase pro Kilometer (FE)

Abbildung 18_Ergebnisse: Treibhauseffekt aus Verwertungsphase pro Kilometer (FE)

Abbildung 19_Zusammenfassung Ergebnisse aller Phasen bezogen auf FE

Abbildung 20_Prozentualer Anteil der verschiedenen Phasen

Abbildung 21_Anteile, Emissionen der Produktionsphase in Prozent

Abbildung 22_Sensitivitatsanalyse: Szenario verminderterTreibstoffverbrauch

Abbildung 23_Emissionen regenerative Energie pro kWh

Abbildung 24_Emissionen regenerative Energie pro km

Abbildung 25_Sensitivitatsanalyse: Emissionen aus regenerativen Energien

Abbildung 26_Sensitivitatsanalyse: Szenario veranderter Strom-Mix

Tabellenverzeichnis

Tabelle l_Fahrzeugtypen Elektrofahrzeuge

Tabelle 2_0berblick Elektromotoren

Tabelle 3_Ladebetriebsarten

Tabelle 4_GWP-Charakterisierungsfaktoren

Tabelle 5_Schematischer Aufbau der untersuchten Fahrzeuge

Tabelle 6_Ergebnisse: Treibhauseffekt aus Produktionsphase pro Fz., pro km

Tabelle 7_Ergebnisse: Treibhauseffekt aus Betriebsphase, pro Fz., pro km

Tabelle 8_Ergebnisse: Treibhauseffekt aus Verwertungsphase, pro Fz., pro km

Tabelle 9_Zusammenfassung Ergebnisse aller Phasen bezogen auf FE

Tabelle 10_Prozentualer Anteil der Emissionen aus versch. Phasen

Tabelle ll_Sensitivitatsanalyse: Szenario verminderterTreibstoffverbrauch

Tabelle 12 Sensitivitatsanalyse: Veranderter Strom-Mix -> Elektro-Pkw mit Okostrom

Anhangsverzeichnis

Anhang 1 Materialdatenbasis (Produktion und Verwertung)

Anhang 2 Prozesse - Datenbasis (Produktion und Verwertung)

Anhang 3 Emissionen Produktion: Rumpf + Anbauteile -> Materialeinsatz

Anhang 4 Emissionen Produktion: Rumpf + Anbauteile-> Prozesse

Anhang 5 Emissionen Produktion: Antrieb (konv. Fz.) -> Materialeinsatz

Anhang 6 Emissionen Produktion: Antrieb (konv. Fz.) -> Prozesse

Anhang 7 Emissionen Produktion: Antrieb (el. Fz.) -> Materialeinsatz

Anhang 8 Emissionen Produktion: Antrieb (el. Fz.) -> Prozesse

Anhang 9 Emissionen Produktion: Akku (el. Fz.) -> Materialeinsatz

Anhang 10 Emissionen Produktion: Akku (el. Fz.) -> Prozesse

Anhang 11 Zusammenfassung Emissionen aus Produktion

Anhang 12 Emissionen Betriebsphase: konventionelle Fahrzeuge

Anhang 13 Emissionen Betriebsphase: Elektrofahrzeug

Anhang 14 Treibhauseffekt und Energieaufwand fur Prozesse bei Verwertung

Anhang 15 Emissionen Verwertungsphase: Konventionelle Fahrzeuge

Anhang 16 Emissionen Verwertungsphase: Elektrisches Fahrzeug

Anhang 17 Elektrisches Fahrzeug / Akkumulator - Ergebnisse Verwertungsphase

Anhang 18 Sensitivitatsanalyse: Szenario „verminderter Verbrauch" - Detail

Anhang 19 Sensitivitatsanalyse: Szenario „Strom-Mix" - Detail

Abkurzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Hintergrund

Die Energiewende und der Klimawandel¹ zahlen seit langerer Zeit zu den Top-Themen fur Politik, Industrie, Verbraucher und Medien. Aufgrund des Abgasskandals 2016, ausgelost von Europas groRtem Automobilhersteller, der Volkswagen AG, ist es nicht verwunderlich, das Schlagworter wie „Feinstaub-Alarm", „C02-Emissionen", und „Fahrverbote in Innenstadten" in aller Munde sind.

Auch die Politik verstandigte sich, beim Klima-Abkommen von Paris 2015 darauf, dass die Staatengemeinschaft den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf deutlich unter zwei Grad im Vergleich zum vorindustriellen Niveau begrenzt. Dafur ist ein drastischer Ruckgang bei den C02-Emissionen unerlasslich. Ein Ausstieg aus der fossilen Energie im Kampf gegen den Klimawandel scheint sich auf intemationaler Ebene deswegen weitgehend durchgesetzt zu haben (vgl. Trost 2017).

Urn die Ziele des Klima-Abkommen einzuhalten richtet der Gesetzgeber u.a. besonderes Augenmerk auf den C02-AusstoR der Kraftfahrzeuge. Es werden Grenzwerte festgelegt die sich in naher Zukunft wahrscheinlich noch kontinuierlich verscharfen werden (siehe auch Abbildung 1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung l_Klimaziele der Bundesregierung bis 2050 (Quelle: DW 2017)

Dies wird vor allem Fahrzeuge mit konventionellen Antrieb (Diesel- o. Ottomotoren) betreffen. Stadte (Stadtwerke fur Linienverkehr), Lieferdienste, Spediteure, Taxi- und Busunternehmen mussen sich auf zukunftige Entwicklungen, wie z.B. Fahrverbote einstellen. Ein wichtiger Eckpfeiler gegen steigende C02-Werte konnte die Elektromobilitat sein.

Doch die Umweltfreundlichkeit von Elektrofahrzeugen gegenuber konventionellen Fahrzeugen wird in den Medien und Volk kritisch diskutiert. Ein haufiges Argument, das oft gegen die Umweltfreundlichkeit von Elektrofahrzeugen verwendet wird ist die C02-Bilanz. Diese soil gegenuber neuen konventionellen Fahrzeugen nicht viel klimafreundlichersein.

1.2 Ziel der Arbeit und Fragestellung

Vor dem beschriebenen Hintergrund, ist es das primare Ziel, die Frage zu beantworten ob die C02-Bilanz eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs besser ist, als die eines konventionellen Fahrzeug mit Diesel- oder Benzinantrieb? Dies soil durch die Erstellung einer Okobilanz und dessen Vergleich herausgefunden werden. Des Weiteren soil geklart werden, wie sich Veranderungen auf den Verbrauch und des verwendeten Strom-Mix auf die Treibhausgasemissionen der Fahrzeuge auswirken.

1.3 Aufbau der Arbeit und Vorgehensweise

Das zweite Kapitel klart Begriffe zum Klimawandel und beleuchtet den Hintergrund der Elektromobilitat. Es zeigt einen kleinen Oberblick der verschiedenen Motoren und Antriebe und erklart spezielle Begriffe rund urn dasThema Elektromobilitat. Im dritten Kapitel wird die Theorie und die Vorgehensweise der Methodik „6kobilanzierung" erklart. In Kapitel 4 wird die Methodik angewendet. Es werden zunachst das Ziel und der Umfang definiert, die Sachbilanz fur die verschiedenen Fahrzeuge und Lebensphasen erstellt. Daraufhin erfolgt die Wirkungsabschatzung und Auswertung. Die Arbeit schlieRt mit einem Fazit ab.

2 Allgemeines zum Klimawandel, Treibhauseffekt und der Elektromobilitat

2.1 Klimawandel und Treibhauseffekt

Dieses Kapitel soil einen kleinen Einblick zum Klimawandel und Treibhauseffekt geben.

2.1.1 Klimawandel

Im Laufe der Zeit gab es schon immer Klimawandel auf der Erde. Erwarmungen und Absenkungen der Temperatur passierten jedoch langsam und die Natur hatte immer genug Zeit sich anzupassen. Derzeit hat es die Erde mit einer von Menschen gemachten (anthropogenen) globalen Erwarmung zu tun. Diese geht schneller vonstatten, als der naturliche Klimawandel, was katastrophale Konsequenzen fur Umwelt, Menschen und Tiere mit sich Ziehen konnten. Forscher haben in den letzten 100 Jahren einen Anstieg von rund 0,8° Celsius der Durchschnittstemperatur gemessen. Sie rechnen mit einem Anstieg von bis zu 6,5° Celsius, bis zum Jahr 2100, wenn dagegen nichts getan wird. Jahrhundertfluten, Durren und gigantische Wirbelsturme konnen schon ab einer globalen Erwarmung von 2° Celsius entstehen. Durch den Treibhauseffekt entsteht der Klimawandel (vgl. Jbn 2018).

2.1.2 Treibhauseffekt

Die Erde wird von einer Atmosphare, einer unsichtbaren Lufthulle umgeben. Sie besteht aus verschiedenen naturlichen Treibhausgasen wie z.B. Wasserdampf (H20), Methan (CH4) und Kohlendioxid (C02). Sonnenstrahlen treffen auf die Erdoberflache, diese werden von ihr reflektiert. Einige Sonnenstrahlen werden zuruck ins Weltall absorbiert, andere bleiben in der Atmosphare und erwarmen die Erde. Das nennt man den naturlichen Treibhauseffekt (vgl. Jbn 2018). Siehe dazu auch Abbildung 2.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2_Naturlicher Treibhauseffekt (Quelle: SP 2018)

Anthropogener Treibhauseffekt

Der anthropogene Treibhauseffekt wird von Menschen verursacht. In dem mehr Treibhausgase, vor allem Kohlendioxid (C02) und Methan (CH4), in die Atmosphare emittiert werden. Dies geschieht beim Energieverbrauch durch Landwirtschaft (z.B. Viehzucht), Verkehr (Flugzeuge, Schifffahrt und Autos) und Industrie (Fabriken). Dadurch, dass sich mehr Treibhausgase in der Atmosphare ansammeln, werden weniger Sonnenstrahlen zuruck ins Weltall reflektiert. Es kommt zum Warmestau. Die Strahlung, die von den Treibhausgasen wieder zuruck auf die Erde reflektiert werden, nennt man Infrarotstrahlung. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m2 ) angegeben. Dadurch erwarmt sich die Erde starker. Ein Methan-Molekul schadet dem Klima ca. 25-mal mehr als ein Kohledioxid-Molekiil. Siehe dazu auch Tabelle 4. Methan wird vor allem bei der Viehzucht durch Rinder in die Atmosphare freigesetzt (vgl. Jbn 2018).

2.2 Technischer Hintergrund der Elektromobilitat

Dieses Kapitel soil einen kleinen Einblick in den technischen Hintergrund der Elektromobilitat geben und allgemeine Begriffe erlautem.

2.2.1 Definition Elektromobilitat

„Unter Elektromobilitat versteht man den Personen- und Guterverkehr mittels Fahrzeugen, die mit elektrischer Energie angetrieben werden" (Karle 2017: S.15)

2.2.2 Fahrzeugtypen

In Tabelle 1 werden die unterschiedlichen Fahrzeugtypen der Elektromobilitat gezeigt und beschrieben. Grundsatzlich wird zwischen Hybridfahrzeugen und rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen unterschieden. In dieser Arbeit, wird in der spateren Analyse, nur ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug zum Vergleich herangezogen.

Tabelle l_Fahrzeugtypen Elektrofahrzeuge (Quelle: Karle 2017: S.15)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2.3 Anforderungen Elektromotor

Der in konventionellen Fahrzeugen verwendete Verbrennungsmotor wird im Elektrofahrzeug durch den Elektromotor ersetzt. Er muss daher fur den Antrieb des Fahrzeugs in einem weiten Drehzahlbereich ein ausreichendes Drehmoment zur Verfugung stellen. AuRerdem sollte er die Eigenschaften besitzen wie „hoher Wirkungsgrad", „M6glichkeit zur Rekuperation", „geringes Gewicht", „geringes Volumen" und ein „gutes Preis-Leistungs-Verhaltnis" (vgl. Karle (1) 2017: S.61-71).

2.2.4 Motorarten

Die Motorarten konnen untergliedert werden in Gleichstrommotoren, Synchronmotoren und Asynchronmotoren (siehe auch Tabelle 2). Vorwiegend werden Drehstrommotoren in Elektrofahrzeuge eingesetzt. In Elektrofahrradem sind Gleichstrommotoren der Standardantrieb (vgl. Karle (1): S.61-71).

Tabelle 2_Uberblick Elektromotoren (Quelle: Karle (1) 2017: S.61-71)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2.5 Rekuperation

Rekuperation ist ein Begriff aus der Technik und bedeutet Ruckgewinnung von Energie beim Bremsen. Es kann dadurch zusatzlich Energie gewonnen werden, indem der Antrieb beim Bremsen als Generator verwendet wird, die in der Batterie dann gespeichert wird (vgl. Karle (2) 2017: S.29).

2.2.6 Energiespeicher Akku

Akkumulatoren sind galvanische Zellen, in denen chemisch gespeicherte Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Dieser Vorgang ist bei Akkumulatoren - im Gegensatz zu Batterien - reversibel, dadurch kann der Akku wieder geladen werden. Es wird elektrische Energie in chemische Energie zuruckgewandelt und gespeichert (vgl. Karle (3) 2017: S.91-108). MaRgebliche Kennwerte fur das Laden sind Ladestrom, Ladespannung, Kapazitat des Akkus und die Ladezeit. Die Kapazitat ist die im Akku speicherbare elektrische Energie. Dadurch ist gleichzeitig auch die elektrische Energie definiert, die fur die Aufladung des Akkus benotigt wird. Sie kann in Kilowattstunden (kWh) oder Amperestunden (Ah) angegeben werden. Die im Akku gespeicherte Energie wird beim Entladen als elektrische Arbeit genutzt (vgl. Karle (3) 2017: S.91-108). Die am haufigsten vorkommende Form sind Lithium-lonen-Akkumulatoren. Diese benotigen auf die jeweilige Zellenzahl, Akkuchemie und Nennspannung abgestimmte Ladeverfahren und Steuerteile. Die Nutzkapazitat von Akkumulatoren ist temperaturabhanging und nimmt bei Kalte wesentlich niedrigere Werte an als bei Raumtemperatur. Urn diesen Effekt mindern zu konnen, besteht die Moglichkeit, die Akkumulatoren zu beheizen oder speziell zu schutzen. In der Technologie der Akkumulatoren steckt noch sehr viel potential, da die derzeitigen Akkus nur zu 90% Be-bzw. zu 20% Entladen werden. Aus Angst vor moglichen Batteriebranden, lassen sich die Hersteller deswegen einen Puffer (vgl. Korthauer 2014: S.107). Der aktuelle Akkumulator eines VW e-Golf hat ein Gewicht von 318 kg, bei einer Kapazitat von 24,2 kWh und 200 Liter Bauraum (vgl. Karle (3) 2017: S. 91-108). Abbildung 3 zeigt ein Beispiel wie ein Akkumulator im VW E-Up angebracht ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3_Komponenten und Antrieb im VW E-Up. (Quelle: Ecomento 2017)

Die Lebensdauer des Akkumulators ist entscheidend fur einen wirtschaftlichen Betrieb.

Ober die Menge der eingeladenen und entnommenen Energie oder die Anzahl der Ladezyklen lasst sie sich beschreiben. Bei einem Pkw lasst sich dies gut durch die Kilometerleistung je Akku ausdrucken. All diese Angaben stehen in Beziehung zueinander und sind stark durch die technische Auslegung, Umgebungsbedingungen und das Nutzungsverhalten beeinflussbar. Es zeigt sich dabei, dass Akkuzellen, die mit flachen Ladezyklen und geringen Ladestromen in Bezug auf die Kapazitat genutzt werden und selten an den oberen und unteren Grenzspannungen betrieben werden, die hochste Lebensdauer erreichen. Nur mit groRen Kapazitaten lassen sich uberhaupt groRe Reichweiten erzielen (vgl. Elektroroller 2017). Batterien konnen durch spezielle Ladesysteme und Batterie-Management-Systeme (Balancer) in kurzer Zeit bis zu 80 Prozent geladen werden (vgl. Karle (3) 2017: S.91-108).

Batterie-Management-Systeme ubemehmen neben der Temperaturkontrolle, der Diagnose und der Reichweitenermittlung die Ladungs- und Entladungs-Steuerung. Auch eine Balance-Funktion ist integriert, welches ein auseinanderdriften der Zellen bei Schnellladung ausgleicht. Die Qualitat dieser Steuerungselektronik hat einen starken Einfluss auf die dauerhafte Leistungsfahigkeit und die Lebensdauer der Akkuzellen. Ein gutes Batterie-Management-System schliefst Fehlbehandlung durch Umwelteinflusse (z.B. Temperaturgrenzen) und Nutzung (z.B. Stromfluss- und Spannungsgrenzen) aus und verhindert so Schaden und ubermafsigen VerschleiR am Akku (vgl. Beverungen et al. 2015: S.56)

2.2.7 Ladearten und Ladeinfrastruktur

Fur das Laden von Elektrofahrzeugen kommen vier verschiedene Lademodi zum Einsatz. Dabei ist Mode 3 und 4 fur die Schnellladung konzipiert. Wahrend Mode 2 die derzeit ubliche Lademethode uber eine Standard-Haushaltssteckdose ist. Mode 1 ist ebenfalls das Laden mit Wechselstrom aus einer Haushaltssteckdose wie Mode 2. Da hier aber keine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation stattfindet ist dies eher als Not-Lademoglichkeit zu sehen (vgl. Korthauer (1) 2014: S.192-194).

Tabelle 3 zeigt einen Oberblick der verschiedenen Lademodi. Der Stecker zum Laden von Elektrofahrzeugen ist genormt. In Zukunft unterstutzt jeder Ladepunkt der europaischen Union und jedes Fahrzeug europaischer Hersteller das CCS, mit dem Nutzer sowohl normal- als auch schon schnell laden konnen. Abbildung 4 zeigt typische Lade-Standorte und Moglichkeiten.

Tabelle 3_Ladebetriebsarten (Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Karle (3) 2017: S.91-108)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4_Uberblick Ladesystem und Ladeinfrastruktur (Quelle: NPE 2017)

Durch geringe Reichweiten mussen Elektrofahrzeuge deutlich haufiger zum Strom-Tanken als herkommliche Fahrzeuge zum Kraftstoff-Tanken. Derzeit hat es sich etabliert, dass Ladevorgange zu Hause oder am eigenen Stromanschluss und vorrangig in der Nacht stattfinden (vgl. Karle (3) 2017: S. 91-108). Die Anzahl der offentlich zuganglichen Ladepunkte wird mit der Anzahl der Elektrofahrzeuge wachsen. Fur das Jahr 2020 hat die NPE einen Bedarf von 70.000 offentlichen Ladepunkten und 7.100 Schnellladesaulen ermittelt. Derzeit existieren ca. 10.700 offentlich zugangliche Ladepunkte an 4.730 Ladesaulen, davon sind 530 Schnellladesaulen (vgl. NPE 2017). Das Bundesverkehrsministerium hat mit der Autobahn Tank & Rast GmbH vereinbart, alle ihrer 400 Rastanlagen an Bundesautobahnen mit Schnellladesaulen fur Elektrofahrzeuge auszustatten. Damit ist eine weitere Basis fur einen Ausbau der Tank-Infrastrukturgeschaffen (vgl. NPE 2017).

Abbildung 5 zeigt eine offentliche Ladestation in Berlin.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5_Ladestation eines Elektrofahrzeugs (Quelle: Berliner Zeitung 2015)

2.2.8 Vor- und Nachteile des Elektroantriebs

Die wesentlichen Vorteile (vgl. Karle (4) 2017: S.23-26) von Elektroautos gegenuber konventionellen Fahrzeugen sind.

- Energieeffizient - Wirkungsgrade von mehr als 90 Prozent; Verbrennungsmotoren kommen maximal auf 40 Prozent.
- Emissionsfrei - gilt nur bei ortlicher Betrachtung. Grundsatzlich muss aber bei der Schadstoffbelastung die Stromerzeugung fur die Fahrzeuge mit in die Beurteilung einbezogen werden (siehe Analyse Kapitel 4)
- Hohes Drehmoment ab den ersten Umdrehungen - herkommliches Schaltgetriebe und Kupplung sind uberflussig.
- Sind leise - niedrige Fahrgerausche auch bei hohen Drehzahlen
- Einfacher Aufbau / weniger Wartung - durch kompaktere Bauweise und Wegfall von VerschleiRteilen wie Kupplung, Kraftstoffpumpe, 01, Katalysator, Auspuffsystem, Anlasser und Lichtmaschine
- Auflade-Ort - ist an jeder Haushaltssteckdose moglich

Wesentliche Nachteile (vgl. Karle (2) 2017: S. 23-26) von Elektroautos gegenuber konventionellen Fahrzeugen sind:

- Hoher Anschaffungspreis - Hauptkostenfaktor sind die teuren Li-lonen-Akkus.
- Reichweite und Ladedauer - Reichweiten von nur 150 bis 200 Kilometer. Diese Reichweiten verringern sich jedoch, z.B. durch Nutzung einer Klimaanlage oder bei extremer Kalte. Elektrofahrzeuge mussen dadurch haufiger getankt werden als Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb.

2.2.9 Potentiale und Risiken der Elektromobilitat

Die Elektromobilitat bietet gegenuber konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor entscheidende Vorteile in naher Zukunft. Auf Dauer wird es unerlasslich sein, den AusstoR von C02 in die Atmosphare zu senken. Mit Elektrofahrzeugen, mit wenig C02-Emissionen und Schadstoffen lasst sich das Potential dieser Technik gut erkennen. Ein zweiter Aspekt der fur Elektromobilitat spricht, sind die begrenzten Vorrate an fossilen Brennstoffen wie 01 und Erdgas, welche zum Betrieb von Verbrennungsmotoren benotigt werden. Die Autoindustrie konkurriert hier u.a. mit der Kunststoffindustrie oder z.B. den Flugverkehr die ebenfalls diese Rohstoffe benotigt (vgl. TU-Berlin 2017). Unabhangig davon mussen Alternativen fur fossile Brennstoffe in der Zukunft gefunden werden. Ein weiterer Aspekt ware, dass in Zukunft immer mehr Menschen in Stadte leben werden. Hier wirken kleine Elektrofahrzeuge den Platzmangel und der Larmbelastigung entgegen. Auch die Stromspeicherfahigkeit von Elektroautos hat hohes Potential. Solar- oder Windenergie lasst sich schwer vorherbestimmen. Aus diesem Grund wurde man bei einem steigenden Anteil unserer Stromerzeugung aus regenerativen Energien Speichermoglichkeiten benotigen, welche den bei guten Bedingungen erzeugten Strom fur Zeiten schlechter Bedingungen speichem kann. Elektroautos konnten mit intelligenten Stromnetzen diese Energie in ihren Batterien speichem und bei Verbrauchsspitzen, beispielsweise am Abend wieder freigeben (vgl. TU-Berlin 2017).

Aber auch Risiken der Elektromobilitat gilt es zu beachten. „Ein umweltpolitisches Risiko besteht darin, dass es nicht gelingt, die Herstellung der Batterien durch Fortschritte in der Effizienz deutlich material- und energieeffizienter zu machen"(Evolution2green 2017). Zu den wirtschaftspolitischen Risiken kann gesagt werden. Gelingt es deutschen Untemehmen nicht international Technologiefuhrer zu werden, konnte dies ggf. zu einen drastischen Absinken des Exports in der Automobilbranche fuhren und zum Verlust von Arbeitsplatzen fuhren. „Das Beherrschen der Batterietechnik konnte eng verknupft mit der Technologie-Markt-Fuhrerschaft sein "(Evolution2green 2017). Ein weiterer Risiko-Aspekt ist eine erhohte Unfallgefahr der leisen Elektrofahrzeuge. Andere Verkehrsteilnehmer konnten Elektroautos zu spat wahrnehmen und dadurch Unfalle verursachen.

3.1 Definition

Um die Umweltwirkungen eines Produkts uber den gesamten Lebensweg zu untersuchen, ist die Okobilanz bzw. Lebenszyklusanalyse ein nutzliches Bewertungsinstrument. Es werden Belastungen von der Entnahme von Rohstoffen aus der Umwelt, uber die Aufbereitung der Materialien, die Produktfertigung, die Nutzung bis hin zum Recycling bzw. der Entsorgung bewertet (Abbildung 6).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6_Schematische Darstellung eines Lebenszyklus eines Produkts (Quelle: IBP 2014)

Die methodische Grundlage fur die Ermittlung und Bewertung von UmweltkenngroRen der Lebenszyklen von Produkten oder auch Dienstleistungen ist die Okobilanz. Sie ist in den intemationalen Normen ISO 14040 und ISO 14044 beschrieben und kann damit -im Gegensatz zu anderen Umweltbewertungssystemen - auf Grundlage eines weitgehend standardisierten Vorgehens durchgefuhrt werden. Sie ist flexibel anwendbar und heute eine sehr haufig eingesetzte Methode, die teilweise auch bereits Eingang in bestimmte gesetzgeberische MaRnahmen gefunden hat. Der Begriff der Okobilanz wird im Sinne einer Gegenuberstellung, nicht im Sinn einer Bilanz in der Buchhaltung, verwendet (vgl. Kaltschmitt / Schebek 2015: S.203-205).

Die Okobilanz unterteilt sich in vier Komponenten:

- Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
- Sachbilanz
- Wirkungsabschatzung
- Auswertung

Siehe dazu auch Abbildung 7. Diese Komponenten werden in den nachfolgenden Kapiteln beschrieben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Direkte Anwendungen:

- Entwtcklung und Ver-besserung von Produkten:
- strategische Planung;
- politische Entscheidungs-prozesse;
- Marketing;
- Sonstige

Abbildung 7_Komponenten einer Okobilanz (Quelle: (Klopffer / G rahl 2009: S.12)

3.2 Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens

Zu der ersten Komponente der Okobilanz gehoren die Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens. Hier werden die arbeitstechnischen Grundlagen einer Okobilanz festgelegt (vgl. Kaltschmitt / Schebek (1) 2015: S.212-215).

Folgende Fragen werden beantwortet:

- Was wird untersucht in Bezug auf dem Anwendungsbereich
- Warum wird die Okobilanz durchgefuhrt in Bezug auf die Erkenntnisinteresse
- Fur welche Zielgruppe wird diese durchgefuhrt
- Sind vergleichende Aussagen vorgesehen in Bezug auf Zuganglichmachen fur die Offentlichkeit (vgl. Klopffer/Grahl (1) 2009: S.27-30).

An der Definition des Ziels muss sich die Genauigkeit und Tiefe der Okobilanz orientieren. GemaB Norm ISO 14040 wird eindeutig darauf hingewiesen das Untersuchungsrahmen und Ziel einer Okobilanz eindeutig festgelegt und auf die beabsichtigte Anwendung abgestimmt sein muss. Aufgrund iterativer Eigenschaften der Okobilanz ist der Untersuchungsrahmen wahrend der Studie moglicherweise zu konkretisieren (vgl. Klopffer/Grahl (1) 2009: S.27-30).

Die oben genannten Angaben bilden gleichzeitig die Definitionen der raumlichen und zeitlichen Systemgrenzen sowie die Abgrenzung des Produktsystems (vgl. Kaltschmitt/ Schebek (1)2015: S.212-215).

Ein weiteres Kemelement der ersten Komponente und der Okobilanz ist die Festlegung derfunktionellen Einheit. Die funktionelle Einheit definiert eindeutig unterschiedliche Produkte oder Dienstleistungen identisch in Bezug auf ihren Nutzen. Ein einfaches Beispiel fur die funktionelle Einheit sind Babywindeln, bei dem der Nutzen fur den Verbraucher - die Bereitstellung einer sauberen Windel - sowohl durch Einwegwindeln als auch durch die Inanspruchnahme eines Waschdienstes fur Stoffwindeln erbracht werden kann. Der Nutzen von Produkt oder Dienstleistung muss also quantitativ beschrieben werden, da die Umweltwirkungen in der Okobilanz quantitativ erfasst werden. Diese Anforderung wird durch die Definition einer funktionellen Einheit umgesetzt. Hauptsachlich dienst sie dazu, einen Bezug zu schaffen, auf der die Input-und Output-Flusse bezogen werden. (vgl. Kaltschmitt / Schebek (1) 2015: S.212-215).

Zur Festlegung des Untersuchungsrahmens gehort die Definition der Systemgrenzen fur die Sachbilanz. Hierfur muss zunachst der vollstandige Lebensweg des Produktes erfasst werden. Je nach Untersuchungsrahmen bzw. Tiefe der Fragestellung kann es ausreichend sein nur einen gewissen Teil zu erfassen. Die Eingrenzung der Untersuchung ist in der Norm ISO 14040 wie folgt klassifiziert:

- „von der Wiege bis zum Werkstor" (cradle-to-gate)
- „vom Werkstor zum Werkstor" (gate-to-gate)
- und spezifische Telle des Lebenswegs (z.B. Abfallmanagement, Bestandteile eines Produkts)

Im Bereich der Kraftfahrzeuge gibt es noch die Klassifizierung Well-to-Wheel. Hier wird die gesamte Kette der Energiebereitstellung von Antrieb bis zur Umwandlung in kinetische Energie analysiert (vgl. Kaltschmitt / Schebek (1) 2015: S.212-215).

Die Anforderungen an Daten und Datenqualitat sind auRerdem zu formulieren. Des Weiteren sind die zu berucksichtigenden Wirkungskategorien auszuwahlen. Sie mussen zu Beginn einer Untersuchung ausgewahlt werden, da von ihr die in der Sachbilanz zu ermittelnden Informationen abhangen. Soil in der spateren Komponente „Wirkungsabschatzung" zum Beispiel nur die Wirkungskategorie „Anthropogener Treibhauseffekt (Klimawandel)" betrachtet werden, kann sich die Sachbilanz nur auf die Erfassung der Stoffe mit Klimawirksamkeit beschranken; sollen weitere Wirkungskategorien (z.B. Versauerung aquatischer und terrestrischer Okosysteme) einbezogen werden, sind die notigen Daten in der Sachbilanz zusatzlich zu erheben. Des Weiteren konnen sich noch andere Anforderungen an die Erhebung der Daten bilden. Soil z.B. nur eine bestimmte Region untersucht werden oder nur ein spezifisches Produkt, so mussen entsprechende representative Daten fur die Sachbilanz erhoben werden (vgl. Kaltschmitt / Schebek (1) 2015: S.212-215).

3.3 Sachbilanz

Die zweite Komponente der Okobilanz ist die Sachbilanz. Sie ermittelt alle Stoff- und Energiestrome, die aus der naturlichen Umwelt in das durch den Untersuchungsrahmen definierte technische System hineinflieRen und dieses in die naturliche Umwelt wieder verlassen. Zuvor mussen jedoch alle Prozesse innerhalb des Systems und ihre Verknupfungen uber Zwischenprodukte oder auch Abfalle ermittelt und beschrieben werden. Danach mussen die erforderlichen Daten und Informationen zu Prozessen und Materialflussen ermittelt werden, dies stellt den aufwandigsten Schritt einer Okobilanzuntersuchung dar. Auf Basis dieser Daten werden dann die notwendigen Berechnungen (z.B. Berechnung der gesamten Treibhausgasemissionen) durchgefuhrt (vgl. Kaltschmitt / Schebek (2) 2015: S.215-230).

Beim Sammeln von Daten besteht die Moglichkeit, dass sich Datenlucken ergeben oder spezielle Stoffstrome nicht ermittelt werden konnen. In diesen Fall mussen diese Lucken deklariert werden. Sie werden als „Nichtnullwert" erlautert, als „Nullwert" der begrundet ist oder ein „errechneter Wert" der auf aufgezeichneten Werten oder einen ahnlichen Prozess basiert (vgl. Kaltschmitt / Schebek (2) 2015: S.215-230).

In der Sachbilanz werden also zahlenmaBige Aussagen uber den Lebensweg eines Produkts getroffen. Die Stoffstromflusse und Daten werden in Tabellenkalkulationen wie z.B. Excel oder mit spezieller, auf Okobilanzen ausgelegter Software erstellt (vgl. Kaltschmitt / Schebek (2) 2015: S.215-230).

3.4 Wirkungsabschatzung

Die dritte Komponente der Okobilanz ist die Wirkungsabschatzung. Sie ordnet der quantitativen Erfassung der Stoffstrome aus der Sachbilanz passende Umweltwirkungen zu. Das Ziel von der Wirkungsabschatzung ist eine umfassende Beurteilung aller Umweltwirkungen zu ermoglichen und diese miteinander, in Wirkungskategorien, vergleichbar zu machen. Wirkungskategorien sind gemaB ISO 14044 die Humantoxizitat, Okotoxizitat, Eutrophierung, Ozonbildung, Ozonabbau, Versauerung oder der Klimawandel (vgl. Klopffer / Grahl (2) 2009: S.195-205). Abbildung 8 zeigt ein Begriffsbeispiel der Wirkungsabschatzung.

Tabelle 5.3 Begriffsbeispiele der Wirkungsabschatzung [5.2]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8_Begriffsbeispiel einer Wirkungsabschatzung (Quelle: vgl. Kaltschmitt / Schebek (2) 2015: S.215-230)

Der erste Arbeitsschritt ist die Auswahl von Wirkungskategorien, dabei steht jede Wirkungskategorie fur ein bestimmtes Umweltproblem, z.B. den Klimawandel. Fur jede Wirkungskategorie mussen dann das Charakterisierungsmodell und ein Wirkungsindikator bestimmt werden. Das Charakterisierungsmodell beschreibt die Ursache-Wirkungskette, von den in der Sachbilanz ermittelten Stofffliissen. Innerhalb dieses Modells wird nun der Wirkungsindikator festgelegt (z.B. bei Klimawandel, die Infrarotstrahlung). Fur die Bestimmung der Wirkungskategorie, Charakterisierungsmodell und Wirkungsindikator hat der Ersteller der Okobilanz Ermessungsspielraum (vgl. Kaltschmitt / Schebek (2) 2015: S.215-230).

Der zweite Schritt der Wirkungsabschatzung ist die Klassifizierung. Hier wird zunachst jeden Stofffluss eine Wirkungskategorie zugeordnet. Hier konnen auch mehrere Stoflisse einer Wirkungskategorie zugeordnet werden. Es kann aber auch ein Stofffluss mehreren Wirkungskategorien zugeordnet werden. Als Beispiel kann FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) betrachtet werden, die in Kaltemittel Verwendung finden. Sie tragen sowohl zum Ozonabbau sowie zum Klimawandel bei (vgl. Kaltschmitt / Schebek (2) 2015: S.215-230). Siehe dazu auch Abbildung 9.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der dritte Schritt der Wirkungsabschatzung ist die Charakterisierung. Sie dient der Berechnung von Werten des ausgewahlten Wirkungsindikators der einzelnen Wirkungskategorien der Stofffliisse. Dabei wird fur jeden Stofffluss das Ergebnis der Sachbilanz mit den Charakterisierungsfaktor der Wirkungskategorie multipliziert. (vgl. Kaltschmitt / Schebek (2) 2015: S.215-230). Abbildung 10 zeigt eine Beispielrechnung mit mehreren Wirkungskategorien.

Tabelle S.4 Beispiek zur Charakterisierung von Ergcbnissen der Sachbilanz (Wirkungskategoric ..KlimawandcW jmthropogencr TreihflauseSekO [5.31]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10_Beispielrechnung „ Charakterisierung von Ergebnissen" (Quelle: vgl. Kaltschmitt/ Schebek (2) 2015: S.215-230)

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¹ Aus Grunden der besseren Lesbarkeit wird auf die gleichzeitige Verwendung mannlicher und weiblicher Sprachformen verzichtet. Samtliche Personenbezeichnungen gelten gleichwohl fur beiderlei Geschlecht