Der ökologische Rucksack der Elektromobilität

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Hansl Sternberg
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1 Der ökologische Rucksack der Elektromobilität Rainer Zah Head of group «Life Cycle Assessment & Modelling» Empa Dübendorf

Assessment & Modelling» Empa Dübendorf rainer.

2 CO2-Emissionen von Elektromobilität?

3 CO 2 Wie bestimmen wir ökologische Indikatoren? SF 6 CO 2 CO 2 Klimawandel CO 2 CO 2 CO 2 CH 4 CO 2 CO 2

5 Problem: unterschiedliche Funktionalität Platzangebot, Beschleunigung, Prestige, Reichweite

6 Lösungsweg: «synthetisches Auto» Modellhafte Fahrzeuge der Golf-Klasse mit unterschiedlichen Antrieben Konventionelles Auto Karosserie & Fahrwerk Achsen, Bremsen, Räder, Federung, Cockpit, Klimaanlage, Sitze, Türen, Licht, Radio, Antriebsstrang Motor, Getriebe, Kühlsystem, Treibstoffsystem, Starter, Auspuffanlage, Schmierung, Elektroauto Karosserie & Fahrwerk Achsen, Bremsen, Räder, Federung, Cockpit, Klimaanlage, Sitze, Türen, Licht, Radio, Antriebsstrang Elektromotor, Getriebe, Controller, Ladegerät, Verkabelung, Kühlsystem, Batterie 400 kg Li-Ionen- Batterie (45 kwh)

Treibstoffsystem, Starter, Auspuffanlage, Schmierung, Elektroauto Karosserie & Fahrwerk Achsen, Bremsen, Räder, Federung, Cockpit, Klimaanlage,

7 Was vergleichen wir? 1 Fahrzeugkilometer, gefahren mit einem Golf mit unterschiedlichem Antriebssystem im Jahr 2015 Lebensdauer: km Energiebedarf nach NEFZ + Zuschlägen für Realsituation Elektro- und Hybridfahrzeuge mit reduzierten Bremsabriebemissionen Unterhalt: Verbrauchs- und Ersatzteile. Batterien für Elektrofahrzeug werden bei jedem zweiten Auto einmal ersetzt Energieträger / Antriebssystem Elektrisch Elektrisch mit Range-extender Strom¹ Diesel Benzin Erdgas 20 kwh/100km 0.72 MJ/km Mix CH (80%) 16 kwh/100km 0.58 MJ/km Hybrid - - ICE - Palmmethylester PME (Maleysia) E85 aus Zuckerrohr² (Brasilien) Biogas (Schweizer Kompogas) Euro l/100km 1.76 MJ/km Hybrid (20%) 0.98 l/100km 0.31 MJ/km Euro l/100km 1.56 MJ/km Euro l/100km 2.17 MJ/km Golf BlueMotion best in class! Euro m3/100km 2.17 MJ/km ¹: 6 Varianten (Mix CH, Mix UCTE, KKW CH, Gas-Kombi UCTE, Kohle UCTE, PV CH) ²: Alternativ E85 aus Europäischen Holzabfällen Euro l/100km 1.76 MJ/km Euro l/100km 2.17 MJ/km Euro m3/100km 2.17 MJ/km

Hybridfahrzeuge mit reduzierten Bremsabriebemissionen Unterhalt: Verbrauchs- und Ersatzteile.

8 Treibhausgas-Emissionen? Treibhausgas-Emissionen Individualverkehr (Golf-Klasse, Ausstoss in kg CO2-Äquivalent/km) mehr Emissionen bei der Fahrzeugproduktion keine on-board Emissionen sehr unterschiedliches Bild bei der «Treibstoffherstellung»

9 Von der CO2-Bilanz zum ökolog. Rucksack Ökotoxizität Bodenauswaschung Luftverschmutzung Ressourcenverbrauch Klimawandel Wasserverschmutzung Arten-Verlust

10 Von der CO2-Bilanz zum ökolog. Rucksack Handlungsorientierte Analyse der Umweltauswirkungen ökologischer Rucksack

11 Kumulierte Energie/Exergie Energieaufwand fossil Energieaufwand nuklear Exergieaufwand Metalle Fossil MJ-Eq / km Exergieaufwand Mineralien nuklear MJ-Eq / km Metallgewinnung MJ-Eq / km Mineralien-Gewinnung MJ-Eq / km

MJ-Eq / km Exergieaufwand Mineralien nuklear MJ-Eq /

12 Umweltauswirkungen (EI99) Menschliche Gesundheit Ökosysteme DALY/ km Pdf*m2*a / km Ressourcen-Verbrauch Gesamte Umweltwirkung MJ-surplus / km Ecoindicator-Punkte / km

13 Elektromobilität und Lärm? Quelle: Althaus, Hans-Joerg, 2012.: Vehicle and context specific inclusion of road transport noise impacts in Life Cycle Assessment. In prep.

14 emobility mit Brennstoff-Zellen? Treibhausgasemissionen (kg CO2-eq./km) Drivetrain Drivetrain Kein spezifisches Recycling v. Fzg., cut-off Kein standortspezifisches Impact assessment Source: Christian Bauer & Andrew Simons, PSI

15 emobility mit Brennstoff-Zellen? Umweltauswirkungen (ReCiPe H,A - Punkte) Drivetrain Drivetrain Kein spezifisches Recycling v. Fzg., cut-off Kein standortspezifisches Impact assessment Source: Christian Bauer & Andrew Simons, PSI

16 LCA von zukünftigen E-Fahrzeugen? BEV CH PV Strom-Mix EU Strom-Mix GWP 100a Kohle Treibhauspotential Road Glider Drive-train Maintenance, disposal car Li-ion battery Operation Produktion und Entsorgung des Fahrzeugs Ressourcen?

100 120 140 160 Treibhauspotential Road Glider Drive-train

17 Gibt es genug Li? Verfügbarkeit von Lithium? Jedes Fahrzeug: 1.5 Batterien à 400 kg -> 14.8 kg Li (Nissan Leaf: 24kWh Batterie -> 4 kg Li) Heute: 900 mio Fahrzeuge x 14.8 kg 13 mio t Li Ferne Zukunft: 4 mia. Fahrzeuge x 14.8 kg 60 mio t Li Li Produktion 2008: t/a (Quelle: USGS) (reicht für 1.8mio Fahrzeuge/a) Reservenbasis: 11 mio. t (Quelle: USGS) mio. t (Int. Lithium Alliance) graphics:

8 kg 13 mio t Li Ferne Zukunft: 4 mia. Fahrzeuge x 14.

18 Ökobilanz der Li-Ion-Batterie Battery Anode Cathode 0 Environmental GHG-Emissions burden (%) Environmental Impact (%) GWP a Environ. Sci. Technol. (2010): Contribution of Li-Ion Batteries to the Environmental Impact of Electric Vehicles. Dominic A. Notter, Marcel Gauch, Rolf Widmer, Patrick Wäger, Anna Stamp, Rainer Zah and Hans-Jörg Althaus Lithium salt Ethylene carbonate Cathode Rest Rest cathode cathode Lithium manganese oxide LiMn Foil Separator Aluminium Anode Rest Rest cathode anode Graphite Graphite Copper Copper Single cell Battery pack

(2010): Contribution of Li-Ion Batteries to the Environmental Impact of Electric Vehicles. Dominic A.

19 Schlussfolgerungen CO2-Bilanz Umweltbilanz: Je nach Umweltfaktor sehen die Ergebnisse sehr unterschiedlich aus Stromproduktion ist Schlüsselfaktor für die Umweltbilanz von Elektromobilität Brennstoffzellen schneiden schlechter ab als Batterien wegen ineffizienterer Energiebereitstellung Falls erneuerbarer Strom eingesetzt wird zentrale Rolle von Verfügbarkeit und Recycling diverser Metalle (Cu, Li, Nd, Al, etc.)

Brennstoffzellen schneiden schlechter ab als Batterien wegen ineffizienterer Energiebereitstellung

20 Aktuelle Projekte Technology-centered Electric Mobility Assessment (ETH-Bereich): escooter research: BfE-Forschungsprojekt zum nachhaltigen Potential elektrischer Zweiräder TA-Swiss: Chancen und Risiken der Elektromobilität in der Schweiz (Empa/EBP) Ecoinvent V3: weltweit bedeutendste Umweltinventardatenbank: Modellierung von ca neuen Transportdatensätzen elcar: emobility LCA methodology (European Green Car Initiative)

und Risiken der Elektromobilität in der Schweiz (Empa/EBP) Ecoinvent V3: weltweit bedeutendste

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