Nachhaltigkeit von Elektromobilität

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1 Prof. Dr. Eckard Helmers Nachhaltigkeit von Elektromobilität Vortrag Solartagung Spinnovation NL Umweltcampus Birkenfeld der FH Trier Fachbereich Umweltplanung/Umwelttechnik

2 Fragen zur Nachhaltigkeit von Elektromobilität Welches sind die bisherigen Umwelt- und Gesundheitskosten der Auto-Mobilität? Welche Kriterien ergeben sich daraus für die Nachhaltigkeit (den Umwelt- und Gesundheitsnutzen) von Elektroautos? Ist eine Änderung der Stromproduktion vor der Einführung von Elektroautos erforderlich?

3 Fragen zur Nachhaltigkeit von Elektromobilität Welche technischen Alternativen stehen außerdem zur Verfügung, um den Individualverkehr umweltfreundlicher zu gestalten? Reflektion bisheriger Prioritäten hinsichtlich des Global Change der Lebens- und Umweltbedingungen

4 Anstieg Weltbevölkerung Der Mensch verändert vielfach die Atmosphäre Energie Nahrung Landwirtschaft Industrie Dünger Verkehr Kommunikation Denitrifizierung Biomasse- Verbrennung - lokal und global - Düngerabbau Der öffentliche Schwerpunkt liegt derzeit auf der globalen Erwärmung und dem Faktor CO 2. Verbrennung fossiler Ressourcen CO 2 stellt jedoch nur eine Komponente der anthropogenen atmosph. Erwärmung dar und ist kein Lufthygieneparameter. Unvollständige Verbrennung N 2 O NH 3 CH 4 Staub Ruß POP s CFC s SO 2 NO x NMHC CO CO 2 Ozonabbau Stratosphäre Weniger Säure Versauerung Abkühlung Biodiversität Hochtemperaturprozesse Atemwegs- Erkrankungen Eutrophierung troposphär.ozon Globale Erwärmung

5 Ruß ist neben CO 2 Hauptakteur der atmosphärischen Erwärmung besonders in der Arktis Arktis: Erwärmung um 1,9 C (dagegen global 0,78 C) 1,5 C der 1,9 C Erwärmung in der Arktis allein im Zeitraum September 1979 September 2005 DPA/NASA

6 Ruß ist neben CO 2 Hauptakteur der atmosphärischen Erwärmung besonders in der Arktis Arktis: Erwärmung um 1,9 C (global 0,78 C) 1,5 C der 1,9 C im Zeitraum Arktis: Rußemissionen treiben Abschmelzvorgang an D. Shindell and G. Faluvegi (2009) Climate response to regional radiative forcing during the twentieth century. Nature Geoscience 2, /4 der gesamten Erwärmung seit 1750 könnte durch Reduktion der Rußemissionen schnell zurückgeführt werden Flanner et al., Atmos. Chem. Phys. Discuss. 8, (2008) Springtime warming and reduced snow cover from carbonaceous particles

7 Ruß ist neben CO 2 Hauptakteur der atmosphärischen Erwärmung besonders in der Arktis Rolle von Ruß weit größer als bislang von IPCC (2006/07) angenommen. Erwärmungseffekt von Ruß erreicht global bis 40 % des CO 2 -Effektes (Jacobsen, 2007) Erwärmungseffekt von Ruß erreicht global bis 60 % des CO 2 -Effektes (Ramanathan & Carmichael, 2008) % des Ruß in der Atmosphäre (weltweit) stammen aus Indien und China (primär Verbrennung von Dung, Holz und Kohle) in Europa und anderen Regionen sind Dieselemissionen eine der wichtigsten Rußquellen V. Ramanathan & G. Carmichael: Nature Geoscience 1, (2008)

8 Ruß ist neben CO 2 Hauptakteur der atmosphärischen Erwärmung besonders in der Arktis Arktis Schlußfolgerung: Es ist nicht nachhaltig, sich ausschließlich mit CO 2 Reduktion zu befassen

9 Wieso kommt zunehmend Ruß aus europäischer Quelle? % EU-Kommission und europ. Autoindustrie einigen sich auf CO 2 -Reduktion bis Anstieg des Anteils an Diesel-PKW am Neuwagenverkauf in Europa + 41 Mio Diesel- PKW in Europa Zielvereinbarungen: 187 g/km (1995) - 25 % 140 g/km (2008) EU-Parl. 12/08: 158 g/km (2008) - 18 % 130 g/km (2012) jew % Realzuschlag

10 Neue Erkenntnisse zur Klimawirkung von Ruß sowie zur Nachhaltigkeit der Klimawirkung von Diesel-PKW

11 2007 Grundlagen der Modellierung nach Jacobsen: Ruß hat das 3170fache Erwärmungspotential verglichen mit CO 2. Verweilzeit von in der Atmosphäre CO 2 : Jahre Verweilzeit von Ruß in der Atmosphäre: 1 4 Wochen 1 Liter Diesel hat um 13% höhere CO 2 -Emissionen verglichen mit 1 Liter Benzin. Soll also ein Diesel-PKW 15 % geringere CO 2 -Emissionen als ein vergleichbarer Benziner haben, muss sein Verbrauch in L/100 km um 28 % niedriger liegen (unrealistisch wenig, dennoch Modellierungsannahme). Die Verweilzeit einer Substanz ist die Zeit, in der ihre Konzentration auf 37 % ihres ursprünglichen Wertes absinkt.

12 2007 EU 4 EU 5-6 Erläuterungen -grüne Kurve: wegen der längeren Verweilzeit von Ruß muss die Relation einsparten CO 2 s von Diesel-PKW geg. Gesamt-C kurz nach Emission am größten sein - rote Linie: Ruß-Emissionsgrenzwerte entspr. EU 4 (25 mg/km) und EU 5-6 (ca. 5 mg/kg) Grundlage Ber. hier: 30 % mehr CO 2 -Effizienz von Diesel geg. Benziner (unrealistisch)

13 2007 Schlußfolgerungen aus Jacobsen-Daten: 1) die Atmosphäre wird durch Diesel-PKW selbst unter Berücksichtigung der schärfsten Rußpartikel-Grenzwerte (Euro 6) für ca. 10 Jahre stärker erwärmt 2) effektiv gibt es heute keinen klimatischen Vorteil von Diesel-PKW selbst nach EU-6-Standard, da 30 % Verbrauchsvorteil nicht realistisch sind. 3) Die meisten der 41 Millionen zusätzlichen Diesel-PKW in der EU seit 1998 heizen in der Bilanz die Atmosphäre auf (ohne Partikelfilter, EU 3) 4) Aktueller EU-4-Grenzwert: 25 mg Ruß/km sind erlaubt (mit Partikelfilter effektiv 1-5 mg/km bei Neuwagen). 25 mg Ruß/km entsprechen der Klimawirkung von 170 g CO 2 /km

14 CO 2 -Bilanz der Bundesregierung Verkehr in Dtld: ca. 20 % Treibhausgasemissionen Nachhaltigkeitsprüfung: CO 2 -Aktionismus, aber keine Abkühlung der Atmosphäre Ruß beschleunigt Abschmelzen des arktischen Eises

15 Ursache der Misere: unterschiedliche Emissionsgrenzen in der EU für Benziner-PKW und Diesel-PKW

16 Ursache der Misere: unterschiedliche Emissionsgrenzen in der EU für Benziner-PKW und Diesel-PKW 58 % BC 8 % BC BC = black carbon = Ruß

17 Problem Stickoxide Realität: Faktor 4-30 Emissionsgrenzwerte für Autos

18 Problem Stickoxide NO x Quellen in Deutschland: Verkehr 52 % (UBA 2002) % Anteil neu zugelassener Diesel- PKW in % der Gesamtzulassungen pro Jahr Anteil zugelassener Diesel-PKW in % des Gesamtbestandes 2005: plus t NO x entspr. 3 % der deutschen Emissionen Anstieg des Anteils an Diesel-PKW am Neuwagenverkauf in Deutschland Helmers, 2006

19 Problem Stickoxide

20 Problem Stickoxide: Bundesregierung handelt mit der Subventionierung von Dieseltreibstoff gegen das internationale Multikomponentenprotokoll, welches zu drastischen Emissionsminderungen unter anderem bei NO x verpflichtet Quelle: UBA, Internet -40%

21 Folgen der Diesel-PKW-Booms: Gegenteil von Nachhaltigkeit atmosphär. Erwärmung Atemwegs- Erkrankungen - CO 2? + 41 Mio Diesel- PKW in Europa davon + 4,5 Mio in Deutschland Ruß Staub Stickoxide Boden-Ozon Versauerung des Bodens Eutrophierung

22 Modell Tremod... UBA, und Realität Ozon: verantwortlich für 9 % der atmosphär. Gesamterwärmung zus. Diesel-NO 2 erzeugt direkt Ozon Feinstaub: verantwortlich für Reduktion der mittleren Lebenserwartung um rund 10 Monate in Deutschland

23 10 Jahre vor E-Autoboom Nachhaltigkeitsdiskussion bereits heute CO 2

24 CO 2 -Emissionen fossil betriebener Kraftwerke (RWTH Aachen, 2008) und von Elektroautos Kraftwerke E-Autos mit 15 kwh/100 km RWTH Aachen, 2008

25 CO 2 -Emissionen fossil betriebener Kraftwerke (RWTH Aachen, 2008) und von Elektroautos Kraftwerke E-Autos mit 15 kwh/100 km Indirekte CO 2 -Emission von Elektroautos: Elektroautos, die in Deutschland heute mit Strom aus typischem Energiemix fahren, benötigen 90 g CO 2 / km. == 40 % weniger als die sparsamsten Benziner emittieren. Der effektive CO 2 -Verbrauch aller Benziner/Diesel-PKW in Dtld. liegt bei 188 g/km. == CO 2 Emission eines E-Autos betrieben mit ineffizientem Kohlestrom

26 CO 2 -Emissionen durch Elektromobilität drastische CO 2 -Senkung ist allein mit Elektromobilität möglich CO 2 -Emissionen vom Kraftwerk bis zur Steckdose, well to Plug (Quelle: T. Engel, 2007) und umgerechnet auf Elektroautos bei einem Stromverbrauch von 15 kwh/100 km. GuD = Gas- und Dampfturbinenprozeß. KWK = Kraft-Wärmekopplung Zum Vergleich: Entwicklungsspitze Verbrennungsmotor Toyota Prius III 89 g CO 2 /km, ähnlich Tata Nano (Indien) + 25 % Realzuschlag 111 g CO 2 /km

27 Nachhaltigkeit von Elektromobilität (2). Welche weiteren indirekten Schadstoffemissionen gibt es mit heutigem Strommix? g/km Strom EU5 Benziner EU5 Diesel NOx PM 10 SO2 Schadstoffemissionen der deutschen Energiewirtschaft im Jahr 2006 (Quelle: Umweltgutachten 2008, SRU 2008) und errechnete Schadstoffemissionen von Elektroautos bei einem Stromverbrauch von 15 kwh/100 km. *) Schwefelfreier Kraftstoff enthält 10 ppm Schwefel oder weniger; angenommener Kraftstoffverbrauch 8 L/100 km

28 Nachhaltigkeit von Elektromobilität (2). Welche weiteren indirekten Schadstoffemissionen gibt es mit heutigem Strommix? g/km Strom EU5 Benziner EU5 Diesel NOx PM 10 SO2 Aber: Kraftwerksemissionen fallen nicht im unmittelbaren menschlichen Lebensbereich an! Emissionen Gaskraftwerke bis 10 x niedriger. Emissionen Autos über Lebenszeit ansteigend. Schwefelgehalt von Motoröl bis 5 % (wird tw. ebenfalls verbrannt, hier nicht berücksichtigt) Schadstoffemissionen der deutschen Energiewirtschaft im Jahr 2006 (Quelle: Umweltgutachten 2008, SRU 2008) und errechnete Schadstoffemissionen von Elektroautos bei einem Stromverbrauch von 15 kwh/100 km. *) Schwefelfreier Kraftstoff enthält 10 ppm Schwefel oder weniger; angenommener Kraftstoffverbrauch 8 L/100 km

29 Nachhaltigkeit von Elektromobilität (2). Welche weiteren indirekten Schadstoffemissionen gibt es mit heutigem Strommix? g/km Strom EU5 Benziner EU5 Diesel Aber: Kraftwerksemissionen fallen nicht im unmittelbaren menschlichen Lebensbereich an! NOx PM 10 SO2 Emissionen Gaskraftwerke bis 10 x niedriger. Emissionen Autos über Lebenszeit ansteigend. Schwefelgehalt von Motoröl bis 5 % (wird tw. ebenfalls verbrannt, hier nicht berücksichtigt) Großer Nachhaltigkeitsvorteil von Elektromobilität bereits mit heutigem Strommix

30 Nachhaltigkeit von Elektromobilität (heutiger Strommix) quantitativ Externe Schadenskosten Elektroauto (heutiger Strommix): CO 2 -Kosten dominieren Externen Folgekosten nur für den Ruß von EU 3-Diesel-PKW: 1 bis 2,5 Cent/km. Fahren 3 Mio zus. EU 3-Diesel (Stand 2005) in Dtld. pro Jahr jeweils km, ergibt sich eine Schadenssumme von 0,44 bis 1,1 Milliarden Euro

31 Nachhaltigkeit von Elektromobilität (heutiger Strommix) Schlußfolgerungen Elektromobilität senkt mit heutigem Strommix die Umwelt- und Gesundheitsfolgekosten der Mobilität gegenüber Diesel-PKW (EU 4) mindestens um ½ bis ¾, gegenüber Benzin-PKW (EU 4) um mindestens ½. Kommt der Strom aus effizienteren (fossilen) Quellen und besonders aus regenerativen Quellen, können Elektroautos die externen Mobilitätskosten noch deutlicher senken.

32 Keine Effizienz-Alternativen zur Elektromobilität

33 Nachhaltigkeit von Elektromobilität Weitere Informationen/Datengrundlage: E. Helmers: Bitte wenden Sie jetzt. Das Auto der Zukunft. Wiley-VCH 2009, 204 S. Kap. 1 im Internet verfügbar.