Ökologische Folgen und Nebenwirkungen von Elektro- und Hybridautos

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1 Ökologische Folgen und Nebenwirkungen von Elektro- und Hybridautos 1. Ökobilanz von Elektro-PKW 2. Elektro- und Hybrid-PKW und CO 2 -Gesetzgebung 3. Rebound-Effekte 4. Unfallrisiko 5. Voraussetzungen für eine ökologische E-Mobilität Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft Fakultät für Elektro- und Informationstechnik (EIT) 28. März 2018 Dieter Teufel UPI Umwelt- und Prognose-Institut, Heidelberg

2 1990 = 100% CO 2 -Emissionen Deutschland nach Sektoren 135% 130% 125% 120% 115% 110% 105% 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% Verkehr Energiewirtschaft Gesamt Industrieprozesse Diffuse Emiss. Brennst. Verarbeitend.Gewerbe Haushalte + KV UPI 2018

3 Elektroauto mit Strommix 2016 gerechnet

4 Primärenergie-Einsatz, PJ/a Stromerzeugung Deutschland Sonstige Biomasse Photovoltaik Wind Wasser Kernenergie Gas Mineralöl Braunkohle Steinkohle UPI, 2017

5 PJ/a Stromerzeugung Deutschland Abwärme- Verluste Sonstige Biomasse Wasser, Wind, Photovoltaik Kernenergie Gas Mineralöl Braunkohle Steinkohle Primärenergie Sekundärenergie (Strom) UPI nach AG Energiebilanzen, 2017

6 Primärenergieeinsatz Stromerzeugung Deutschland 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Sonstige Biomasse Photovoltaik Wind fossil Wasser Kernenergie Gas Mineralöl Braunkohle Steinkohle UPI 2017

7 Primärenergie, PJ/Jahr Primärenergieeinsatz Stromerzeugung D ab 2017 Prognose Sonstige Biomasse Photovoltaik Wind Wasser Kernenergie Gas Mineralöl Braunkohle Steinkohle Prognose-Annahmen: Der Zuwachs von Wasser-, Wind-, Photovoltaik- und Biomassestrom erfolgt in der Zukunft in derselben Geschwindigkeit wie im Durchschnitt der letzten 7 Jahre (optimistische Annahme wegen Änderung EEG) Der Stromverbrauch entwickelt sich wie im Durchschnitt der letzten 10 Jahre Eine Kohleabgabe wird nicht eingeführt Die Kraftwerke werden nach betriebswirtschaftlichen Kriterien betrieben UPI 2017

8 Mio t CO 2 /Jahr 450 CO 2 -Emissionen Stromerzeugung Deutschland ab 2017 Prognose Emissionsfaktor g CO 2 /kwh CO 2 -Emissionsfaktor des Strommix steigt mittelfristig wieder an und erreicht erst um 2030 wieder heutige Werte Sonstige Gas Mineralöl Braunkohle Steinkohle Emissionsfaktor g CO2/kWh UPI 2017 Optimistische Prognoseannahmen!

9 Grenzkostenbetrachtung: Mehrverbrauch von Strom führt die nächsten 2-3 Jahrzehnte zu Mehreinsatz von Steinkohle bei der Stromerzeugung.

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11 Installierte Kraftwerksleistung, aus DIW 2015

12 Szenarien: 0,9 bis 1 Million Elektroautos und 2,9 bis 3,7 Million Hybridautos bis zum Jahr 2030 in Deutschland Smart-Grid OCGT = Open Cycle Gas Turbine, CCGT= Combined Cycle Gas Turbines, Hard coal=steinkohle, Lignite=Braunkohle UPI-Öko-Bilanz: Der Einfachheit wegen trotzdem mit Strom-Mix.

13 Öko-zertifizierter Strom Z.B. Renewable Energy Certificate System (RECS) Wasserkraftwerke in Skandinavien und der Schweiz verkaufen für jede erzeugte MWh Strom ein RECS-Zertifikat. Jeder Stromanbieter kann das Zertifikat aufkaufen und dadurch einen Ökostromtarif anbieten. Physikalisch liefert er aber weiterhin den Strommix, nur auf dem Papier liefert er Ökostrom. An der Stromzusammensetzung ändert sich nichts. Allein in Skandinavien wird so viel Wasserkraft-Strom gewonnen, dass mit den zugehörigen Zertifikaten der gesamte deutsche Atom- und Kohlestrom für Haushaltskunden zu Ökostrom umdeklariert werden kann. Stiftung Warentest

14 Öko-Strom? Anteil Öko-Strom an Endenergie: 30% Gedankenexperiment: 30% der Bevölkerung haben Öko-Strom-Tarif 70% der Bevölkerung haben keinen Öko-Strom Ändert sich dadurch die CO 2 -Emission? Nein. Der Emissionsfaktor des Stromverbrauchs bleibt natürlich gleich.

15 2. Elektroautos und Gesetzgebung PKW-CO 2 - Emissionen - Flottenemissionsgrenzwerte VERORDNUNG (EG) Nr. 443/2009 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 23. April 2009 zur Festsetzung von Emissionsnormen für neue Personenkraftwagen im Rahmen des Gesamtkonzepts der Gemeinschaft zur Verringerung der CO 2 -Emissionen von Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen in Verbindung mit VERORDNUNG (EG) Nr. 715/2007 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 20. Juni 2007 über die Typgenehmigung von Kraftfahrzeugen hinsichtlich der Emissionen von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (Euro 5 und Euro 6) VERORDNUNG (EU) Nr. 333/2014 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 11. März 2014 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 443/2009 hinsichtlich der Festlegung der Modalitäten für das Erreichen des Ziels für 2020 zur Verringerung der CO 2 -Emissionen neuer Personenkraftwagen

16 2. Elektro- und Hybrid-PKW innerhalb der CO 2 -Gesetzgebung Verordnungen (EG) 443/2009, 715/2007 und 333/2014 des Europäischen Parlaments und des Rates Jeder Autohersteller muss im Durchschnitt seiner verkauften PKW-Flotte folgende Grenzwerte einhalten: Jahr Grenzwert, g CO 2 /km Anteil der Neuwagenflotte eines Herstellers vor % % % % % % % 130 g CO 2 /km ca. 5,5 l Benzin bzw. 4,9 l Diesel/100 km 95 g CO 2 /km ca. 4,0 l Benzin bzw. 3,6 l Diesel/100 km

17 Anteil an allen Neuzulassungen 25% 20% PKW-Neuzulassungen Deutschland SUV + Geländewagen Motorleistung >120 kw (>163 PS) 15% 10% 5% 0% : Am stärksten wachsendes Segment: SUV +15% zu 2016 UPI 2018 nach KBA

18 PKW-Neuzulassungen D, technische Merkmale seit % 30% 20% Real-Verbrauch zu NEFZ Motorleistung 10% Leergewicht 0% -10% Höchstgeschwindigkeit % -30% behauptete CO2- Emission, g/km UPI nach KBA, EEA, ICCT 2017

19 100% 90% 91% Reichweite: Herstellerangaben (= 100%) und real 80% 76% 74% 79% 70% 65% 68% 67% 60% 50% 40% 48% 57% 54% 38% 52% 23 C -7 C 30% 20% 10% 0% BMW i3 VW E Golf Tesla S P85+ Renault Twizy Nissan Leaf Smart Fortwo UPI 2015 nach ams 2014

20 Fetene, G. M., Mabit, S. L., Jensen, A. F., Kaplan, S., & Prato, C. G. (2016). Harnessing big-data for estimating the energy consumption and driving range of electric vehicles, Technical University of Denmark, Transport Realer Verbrauch: +46% zu Werksangaben 200 Kleinwagen E-PKW: Fahrten, 741 Fahrer, 2,3 Mio km unter realen Bedingungen in Dänemark (keine Berge, Tempolimits Land-/Schnellstraßen 80 km/h, Autobahnen 110/130 km/h)

21 Messung des Kraftstoffverbrauchs (=CO2-Emission) Bisher nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) Geschwindigkeiten über 120 km/h werden nicht berücksichtigt Beschleunigungen von 0 auf 50 km/h dauern 26 Sekunden extrem hoher Reifendruck, Leichtlauföle und -reifen ohne Klimaanlage, Bordnetzbedarf, Ruhestrom Umgebungstemperatur immer C Realer Verbrauch: + 30% % Zukünftig (ab ) nach WLTP (Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure) Geschwindigkeiten bis 131 km/h Bordnetzbedarf, Ruhestrom wird berücksichtigt ohne Klimaanlage Insgesamt realistischere Bedingungen Messwerte: ca. + 20% zu NEFZ Realer Verbrauch: + 10% %

22 EU-CO2-Grenzwerte basieren bisher und auch weiterhin auf NEFZ im WLTP ermittelte CO2-Emissionen werden zurückgerechnet, als wären sie NEFZ-Werte (d.h. rechnerisch verringert) Durch diese Umrechnung wird der Grenzwert von 95 g rechnerisch auf g CO2/km erhöht Diese Rückrechnung macht die Automobilindustrie selbst Fahrzeuggewicht erhöht rechnerisch den zulässigen CO2-Emission-Grenzwert CO2-Emission durch Elektroautos: Null CO2-Emission durch Plug-In-Hybrid-PKW: Nur Benzin, Strom aus Netz: Null CO2-Emission durch Agrosprit: Null Super-Credits : E-PKW, Hybrid-PKW und E85 werden bis zu 2x gezählt

23 CO 2 -Emissionen PKW E-PKW real und in der Flottengrenzwertregelung E-PKW: reale Emission E-PKW: juristisch definierte Emission 0 E-PKW: Emissionsgutschrift für Flottenemission E-PKW: Emissionsgutschrift für FE mit Super-Credits 2015 Kompensation der Grenzwertüberschreitung durch E-PKW Grenzwert Normal-PKW z.b. BMW X3: reale Emission Grenzwert SUV z. B. BMW X3 (aufgrund höheren Gewichts) BMW X3 Grenzwertüberschreitung g -250 CO 2 pro km -200 und PKW

24 CO 2 -Emissionen PKW Plug-in-Hybrid-PKW real und in der Flottengrenzwertregelung Hybrid-PKW: reale Emission Hybrid-PKW: juristisch definierte Emission Hybrid-PKW: Emissionsgutschrift in Flottenemission Hybrid: Emissionsgutschrift in FE mit Super-Credits 2015 Kompensation der Grenzwertüberschreitung durch Hybrid-PKW Grenzwert Normal-PKW BMW X3: reale Emission Grenzwert SUV BMW X3 (aufgrund höheren Gewichts) BMW X3 Grenzwertüberschreitung -250 g CO 2 pro km -200 u. PKW

25 Die Folgen der EU-CO 2 -Grenzwertregelungen 1. Ein Elektroauto ermöglicht ca. 5 großen PKW mit CO 2 -Emissionen über dem Grenzwert die rechnerische Einhaltung des Grenzwerts 2. Super-Credits : Elektroautos zählen mehrfach. 1 E-PKW kompensiert dann die CO 2 -Grenzwertüberschreitungen von 7 bis 10 großen PKW 3. Ein Elektroauto erspart so ca. 5 Geländewagen/SUV Strafzahlungen wegen CO 2 -Grenzwertüberschreitung in Höhe von z.zt. ca (ohne Super- Credits gerechnet) 4. Dieselben Regelungen gelten bei Plug-in-Hybrid-PKW, die CO 2 - Kompensationen sind etwa hoch so stark wie bei Elektroautos 5. Elektroautos führen unter diesen Rahmenbedingungen zu einer Erhöhung der CO 2 -Emissionen. Jeder E-PKW ermöglicht großen PKW über die Laufzeit CO 2 - Mehremissionen über dem Grenzwert von ca. 50 Tonnen CO 2 ohne Strafzahlungen (ohne Super-Credits und Rebound-Effekte gerechnet)

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27 CO2-Emissionen Verkehrsmittel (Ø D) PKW-Benziner PKW-Diesel Elektroauto * Bus Straßenbahn Pedelec Fahrzeugherstellung Betrieb incl. Vorkette CO2-Kompensation Fahrrad g CO 2 pro Personen-km * Elektroauto mit Strommix, ohne Super-Credits gerechnet UPI 2018

28 pro E-PKW, 10 Jahre Subventionierung von Elektroautos Kaufprämie 3,7 Milliarden, am Bundestag vorbei, aus Klimaschutzfond Mineralölsteuer KFZ-Steuer 1 Subvention pro E-PKW UPI 2017

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30 Begrenzung der CO2-Emissionen durch Emissionshandel? Preisentwicklung CO 2 -Emissionsrechte PKW: 450 /t CO CO2 Emissionsrechte, /t CO2 ca. 1/ UPI 2018

31 Euro/t CO 2 Kosten der Emission pro zusätzlicher Tonne CO E-PKW, Plug-in- Hybrid-PKW CO2-Emissionszertifikat Kraftwerke 3/2018 CO2-Emission PKW 2015 CO2-Emission PKW ab 2019 UPI 2018

32 Genügt die Begrenzung der spezifischen Emission in g CO 2 /km? Klimaziel: -90% t CO 2 bis 2050 Autoverkehr: spez. Emission, g CO 2 /km Fahrleistung, km/jahr Emission pro PKW t CO 2 /Jahr Zahl der PKW X = X = Emission, aller PKW t CO 2 /Jahr Begrenzt unbegrenzt unbegrenzt

33 im Vergleich zum Durchschnitt PKW-Klassen: Kennziffern im Vergleich zum Durchschnitts-PKW 60% CO 2 -Grenzwert 40% spezifische Emission, g CO2/km 20% 0% -20% Kleinwagen Mittelklasse Großwagen, SUV mittl. Fahrleistung, km/a CO2-Emission, t/a Das Relevante: nicht begrenzt -40% UPI 2017

34 g CO 2 /km Wirksamer Grenzwert für Gesamtflotte 140 Wirkung des Ziels 1 Million Elektroautos auf die CO 2 -Minderung bei PKW 120 mit 1 Mio E-PKW ohne E-PKW Modellrechnung: Maximalbetrachtung UPI 2015

35 3. Reboundeffekte: Rückkopplungseffekte, die zum Gegenteil des Beabsichtigten führen 1. Durch die juristische Definition von E-PKW als Null-Emissions-Fahrzeuge und Verrechnung dieser Null -Emissionen in der EU-CO 2 -Flottengrenzwertregelung führt die Zunahme des Anteils der Elektroautos zur Aufweichung des Effizienzziels für Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen und zur Zunahme der CO 2 -Emissionen (regulatorischer Reboundeffekt). 2. Die steuerliche Ungleichbehandlung von Benzin und Elektrizität führt zu niedrigen Betriebskosten von Elektroautos und damit trotz höherer Anschaffungskosten zu Mehrverkehr (finanzieller Reboundeffekt). 3. Die subjektiv wahrgenommene geringe Umweltbelastung durch Elektroautos kann zur Substitution von ÖV und Fahrradverkehr durch Elektroautos führen (mentaler Reboundeffekt). 4. Da Elektroautos in der Reichweite begrenzt sind, können sie die Fahrzeugzahl erhöhen (Anschaffung eines Zweit-PKW) (funktionaler Reboundeffekt).

36 ct/km Betriebs- und Fix-Kosten Betriebskosten Fix-Kosten UPI 2017 E-PKW E-PKW Tesla Diesel Benziner DB DB Bahncard50 E-PKW Neu-Induktion von Autoverkehr und Verkehrsverlagerung von ÖV auf Straße durch niedrige fahrleistungsabhängige Betriebskosten

37 /100 km Abgaben PKW bei durchschnittlichem Verbrauch, D Mineralölsteuer Mineralölsteuer Stromsteuer E-PKW Diesel Benziner UPI 2017

38 Die durchschnittliche jährliche Fahrleistung von Elektroautos liegt ca. 80% höher als die normaler PKW.

39 Modal-Split-Änderungen nach Kauf eines Elektroautos Erfahrungen in Norwegen: Fahrten zur Arbeit 80% mit PKW; 83% 70% 60% 50% mit PKW; 65% mit PKW mit ÖPNV 40% 30% 20% 10% mit ÖPNV; 23% mit ÖPNV; 4% Rückgang ÖPNV- Anteil um 82% 0% vor nach Kauf Elektroauto UPI 2015 nach Statistics Norway 2014

40 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Funktioneller Rebound-Effekt E-PKW als zusätzliche Autos 59% 43% In Ökobilanzen von E-PKW nicht berücksichtigt Verschärfung des Parkplatzproblems in Städten als zusätzlicher PKW ersetzte anderen PKW 0% E-PKW Hybrid-PKW UPI nach DLR private und 1166 gewerbliche Nutzer von Elektrofahrzeugen Dezember 2013 bis Februar DLR Institut für Verkehrsforschung, Erstnutzer von Elektrofahrzeugen in Deutschland, UPI 2015 März 2018

41 4. Erhöhung des Unfallrisikos durch Elektro- und Hybrid-Autos im Stadtverkehr Unfallopfer Fußgängerunfälle +44% Fußgängerunfälle <35 mph (48 km/h) +53% Fußgängerunfälle >35 mph (48 km/h) 0% Fahrradunfälle +72% Risikoerhöhung durch Hybrid-PKW im Vergleich zu normalen PKW Auswertung aller Unfälle mit Hybridautos in 12 Bundesstaaten der USA in den Jahren US-Department of Transportation, Traffic Safety Administration, Incidence of Pedestrian and Bicyclist Crashes by Hybrid Electric Passenger Vehicles, 2009

42 Hybrid-Autos sind so leise, dass blinde Leute sie als Sicherheitsrisiko bezeichnen. Präsident Trump versteht das nicht. Er sagt: vielleicht sollten blinde Leute sie dann nicht fahren. Jay Leno Akustisches Fahrzeug-Warnsystem AVAS EU-VERORDNUNG Nr. 540/2014 Ab Vorschrift 1. Juli 2019 in neuen Typen von Hybrid- und reinen Elektrofahrzeugen 1. Juli 2021 in allen neuen Hybrid- und reinen Elektrofahrzeugen Vorher gekaufte Fahrzeuge unterliegen der Vorschrift nicht. zwischen Anfahren und einer Geschwindigkeit von etwa 20 km/h Das AVAS muss mit einem für den Fahrer leicht erreichbaren Schalter ausgestattet sein, der die Aktivierung bzw. Deaktivierung ermöglicht. Der Geräuschpegel des AVAS darf während des Fahrzeugbetriebs verringert werden.

43 Vorbereitungen Elektromobilität in der Zukunft Vergangenheit: Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gab es weltweit über 500 Marken von Elektroautos Elektromobilität heute ohne Rebound- und Kompensationsprobleme: ÖPNV, E-Bikes, Pedelecs (mit B&R erschließbare Fläche x5), E-Lastenräder Batterieentwicklung: Absatz Pedelecs/E-Bikes in Deutschland: in in 2017 Fahrzeugentwicklung: Norwegen (99% Wasserkraft) 25% der Neuzulassungen E-PKW

44 Elektro-Autos: Voraussetzungen für sinnvollen Einsatz 1. Berechnung der CO 2 -Flottenemission mit realer Emission statt mit Nullemission : Änderung der EU-Verordnungen 2. deutlicher Rückgang fossiler Brennstoffe in der Stromerzeugung: in D ab ca (Maßstab für CO 2 -Emission ist nicht der Anteil regenerativ, sondern der Anteil fossil erzeugten Stroms) 3. Vorkehrungen gegen Verkehrsverlagerung von Öffentlichem Verkehr auf die Straße durch E-PKW (u.a. Ende der Subventionierung der fahrleistungsabhängigen Betriebskosten von E-PKW und Beteiligung an den Infrastrukturkosten, NN) 4. Vermeidung der PKW-Zunahme (Anschaffung von E-PKW als zusätzliche PKW): E-PKW nur dort, wo sie andere PKW ersetzen 5. Vorkehrungen gegen erhöhtes Unfallrisiko durch E-PKW (Änderung der EU-Verordnung: AVAS nicht abschaltbar.) Unter diesen Voraussetzungen wären Elektro-Autos langfristig ein sinnvoller Baustein im Klima- und Umweltschutz Weitere Informationen: UPI-Bericht 79

45 Vergleich E-PKW zu Normal-PKW (= 1) D 2017 Schadstoffemissionen CO2-Emissionen (nur Fahrzeug) CO2-Emissionen (mit Kompensation) PKW = 1 E-PKW Ressourcenverbrauch Flächenverbrauch Stauproblem Lärm Unfallrisiko Insassen Unfallrisiko für Fußgänger und Radfahrer UPI ,5 1 1,5 2

46 Strategie Strom D Stromerzeugung 2016: 650 TWh/a davon Wind 79 TWh/a Photovoltaik 38 TWh/a Wasser + Bioenergie 73 TWh/a Alle PKW E-PKW +160 TWh/a = +25% (ohne LKW, Schiffe, Flugverkehr etc.) Umstellung auf regenerative Erzeugung: incl. Speicherung, Umwandlung, Leitung etc. Notwendige Erhöhung Wind + Photovoltaik: 12x

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48 Solarpark Krughütte Eisleben

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50 g CO2-Äqu/Pkm Verkehrsmittelvergleich spezifische CO2-Emissionen direkte Emissionen indirekte UPI 2017 PKW E-PKW Fahrrad Pedelec S- Bahn Linienbus Reisebus Züge FVk Flugzeug

51 100% Modal-Split Städte 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Fußwege Fahrrad ÖV PKW 20% 10% 0% UPI 2018 PKW Flächenbedarf/Pkm: ca. 10-fache von Fahrrad, Fuß und ÖV

52 Anteil der Haushalte von Jährigen mit eigenem Auto 64% 60% 58% 50% 40% 40% 30% 20% 10% 0% UPI 2018 nach Handelsblatt

53 Alte Verkehrspolitik: Gefühle der Planer Alte Verkehrspolitik Realität

54 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit