Elektroautos bringen keine CO2-Reduktion in 2030

1. Die deutschen Klimaziele und E-Autos

Wird die E-Elektromobilität helfen, um die Klimaziele des Verkehrssektors für 2030 zu erreichen?

Nach dem im Mai 2021 verabschiedenden Klimaschutzgesetz sollen die Emissionen Deutschlands bis 2030 um 65 Prozent sinken. Allein der Sektor Verkehr soll seine Emissionen von 164 Mio. Tonnen Äquivalenten bis 2030 auf 85 Millionen Tonnen senken.[1] Ungefähr 60 % der Emissionen des Verkehrs sind dem Pkw-Verkehr zuzurechnen. Um die Verkehrsemissionen zu reduzieren, fördert die Bundesregierung den Ausbau der E-Pkw-Flotte („Elektromobilität“).[2] Sieben bis zehn Mio. E-Autos sollen nach den Wünschen der Bundesregierung im Lauf der nächsten zehn Jahre zugelassen werden. Damit verbunden ist die Hoffnung, dass damit der Verkehrssektor sich in Richtung Klimaneutralität bewegen wird. Wird die Förderung und Subventionierung der E-Elektromobilität dazu beitragen, dass die Klimaziele für 2030 erreicht werden?

Im Zentrum der Analyse steht die Frage: Welche Menge an CO2-Emissionen wird der Pkw-Verkehr in Deutschland im Jahr 2030 ausstoßen, wenn bis dahin 10 Mio. Verbrenner-Autos durch 10 Mio. E-Autos ersetzt sind?

Pkw-Verkehr und Stromwirtschaft

Wenn ein Diesel- oder Benzin-Auto ausgemustert und durch ein E-Auto ersetzt wird, kommt aus dessen Auspuff kein CO2 mehr. Allerdings benötigt das E-Auto Strom. Entscheidend ist, welche Menge Strom es benötigt und wie dieser hergestellt wird. Die Ökobilanz von E-Autos wird bestimmt durch die Art und Weise, wie der Strom für das Laden ihrer Batterien hergestellt wird. Deshalb ist der Pkw-Verkehr gemeinsam mit dem Stromsektor zu betrachten.

Die Fragestellung ist in der folgenden Grafik visualisiert: Links die Situation im Jahr 2020, rechts für die Situation im Jahr 2030 nach der Einführung von 10 Millionen E-Autos. Dabei gehen wir zunächst davon aus, dass die neuen E-Pkw 1:1 Pkw mit Verbrennungsmotoren ersetzen. Darauf wird zurückzukommen sein.

Unsere Untersuchung basiert auf folgenden Annahmen:

  • 48 Mio. Pkws sind 2020 in Betrieb, deren jährliche Fahrleistung 632 Milliarden Kilometer beträgt. Wir gehen davon aus, dass in 2030 die gleiche Anzahl von PKWs die gleiche Fahrleistung erbringt.
  • Ab 2021 werden jedes Jahr eine Million Verbrenner durch E-Autos ersetzt, so dass sich in 2030 10 Mio. E-Autos auf deutschen Straßen befinden.
  • Die Netto-Stromerzeugung von 489 Mrd. kWh im Jahr 2020 bleibt bis 2030 unverändert.
  • Elektroautos verbrauchen 20 kWh pro 100 km.
  • 2023 erfolgt die Abschaltung der Kernkraftwerke.
  • 2030 erreicht der Anteil der Erneuerbaren Energie an der Stromerzeugung 65%.

2. Energie und Emissionen in 2020

48 Mio. Verbrenner und CO2-Emissionen

Anfang 2020 waren in Deutschland 48,25 Mio. Pkw angemeldet – davon 66 Prozent Benziner, 32 Prozent Diesel, zwei Prozent mit alternativen Antrieben.[3] Im Jahr 2019 betrug die Inländerfahrleistung dieser Pkws 632 Milliarden Kilometer.[4] Jedes Fahrzeug legte im Durchschnitt 13.600 Kilometer zurück.[5]

2019 verbrauchten Pkws und Kombis 26.593 Millionen Liter Benzin und 20.417 Millionen Liter Dieselkraftstoff.[6] Wenn ein Auto mit einem Otto-Motor einen Liter Benzin verbrennt, stößt es etwa 2,37 Kilogramm CO2 aus. Bei einem durchschnittlichen Dieselfahrzeug sind es 2,65 Kilogramm CO2.[7]

Die dabei entstehenden CO2-Emissionen errechnen sich wie folgt:


Kraftstoff
(Mio. Liter)
Emission
kg CO2 pro Liter
Emissionen
(1.000 Tonnen)
Benzin
26.593
2,37

63.025

Diesel
20.417
2,6554.105
Summe47.010117.130

Nach einer anderen Berechnungsmethode kommt das Umweltbundesamts zum Ergebnis, dass der motorisierte Individualverkehr (Pkws und Zweiräder) in 2017 117 Mio. Tonnen CO2 verursacht hat und genau so hoch waren, wie in 2002.[8] Maßnahmen zur Emissionsminderung hatten keine Wirkung entfaltet.[9]

Eine Darstellung des Umweltbundesamts, die Zahlen für Pkw und Zweiräder gemeinsam angibt.

In dieser Studie wird darauf verwiesen, dass die spezifischen Emissionswerte inklusive der Vorkette nach Fahrzeugtyp berechnet wurden. Dies ist insofern wichtig, weil schon bei der Exploration, Gewinnung und Transport der Treibstoffe CO2-Emissionen anfallen (Well to Tank). Da die Emissionen für die Jahre 2019 und 2020 nicht bekannt sind, verwenden wir für die nachfolgenden Berechnungen die Angabe des Statistischen Bundesamts aus dem Jahr 2017 mit dem Wert von 115 Mio. Tonnen CO2.[10]

Stromversorgung

Im Jahr 2020 wurden in Deutschland netto 489 Milliarden kWh Strom erzeugt.[11] Erneuerbare Energieträger lieferten mit 247,47 Mrd. kWh etwas über die Hälfte.

  Stromerzeugung netto  in 2020 (TWh)
Braunkohle 82,03
Steinkohle 35,49
Gas 59,03
Mineralöl 1,53
Andere 2,58
Summe fossile Energie 180,66
Atomenergie 60,92
Konventionelle E. 241,57
Erneuerbare E. 247,43
Gesamt Energie 489,00

Emissionen durch Stromerzeugung

Nach den Angaben des Statistischen Bundesamts lagen im Jahr 2019 die CO2-Emissionen für die Stromerzeugung in Deutschland bei 219 Millionen Tonnen CO2.[12] Nach einer Mitteilung des Energieverbands BDEW vom 17.12.2020 gingen in der Energiewirtschaft die Emissionen im Corona-Jahr 2020 um 15 Prozent zurück. Daraus errechnet sich ein Betrag für die Emissionen von rund 185 Mio. Tonnen CO2.[13]

Die eher geringen CO2-Emissionen durch die Erneuerbaren Energien und der Kernenergie vernachlässigen wir und berücksichtigen nur diejenigen, die von den fossilen Energiequellen Gas und Kohle herrühren. Damit errechnet sich ein spezifischer Emissionsfaktor für die fossile Energie bei der Stromerzeugung von 1,030 kg CO2/ kWh (185 Millionen Tonnen CO2 / 180 TWh).

2020 Energie in 2020 (TWh) Spez. Emission (CO2 kg / kWh) CO2-Emissionen (Mio. Tonnen)
48 Mio. Verbrenner     115
       
Fossile Energie 181 1,030 185
Atomenergie 61    
Konventionelle E. 242    
Erneuerbare E. 247    
Energie gesamt 489 0,381 300

Für die folgenden Berechnungen wird angenommen, dass sich die anteilige Zusammensetzung in der Gruppe der fossilen Energieträger (Stein-, Braunkohle und Gas) bei der Stromerzeugung gegenüber 2020 nicht ändern wird.

Ergebnis

Der Betrieb der 48 Millionen Verbrenner führt zu CO2-Emissionen in Höhe von 115 Millionen Tonnen. Zusammen mit den CO2-Emissionen für die gesamte Stromerzeugung in Höhe von 185 Millionen Tonnen ergeben sich 300 Millionen Tonnen CO2-Emissionen im Jahr 2020.

3. Energie und Emissionen in 2030

10 Mio. E-Autos + 38 Mio. Verbrenner

Ende 2020 waren laut Kraftfahrzeugbundesamt 137.000 reine E-Autos (Battery Electric Vehicles, BEV) in Deutschland zugelassen.[14] Hybrid und Plug-in-Hybriden, die meist mit überproportional hohem Energieverbrauch verbunden sind, werden wir hier nicht berücksichtigen.

Für unsere Berechnung gehen wir davon aus, dass bis zum Jahr 2030 10 Millionen Verbrenner durch 10 Millionen E-Autos ersetzt werden. Die Emissionen für 48 Millionen Verbrenner belaufen sich, wie oben schon erwähnt, auf 115 Millionen Tonnen CO2. Für die 10 Mio. Verbrenner, die jetzt ausgeschieden sind, errechnet sich eine Einsparung von 24 Mio. Tonnen CO2. Damit verbleiben noch Emissionen in Höhe von 91 Millionen Tonnen CO2.

Stromversorgung

Ein Elektroauto, das hinsichtlich jährlicher Fahrleistung von 14.000 Kilometern, Leistung und Komfort einem herkömmlichen Auto der Mittelklasse entspricht (z. B. BMW i3, Volkswagen ID.3, Tesla Model 3), benötigt ungefähr 20 kWh auf 100 km.[15] 20 kWh auf 100 km und 14.000 km pro Jahr ergeben damit 2.800 kWh pro Jahr und je E-Auto. Berechnung für 10 Millionen E-Autos: 2.800 kWh * 10 Mio. E-Autos = 28.000 Millionen kWh. Die 10 Millionen E-Autos haben pro Jahr einen Bedarf von rund 28 Milliarden kWh an elektrischer Energie.

Der Strombedarf wird also von 489 TWh (2020) um 28 TWh auf 517 TWh (2030) steigen. Doch wie sieht die Veränderung auf der Stromangebot in dem Zeitraum aus?

Doch gibt es im Zeitraum von 2020 bis 2030 zwei geplante Maßnahmen, die erhebliche Auswirkungen für die Stromversorgung haben.

  • Atomausstieg führt zu einem Minus von 61 TWh jährlich

Da bis Ende 2022 die letzten deutschen Kernkraftwerke vom Netz genommen werden, wird Atomstrom nicht mehr zur Verfügung stehen. Der Atomausstieg führt zu einem Minus von 61 TWh an emissionsfreier Energie.

  • Der geplante Anstieg der Erneuerbaren Energien auf 65% des Nettostroms führt zu einem Plus von 71 TWh jährlich

Die Bundesregierung plant, den Anteil der Erneuerbaren an der Stromerzeugung bis 2030 von rund 50% (Basiswert 489 TWh in 2020) auf 65% zu steigern. Damit wird die Strom aus EE von 247 TWh um 71 TWh auf 318 TWh steigen.[16]

71 TWh minus 61 TWh = ein Plus von 10 TWh Erneuerbare Energie an der Stromerzeugung.

Wir haben also eine zusätzliche Strommenge von 10 TWh an EE, aber einen Bedarf von 28 TWh. Zur Deckung des Strombedarfs benötigen wir also eine zusätzliche Strommenge von 18 TWh. Da Atomstrom nicht mehr zur Verfügung steht, die Erneuerbaren in unserem Modell nicht weiter gesteigert werden können, verbleibt nur noch fossile Energie (Kohle oder Gas). Wir brauchen also fossilen Strom hin Höhe von 181 + 18 TWh = 199 TWh. Das ist in nachfolgender Tabelle eingetragen.

In der Summe kommt es in 2030 bei den Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung zu einem Plus von 10 TWh.

CO2-Emissionen für Pkw und Stromerzeugung

Im Jahr 2030 sind in unserer Betrachtung 38 Mio. Verbrenner und 10 Mio. E-Autos in Betrieb.

2030   Strom
(TWh)
CO2-Emissionen (Mio. Tonnen)
38 Mio. Verbrenner     91
       
Stromerzeugung in 2030      
Fossile Energie (181 + 18)   199 205
Erneuerbare Energie (in 2020) 247 318  
zusätzliche Erneuerbare Energie durch den Anstieg auf 65% 71
Summe   517 296

Die CO2-Emissionen sind im Jahr 2030 mit 296 Mio. Tonnen CO2 um 5 Mio. Tonnen niedriger als im Basisjahr 2020. Das ist zwar nicht viel, doch scheint erst einmal ein Schritt in die richtige Richtung zu sein. Jedoch ist noch der CO2-Rucksack zu berücksichtigen. Damit gemeint sind die CO2-Emissionen, die bei Produktion, Entsorgung aller Fahrzeugkomponenten (inkl. Batterie) und Ladeinfrastruktur anfallen. E-Autos sind pro Fahrzeug im Vergleich zu Verbrennern für deutlich höhere CO2-Emissionen verantwortlich, die insbesondere bei der Herstellung und bei der Entsorgung der Batterie entstehen.

Für eine Tesla-Batterie von 75 kWh bedeutet das beispielsweise einen zusätzlichen CO2-Ausstoß von 10.875 kg bis 14.625 kg CO2.[17] Eine VDI-Studie berechnet den „CO2-Rucksack“ eines BEV niedriger mit rund 6 Tonnen.[18] Bei einer geschätzten Lebensdauer von 15 Jahren sind pro Fahrzeug 0,4 Tonnen CO2 jährlich zu addieren (6 / 15 = 0,4). Bei 10 Millionen E-Autos kommen bezogen für das Jahr 2030 auf zusätzliche Emissionen von 4 Millionen Tonnen CO2.

Ergebnis: 296 Millionen Tonnen CO2 plus 4 Millionen Tonnen CO2 = 300 Millionen Tonnen CO2.

Ergebnis und Folgerungen

10 Millionen Verbrenner-Pkws durch E-Autos zu ersetzen, führt unter den gegebenen Rahmenbedingungen vermutlich zu keiner CO2-Reduktion.

10 Mio. E-Autos und 38 Mio. Verbrenner Mio. Tonnen CO2
Emissionen für Strom und Pkws in 2030 300
Emissionen für Strom und Pkws in 2020 300
Differenz 0

Die beiden Bereiche Pkw-Verkehr und Stromwirtschaft werden in 2030 wie schon in 2020 300 Mio. Tonnen CO2 emittieren.

Die Elektromobilität wird dazu keinen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten, wie sie im  Klimaschutzgesetz 2021 festgelegt sind. Danach soll Deutschland bis zum Ende des Jahrzehnts seinen Treibhausgas-Ausstoß um 65 Prozent gegenüber dem Jahr 1990 verringern.

Selbst wenn es wie geplant gelänge, 10 Millionen E-Pkw bis zum Jahr 2030 auf die Straße zu bringen, hätte sich Deutschland keinen Schritt in Richtung der gesetzten Klimaziele bewegt. Die CO2-Emissionen des Pkw-Verkehrs blieben so hoch wie im Basisjahr 2020. Kurz: Die Klimaziele für den Verkehrssektor werden eklatant verfehlt.

Bemerkenswert ist auch der Sachverhalt, dass selbst nach einer Reduktion des Bestands um 10 Millionen Einheiten die verbleibenden 38 Mio. Verbrenner 91 Mio. Tonnen CO2 ausstoßen. Allein dieser Betrag übersteigt das Sektorziel für die CO2-Emissionen von 85 Mio.

Es gibt keinen Grund für die Annahme, dass sich der Pkw-Bestand im Lauf der nächsten zehn Jahr verringern wird. Wahrscheinlich ist eher, dass der Bestand auf über 50 Millionen Fahrzeuge anwächst, vermutlich mit großen verbrauchsintensiven Fahrzeugen wie etwa SUVs.

Unabhängig von der Klimaproblematik ist das E-Auto auch keine Lösung für eine Reihe anderer Probleme des Autoverkehrs (Unfälle, Staus, Feinstaub, überfüllte Innenstädte). Die Fixierung der Diskussion auf das E-Auto ist verhängnisvoll, da sie von wirksamen Maßnahmen im Verkehrsbereich – wie etwa der Förderung von nichtmotorisiertem Verkehr und von öffentlichem Verkehr – ablenkt.

5. Literatur

[1] https://www.bundesregierung.de/breg-de/service/newsletter-und-abos/newsletter-verbraucherschutz/bilanz-umweltbundesamt-1730880

[2] https://www.bundesregierung.de/breg-de/service/newsletter-und-abos/newsletter-verbraucherschutz/bilanz-umweltbundesamt-1730880

[3] BMU: Klimaschutz in Zahlen 2020, S. 36, https://www.bmu.de/publikation/klimaschutz-in-zahlen-2020/

[4] https://www.kba.de/DE/Statistik/Kraftverkehr/VerkehrKilometer/vk_inlaenderfahrleistung
/vk_inlaenderfahrleistung_inhalt.html?nn=2351604. Jahresfahrleistung in 2019 632.254 Mrd. Kilometer

[5] BMVI: Verkehr in Zahlen, 2020/2021, S. 309

[6] BMVI: Verkehr in Zahlen 2019/2020, S. 307

[7] Spezifischer Kraftstoffverbrauch in Liter je 100 Kilometer: Diesel 7,0; Benzin 7,8; Vgl. https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/UGR/verkehr/Tabellen/fahrleistungen-kraftstoffverbrauch.html; https://www.helmholtz.de/erde-und-umwelt/wie-viel-co2-steckt-in-einem-liter-benzin/

[8] Statistisches Bundesamt. Pressemitteilung Nr. 459 vom 26. November 2018, https://www.destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2018/11/PD18_459_85.html

[9] UBA: CO2-Fußabdrücke im Alltagsverkehr. Datenauswertung auf Basis der Studie Mobilität in Deutschland, TEXTE 224/2020, Dezember 2020, S. 43

[10] Kontrollrechnung: Wenn bei 632 Mrd. Fahrkilometer 115 Mio. Tonnen CO2 entstehen, errechnet sich ein CO2-Ausstoß von 182 Gramm pro km.

[11] Quelle: Fraunhofer ise. https://www.energy-charts.info/charts/energy_pie/chart.htm?
l=de&c=DE&year=2020 (2021.02.09

[12] https://de.statista.com/statistik/daten/studie/38893/umfrage/co2-emissionen-durch-stromerzeugung-in-deutschland-seit-1990/. Sehr ähnlich die Angabe für die CO2-Emissionen der Stromerzeugung der Bundesnetzagentur: Monitoringbericht Energie 2020 – Monitoringbericht_Energie2020.pdf

[13] Umweltbundesamt schätzt die CO2-Emissionen für die Stromerzeugung in 2020 auf 187 Mio. Tonnen. Siehe: CLIMATE CHANGE Strommix 2021 CLIMATE CHANGE 45/2021 Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid-Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren 1990 – 2020, Mai 2021, S. 21

[14] https://de.statista.com/statistik/daten/studie/265995/umfrage/anzahl-der-elektroautos-in-deutschland/

[15] Die Angaben der Automobilhersteller für den Stromverbrauch ihrer E-Autos liegen meist zwischen Werten zwischen 15 bis 20 kWh auf 100 Kilometer. Da Autohersteller ihre Angaben tendenziell „schönen“, dürfte der obere Wert von 20 kWh realistisch sein. Auch diese Studie geht von einem spezifischen mittleren Strombedarf von 20 kWh / 100 km aus: Agora Verkehrswende (2019): Klimabilanz von Elektroautos. Einflussfaktoren und Verbesserungspotenzial. S. 37

[16] Berechnung: Nettostromerzeugung 2020: 489 TWh, davon EE 247 TWh. Anstieg in 2030 EE auf 65% von 489 TWh= 318 TWh. Um die Zielsetzung der Bundesregierung zu erreichen, wird die Strommenge aus Erneuerbarer Energie um 71 TWh steigen müssen (318 – 247).

[17] Buchal, Christoph / Karl, Hans-Dieter / Sinn, Hans-Werner: Kohlemotoren, Windmotoren und Dieselmotoren: Was zeigt die CO2-Bilanz? In: ifo-Schnelldienst, 8/2019, 25. April 2019, S. 44

[18] VDI: Ökobilanz von Pkws mit verschiedenen Antriebssystemen, 0245-Publikation-FVT-Oekobilanz-von-Pkws-mit-verschiedenen-Antriebssystemen-VDI-Studie-Oktober-2020