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Effekte klimaneutraler Antriebsenergien

Erstellt am: 21.06.2023 | Stand des Wissens: 21.06.2023
Synthesebericht gehört zu:

Mit dem Umstieg auf klimaneutrale Antriebsenergien sind Effekte auf Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft verbunden. Die relevanten Umweltauswirkungen des Verkehrs lassen sich in den folgenden Kategorien zusammenfassen: Treibhausgasemissionen, Luftschadstoffe, Rohstoffverbrauch, Lärmbelastung, Landschaftszerschneidung und Flächenversieglung [UBA22m]. Vor allem die ersten drei Umweltauswirkungen sind unmittelbar mit der Herstellung, Energiebereitstellung und Nutzung der alternativen Antriebstechnologien und -energien verbunden. In Bezug auf die Treibhausgasemissionen (angegeben in Gramm Kohlenstoffdioxid-Äquivalente pro Kilometer), die bei Personenkraftwagen während der Energiebereitstellung und Nutzung des Fahrzeuges anfallen (Well-to-Wheel-Betrachtung), ergeben durch die Einführung alternativer Antriebstechnologien und -energien wesentliche Verbesserungen (Abbildung 1). Unter ausschließlicher Nutzung regenerativ erzeugten Stroms können batterieelektrische Fahrzeuge (Nummer 1, Abbildung 1), Brennstoffzellenfahrzeuge (Nummer 3) und konventionelle Verbrenner mit synthetischen Kraftstoffen (Nummer 14, 15, 16) als weitestgehend klimaneutral bezeichnet werden. Ersichtlich ist ebenfalls, dass ein batterieelektrisches Fahrzeug mit regenerativem Strom gegenüber allen anderen Fahrzeug- und Energievarianten deutlich weniger Energie pro Kilometer benötigt [AgVe17]. Betrachtet man die Herstellung der Fahrzeuge, sind die Treibhausgasemissionen bei den neuen Antriebstechnologien höher als bei konventionellen Verbrennern. Insgesamt wird die Treibhausgasbilanz aber von der Nutzung und Energiebereitstellung dominiert, sodass neue Antriebstechnologien gerade im Fall ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien einen deutlichen Klimavorteil aufweisen [WiLi22].
THG-Emissionen Antriebstechnologien Energieverbrauch.pngAbb. 1: Treibhausgasemissionen verschiedener Antriebstechnologien und -energien in Abhängigkeit vom Energieverbrauch [AgVe17] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Auch im Hinblick auf die Luftschadstoffe müssen die Fahrzeugherstellung, Energiebereitstellung und Nutzung der alternativen Antriebstechnologien und -energien betrachtet werden. Da besonders die Ballungsräume von Schadstoffen wie Feinstaub und Stickoxiden (NOX) betroffen sind, ist der Schadstoffausstoß bei der Nutzung der Fahrzeuge ein relevanter Faktor für die Gesundheit der Menschen in den Städten. Ein Großteil der dort eingerichteten Messstationen überschreitet die empfohlenen Maximalwerte regelmäßig [UBA22l]. Insbesondere mit der Einführung von batterieelektrischen und Brennstoffzellenfahrzeugen können die Schadstoffemissionen beim Fahrbetrieb (Tank-to-Wheel-Betrachtung) verringert werden. Da weder bei batterieelektrischen noch bei Brennstoffzellenfahrzeugen fossile Energieträger verbrannt werden, verursachen sie im Fahrbetrieb keine Stickoxidemissionen [WiLi22]. Das Gleiche gilt für den besonders gesundheitsgefährdenden Feinstaub einer Partikelgröße von unter einem Mikrometer (PM1), der ebenfalls bei Verbrennungsprozessen entsteht [BUND]. Feinstaub mit Partikelgrößen von unter 2,5 Mikrometer (PM2.5) und unter 10 Mikrometer (PM10) entsteht dagegen vorwiegend durch Reifen- und Bremsabrieb sowie durch die Wiederaufwirbelung der Partikel auf der Straße. Aufgrund des höheren Gewichts von batterieelektrischen und Brennstoffzellenfahrzeugen führt dies lokal sogar zu mehr Feinstaub dieser Partikelgrößen [BePr21]. Synthetische Kraftstoffe können bei der Herstellung so optimiert werden, dass Luftschadstoffe bei der Verbrennung in konventionellen Motoren stark reduziert werden [SeEh18]. Die Bilanz von Stickoxid- und Feinstaubemissionen wird insgesamt aber von der Fahrzeugherstellung und Energiebereitstellung dominiert. Hier ergeben sich sowohl durch die Herstellung der Batterien und Brennstoffzellen als auch durch den hohen Energiebedarf der synthetischen Kraftstoffe höhere Stickoxid- und Feinstaubemissionen als bei den konventionellen Fahrzeugen [WiLi22].

Die Gewinnung von Rohstoffen wie Lithium, Kobalt, Platingruppenmetallen (Platin, Palladium, Rhodium) und Kupfer ist zum Teil mit Menschenrechtsverletzungen, immer aber mit hohen Umweltbelastungen verbunden. So wird zum Beispiel bei der Lithiumförderung viel Süßwasser verbraucht und teilweise in sensible Ökosysteme wie Salzseen eingegriffen. Lithium und Kobalt werden ausschließlich für die Herstellung der Batterien benötigt, sodass diese Rohstoffe nur bei batterieelektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen mit Batterie verbaut werden. Platingruppenmetalle werden für die Abgasreinigung und in großem Maße für die Brennstoffzellenherstellung benötigt. Der Verbrauch dieser kritischen Rohstoffe ist dementsprechend auf konventionelle Verbrenner und insbesondere auf Brennstoffzellenfahrzeuge zurückzuführen. Kupfer wird bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen unter anderem für Kabel und Batterien verwendet. Es kommt somit in allen Fahrzeugtypen zum Einsatz, allen voran aber in batterieelektrischen Fahrzeugen. Um die Rohstoffbedarfe der neuen Antriebstechnologien zu reduzieren, wird an alternativen Materialien, aber auch am Recycling und an der Wiederverwendung von Batterien als sogenannte Second-Life-Energiespeicher geforscht [WiLi22].

Mit der Einbindung klimaneutraler Antriebsenergien in neuartige Antriebstechnologien kommt es zu einem großen Strukturwandel in der Verkehrsbranche, insbesondere der Automobilbranche. Zwar sind Beschäftigungseffekte noch nicht genau vorhersehbar, jedoch ist klar, dass die Herstellung eines Elektromotors weniger aufwendig ist als die eines Verbrennungsmotors. Um negative Beschäftigungseffekte weitestgehend zu vermeiden, sollte die Automobilbranche nach Auffassung der Experten von Agora Verkehrswende den Umstieg proaktiv gestalten und den Anschluss an den internationalen Markt halten. Das größte Risko für die Arbeitsplätze sieht Agora Verkehrswende im Festhalten an konventionellen Technologien [AgVe17].

Der Besitz und die Nutzung eines Personenkraftwagens steigen mit der Höhe des verfügbaren Einkommens. Laut Umweltbundesamt wird sich dies auch mit der Einführung alternativer Antriebstechnologien und -energien nicht ändern. Weiterhin sind Haushalte mit einem niedrigen Einkommen öfter von verkehrsbedingten Schadstoff- und Lärmbelastungen betroffen, da sie häufiger in direkter Nähe von Straßen mit hohem Verkehrsaufkommen wohnen. Hier könne zumindest lokal die Umweltbelastungen durch die Einführung batterieelektrischer Fahrzeuge reduziert werden. Um die Teilhabe am Verkehr zukünftig aber sozial gerechter zu gestalten, müsse parallel zur Energiewende im Verkehr eine konsequente Mobilitätswende vollzogen werden. Dazu solle vor allem eine Verlagerung des motorisierten Individualverkehrs auf einen für alle Einkommensklassen bezahlbaren öffentlichen Verkehr sowie Fuß- und Radverkehr stattfinden. Das werde zudem die Umweltbelastungen des Verkehrs erheblich reduzieren [UBA21t].
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Energiewende im Verkehr durch klimaneutrale Antriebsenergie (Stand des Wissens: 21.06.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?572442
Literatur
[AgVe17] Christian Hochfeld, Alexander Jung, Anne Klein-Hitpaß, Urs Maier, Kerstin Meyer, Fritz Vorholz Mit der Verkehrswende die Mobilität von morgen sichern: 12 Thesen zur Verkehrswende, 2017/03
[BePr21] Joachim Becker, Haiko Prengel Feinstaub-Alarm auch bei Elektroautos, 2021/05/26
[BUND] Bund für Umwelt und Naturschutz (Hrsg.) Feinstaub - eine Gefahr für Gesundheit und Klima, 2023
[SeEh18] Bierkandt, Thomas , Severin, Michael , Ehrenberger, Simone , Köhler, Markus Klimaneutrale synthetische Kraftstoffe im Verkehr, 2018/12
[UBA21t] Umweltbundesamt (Hrsg.) Soziale Aspekte der Verkehrswende, 2021/12/16
[UBA22l] Umweltbundesamt (Hrsg.) Luftbelastung in Ballungsräumen, 2022/07/20
[UBA22m] Umweltbundesamt (Hrsg.) Umweltbelastungen durch Verkehr, 2022/05/06
[WiLi22] Martin Wietschel, Steffen Link, Kirsten Biemann, Hinrich Helms Langfristige Umweltbilanz und Zukunftspotenzial alternativer Antriebstechnologien, 2022/02
Glossar
Motorisierter Individualverkehr Als motorisierter Individualverkehr (MIV) wird die Nutzung von Pkw und Krafträdern im Personenverkehr bezeichnet. Der MIV, als eine Art des Individualverkehrs (IV), eignet sich besonders für größere Distanzen und alle Arten von Quelle-Ziel-Beziehungen, da dieser zeitlich als auch räumlich eine hohe Verfügbarkeit aufweist. Verkehrsmittel des MIV werden von einer einzelnen Person oder einem beschränkten Personenkreis eingesetzt. Der Nutzer ist bezüglich der Bestimmung von Fahrweg, Ziel und Zeit frei (örtliche, zeitliche Ungebundenheit des MIV).
Verkehrswende
Mit der Verkehrswende in Deutschland wird das Ziel verfolgt, den Verkehrssektor bis spätestens 2050 klimaneutral zu gestalten. Dazu sollen die anfallenden Treibhausgasemissionen möglichst vollständig vermieden und verbleibende Restemissionen durch die Entnahme von Treibhausgasen aus der Atmosphäre ausgeglichen werden. Die Verkehrswende lässt sich in zwei parallellaufende Entwicklungen gliedern: die Mobilitätswende und die Energiewende im Verkehr (auch Antriebswende genannt).
NOx
= Stickoxide. Ist die Sammelbezeichnung für die Oxide des Stickstoffs. Die wichtigsten Stickoxide sind Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Es sind gasförmige Verbindungen, die sich nur wenig in Wasser lösen.
Die wichtigsten Stickoxid-Quellen sind natürliche Vorgänge, wie zum Beispiel mikrobiologische Umsetzungen im Boden, sowie Verbrennungsvorgänge bei Kraftwerken, Kraftfahrzeugen und industrielle Hochtemperaturprozesse, bei denen aus dem Sauerstoff und Stickstoff der Luft Stickoxide entstehen. Stickstoffdioxid ist ein Reizstoff, der die Schleimhäute von Augen, Nase, Rachen und des Atmungstraktes beeinträchtigt.
Mobilitätswende
Mit der Mobilitätswende soll der Endenergieverbrauch des Verkehrssektors gesenkt werden, ohne dass die Mobilität der Menschen eingeschränkt wird. Diesem Ziel folgend, versucht man mit der Mobilitätswende Verkehr zu vermeiden (zum Beispiel durch stadtplanerische Maßnahmen), auf emissionsfreie und emissionsarme Fortbewegungsmittel zu verlagern (zum Beispiel auf den öffentlichen Verkehr) und effizienter abzuwickeln (zum Beispiel durch verkehrssteuernde Maßnahmen).
Verkehrsaufkommen Das Verkehrsaufkommen beschreibt die Anzahl der zurückgelegten Wege, beförderten Personen oder Güter pro Zeiteinheit. Im Unterschied dazu bezieht sich das spezifische Verkehrsaufkommen auf zurückgelegte Wege und beschreibt die mittlere Anzahl der Ortsveränderungen pro Person und Zeiteinheit.
Energiewende im Verkehr
Mit der Energiewende im Verkehr (auch Antriebswende genannt), soll der Endenergiebedarf des Verkehrssektors mit klimaneutraler Antriebsenergie gedeckt und die verwendeten Energien sparsam genutzt werden. Dementsprechend ist die Energiewende im Verkehr insbesondere eine technische Herausforderung, bei der die Verbrennung fossiler Energieträger im Straßen-, Schienen-, Luft- und Schiffsverkehr durch die Nutzung von erneuerbarem Strom, grünem Wasserstoff, Biokraftstoffen und strombasierten synthetischen Kraftstoffen ersetzt wird.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?572433

Gedruckt am Sonntag, 10. Dezember 2023 21:38:47