{"id":1287,"date":"2015-03-30T15:10:59","date_gmt":"2015-03-30T15:10:59","guid":{"rendered":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/?p=1287"},"modified":"2024-05-31T12:50:57","modified_gmt":"2024-05-31T10:50:57","slug":"elektroauto","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/?p=1287","title":{"rendered":"Elektroauto"},"content":{"rendered":"
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Unter einem Elektroauto (E-Auto) versteht man einen PKW, der mindestens einen Teil seines Antriebs aus einem Elektromotor bezieht (BMJV 2015). Innerhalb von zwei Jahren hat sich der Bestand in Deutschland verdreifacht: auf ca. eine Million PKW im Jahr 2023 mit reinem Elektroantrieb, was einen Anteil von 2,1 Prozent am Gesamtbestand der PKW-Flotte ausmacht. (Deutschlandatlas o. J.)<\/p>\n

Was ist ein Elektroauto<\/h3>\n

In den meisten E-Autos versorgt ein Lithium-Ionen-Akkumulator mit elektrischer Energie f\u00fcr Antrieb. Der Strom f\u00fcr die Systeme, Beleuchtung und Start des Autos wird wie im Verbrenner durch eine 12V Batterie bereitgestellt. Jeder Akkumulator, kurz Akku, besteht aus Batteriezellen, K\u00fchlung, Geh\u00e4use und Batteriemanagementsystem, das eine lange Lebenszeit der Batteriezellen gew\u00e4hrleisten soll, indem es kontrolliert, dass die Batterie nicht \u00fcber- oder unterladen wird.<\/p>\n

Die elektrische Energie aus dem Lithium-Ionen-Akku wird an den Elektromotor \u00fcbermittelt und dort in mechanische Energie umgewandelt, die dann als Drehbewegung auf die Achsen \u00fcbertragen wird. E-Autos haben die M\u00f6glichkeit die Bewegungsenergie beim Bremsen zum Akku zur\u00fcckzuf\u00fchren.<\/p>\n

Die Leistungselektronik (Verbindung zwischen Akku und Elektromotor) wandelt die Gleichspannung der Batterie, in Wechselspannung f\u00fcr den Elektromotor um und \u00e4ndert beim R\u00fcckw\u00e4rtsfahren die Drehrichtung des Elektromotors.<\/p>\n

Gewinnung von Rohstoffen f\u00fcr Elektroautos<\/h3>\n

In vielen E-Autos sind Metalle enthalten, die aufwendig und unter schwierigen und vielfach fragw\u00fcrdigen Bedingungen gef\u00f6rdert werden. So wird bspw. der Abbau von Kobalt mit Kinderarbeit und schlechten Arbeitsbedingungen in Verbindung gebracht wird. 34 Prozent bzw. 59.000 Tonnen des weltweit gef\u00f6rderten Kobalt (Cobalt Institute 2022) wurden im Jahr 2021 f\u00fcr die Herstellung von E-Autos verwendet. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Akkus ist Lithium, dessen Abbau sich infolge steigender Nachfrage zwischen 2016 und 2022 verdreifacht hat. Insgesamt stieg der Abbau weltweit von 43.000 Tonnen auf 130.000 Tonnen im Jahr (Schmidt 2023; National Minerals Information Center 2023). Lithium ist ein weltweit in Solen oder Gestein reichlich vorhandenes Metall. In Chile bilden die drei Salzseen der Atacama-W\u00fcste ein riesiges Lithium-Reservoir. Die Sole wird zum gezielten Verdunsten in k\u00fcnstlich angelegte Becken gepumpt, wodurch es zu Problemen bei der Wasserversorgung kommen kann. Als weitere potenziell kritische Rohstoffe werden Metalle der seltenen Erden und Nickel eingesetzt.<\/p>\n

Wiederverwendbarkeit und Recycling der E-Auto-Akkus<\/h3>\n

Akkus werden bei einer Verringerung der Kapazit\u00e4t auf 80 bis 70 Prozent ausgetauscht und im station\u00e4ren Betrieb eingesetzt, wo sie keinen Beschleunigungsphasen ausgesetzt und langsam und regelm\u00e4\u00dfig geladen werden und eine Lebenszeit von weiteren 10 bis 12 Jahren haben. Ein Beispiel f\u00fcr einen station\u00e4ren Betrieb ist das BMW-Werk in Leipzig, in dem seit 2017 Akkus Solar- und Windstrom speichern (ADAC 2023).<\/p>\n

Nach dem station\u00e4ren Betrieb werden die Batterien recycelt. Im Jahr 2030 werden in Europa 150 bis 300 Kilotonnen zu recycelnden Lithium-Ionen-Batterien erwartet, bis 2040 600 bis 2.500 Kilotonnen. Wiedergewonnen werden k\u00f6nnen unter anderem Aluminium, Lithium Kobalt, Kupfer und Nickel. Im Jahr 2040 k\u00f6nnten 300 bis 1.500 Kilotonnen getrennte und aufbereitete Metalle in die Industrie zur\u00fcckflie\u00dfen und somit 40 Prozent des Kobalt- und 15 Prozent des Lithium-, Nickel und Kupferbedarfs f\u00fcr die europ\u00e4ische Batteriezellenproduktion durch Recycling gedeckt werden (ISI 2021).<\/p>\n

Das EU-Parlament hat im Jahr 2023 in einer Verordnung Recyclingziele f\u00fcr verschiedene Rohstoffe sowie die Erfassung des gesamten CO2<\/sub>-Fu\u00dfabdruck von der Rohstoffbeschaffung bis zum Recycling der Batterie ab Juli 2024 vorgeschrieben. Ab 2027 soll zus\u00e4tzlich ein CO2<\/sub>-H\u00f6chstwert f\u00fcr Batterien festgelegt werden, damit mehr \u00d6kostrom genutzt wird als Strom von fossilen Energietr\u00e4gern. (EU-Kommission 2023; Transport & Environment 2023).<\/p>\n

Rohstoffgebrauch in zuk\u00fcnftigen Akkus<\/h3>\n

Die Weiterentwicklung des Akkus f\u00fcr E-Autos setzt auf alternative Rohstoffen und Technologien. Im Jahr 2021 hat der chinesische Batteriehersteller SVolt den ersten kobaltfreien Akku vorgestellt (PR Newswire 2021). Fast die H\u00e4lfte der Tesla-Fahrzeuge verwendete im Jahr 2022 Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LFP-Akkus) und kommen somit ohne Kobalt aus (Greis 2022). Auch der chinesische Autohersteller BYD setzt auf LFP-Akkus (BYD 2023). Gleichzeitig entwickelt das britische Cleantech-Unternehmen Faradion einen Akku, die ohne Lithium, Kobalt und Kupfer auskommt. Natrium-Ionen-Akkus ersetzen Lithium durch Natrium, eines der am h\u00e4ufigsten vorkommende Elemente und stellen mit 90-prozentiger Energiedichte im Vergleich zu LFP-Akkus eine effiziente, kosteng\u00fcnstigere und nachhaltigere Alternative dar, die zudem k\u00e4lteresistenter ist als herk\u00f6mmliche Akkus (Jendrischik 2023).<\/p>\n

Reichweite<\/h3>\n

Durchschnittlich betr\u00e4gt die Reichweite einer Ladung bei elektrischen Mittel- und Kompaktklassen nach Worldwide Harmonised Light-Duty Vehicles Test Procedure 450 km (ElektroMobilit\u00e4tNRW o. J.). Die gr\u00f6\u00dfte Reichweite mit einer Ladung erreicht Mercedes Benz E-QS mit bis zu 770 km. Der vom Autohersteller Nio angek\u00fcndigte ET7 soll eine Reichweite von 1000 km erreichen (Knecht et al. 2022). In der Praxis f\u00e4llt die Reichweite von E-Autos oft niedriger aus, weil auf l\u00e4ngere Zeit eine h\u00f6here Geschwindigkeit gefahren wird oder energieintensive Anwendungen wie Klimaanlagen (Jin 2023).<\/p>\n

Ladeinfrastruktur und -dauer<\/h3>\n

Die Ladeinfrastruktur wurde in Deutschland stark ausgebaut. So hat sich die Anzahl der Lades\u00e4ulen seit 2017 mehr als verzehnfacht, von 82.402 Lades\u00e4ulen im Jahr 2022 auf 115.308 Lades\u00e4ulen im Jahr 2023. Dies entspricht ein Zuwachs von 40 Prozent. Die Bundesl\u00e4nder mit den meisten Ladepunkten sind Bayern, Baden-W\u00fcrttemberg und Nordrhein-Westfalen. Insbesondere die Anzahl der Schnellladepunkte mit einer Leistung von mindestens 22 kW ist gestiegen, 60 Prozent der Schnellladepunkte erzielen eine Leistung von \u00fcber 149 kW (Bundesnetzagentur o. J.).<\/p>\n

Es gilt jedoch zu beachten, dass Ladeleistung und Ladedauer stark von der Au\u00dfentemperatur und dem Ladestand abh\u00e4ngig sind. Bei Minusgeraden kann die Ladedauer um 40-70 Prozent steigen kann, je nach Modell und Hersteller. Um ein schnelleres Laden zu erm\u00f6glichen, haben Hersteller wie Tesla eine Technologie entwickelt, die den Akku vor der Ladung aufheizen l\u00e4sst und in 30 Minuten Strom f\u00fcr eine Reichweite von 300 Km geladen werden kann (ADAC 2024b).<\/p>\n

In China bietet der Autohersteller NIU eine Technologie, die den Ladevorgang des Akkus mit dem Austausch des Akkus ersetzt. In 1.200 Stationen ist es bereits m\u00f6glich, den Akku des Autos gegen einen geladenen Akku auszutauschen.<\/p>\n

Emissionen Elektroauto im Vergleich zum Verbrenner<\/h3>\n

Autos mit Elektroantrieb und Verbrennern, die mit Diesel oder Benzin angetrieben werden unterscheiden sich vor allem durch die bei der Herstellung, Nutzung und Entsorgung der Fahrzeuge entstehenden Emissionen von CO2<\/sub>-\u00c4quivalenten.<\/p>\n

Bei Herstellung von E-Autos fallen infolge des leistungsstarken Akkus (Anteil: etwa 5 t CO2<\/sub>-\u00c4q.) mit etwas mehr als 12 Tonnen CO2<\/sub>-\u00c4quivalenten pro Fahrzeug fast doppelt so viele Emissionen an, wie bei der Herstellung eines Verbrenners (Benzin: etwa 6 t CO2<\/sub>-\u00c4q.; Diesel: etwa 7 t CO2<\/sub>-\u00c4q.) (EFI et al. 2022).<\/p>\n

Die nutzungsbedingten Emissionen sind bei E-Autos sind abh\u00e4ngig vom Anteil erneuerbarer Energien im Strommix. Im Jahr 2020 betrugen die Emissionen des deutschen Strommixes unter Ber\u00fccksichtigung der Vorkette 438 g CO2<\/sub>-\u00c4quivalente pro kWh (Umweltbundesamt 2022), beim Benzinantrieb 2.920 g und beim Dieselantrieb 3.230 g CO2<\/sub>-\u00c4q. pro l (EFI et al. 2022).<\/p>\n

Laut einer Studie des ifeu Instituts hat ein E-Auto nach vier Jahren bzw. ca. 59.000 km Nutzung insgesamt weniger Emissionen ausgesto\u00dfen als ein Fahrzeug mit Benzinantrieb und nach 5,5 Jahren bzw. ca. 71.000 km als ein Fahrzeug mit Dieselantrieb (BMUV 2022; K\u00e4mper et al. 2020).<\/p>\n

W\u00e4hrend der Nutzung von Verbrenner-Fahrzeugen entstehen zudem Umweltbelastungen, die bei der Nutzung von E-Autos nicht entstehen wie Sommersmog, Versauerung von \u00d6kosystemen sowie Stickstoffeintrag in B\u00f6den und Gew\u00e4sser. Passanten werden durch Verbrenner-Fahrzeuge gesundheitssch\u00e4digenden Abgasen wie krebserzeugendem Benzol, Ru\u00dfpartikeln und Stickoxiden ausgesetzt. Ebenfalls entstehen auf lokaler Ebene Sachg\u00fctersch\u00e4den an Geb\u00e4uden und Materialien.<\/p>\n

Sowohl Verbrenner-Fahrzeuge als auch E-Autos sind durch den Reifenabrief bei Gebrauch rund ein Drittel aller Mikroplastik-Emissionen zuzurechnen (ADAC 2024a). F\u00fcr die Menge an Mikroplastik-Emissionen, die ein Fahrzeug erzeugt, ist die die Antriebsart kein entscheidender Faktor. Es gilt jedoch, je gr\u00f6\u00dfer das Gewicht eines Fahrzeugs, desto gr\u00f6\u00dfer ist der Reifenabrieb und die Erzeugung von Mikroplastik-Emissionen. Da E-Autos tendenziell ein wenig schwerer sind, haben sie einen gr\u00f6\u00dferen Reifenabrieb als Verbrenner-Fahrzeuge (OECD Environmental Policy Committee 2020).<\/p>\n

Sicherheit der verbauten Batterien<\/h3>\n

Grunds\u00e4tzlich gilt: alle zugelassenen Fahrzeuge erf\u00fcllen die gesetzlichen Anforderungen an die Sicherheit. F\u00fcr den Lithium-Ionen-Akku bedeutet das, dass der Stromfluss bei einem Unfall sofort unterbrochen wird und um Verformung entgegenzuwirken ist der Akku gleichzeitig von au\u00dfen verst\u00e4rkt. Laut des deutschen Feuerwehrverbands (Fachausschuss Vorbeugender Brand- und Gefahrenschutz der deutschen Feuerwehren (FA VB\/G) 2018) besteht bei E-Autos keine verst\u00e4rkte Brandgefahr im Vergleich zum Verbrenner. Auch laut ADAC ist die Sicherheit der Elektrofahrzeuge bei Crashtests gleich zum Verbrenner. Feuer, das bei einer Verformung eines Lithium-Ionen-Akkus durch Thermal runaway entsteht, muss mit viel Wasser gel\u00f6scht werden, aber andere Brandlasten (wie Kunststoff) sind ausschlaggebender f\u00fcr die Brandintensit\u00e4t (ADAC 2022).<\/p>\n

Literaturverzeichnis<\/p>\n