Sechs Thesen zur Klimaneutralität des europäischen Verkehrssektors

Bislang wird die Klimabelastung von Fahrzeugen allein anhand der CO₂-Emissionen beurteilt, die während des Betriebs aus dem Abgassystem des Fahrzeugs entweichen. Dieser von Experten ›Tank-to-wheel‹ genannte Ansatz greift jedoch zu kurz. Er vernachlässigt sowohl die während der Produktion der Fahrzeuge verursachten CO₂-Emissionen als auch alle Treibhausgas-Emissionen, die aus Erzeugung und Bereitstellung der Energieträger und -speicher sowie der zugehörigen Infrastruktur resultieren. Für einen wirksamen Klimaschutz ist es notwendig, alle diese Emissionsquellen in einer ganzheitlichen Umweltbilanz, genannt ›Cradle-to-grave‹, zu berücksichtigen. Emissionen allein auf Tank-to-wheel-Basis zu limitieren, wie derzeit vorgeschrieben, kann in der Gesamtbetrachtung zu erhöhten kumulierten Treibhausgasemissionen führen.

In den meisten bestehenden Studien werden die aus Erzeugung und Bereitstellung der Energieträger resultierenden Treibhausgas-Emissionen über deren Nutzungsdauer abgeschrieben. Diese gängige Bilanzierungsweise verhindert nicht nur einen objektiven Vergleich, sondern auch eine ganzheitliche Optimierung der Energiekette. Denn in der Realität wird das verbleibende CO₂-Budget unmittelbar zu jenem Zeitpunkt belastet, an dem die Anlagen errichtet werden – und nicht erst 20 Jahre später. Klimarelevante Emissionen, die aufgrund von Mobilitätsnachfrage entstehen, müssen unbedingt vollständig bilanziert werden.

In der FVV-Studie werden insgesamt 21 verschiedene Kombinationen aus Antrieben, Energieträgern und Effizienztechnologien im Fahrzeug untersucht, wobei für jede Kombination je ein Szenario erstellt wurde, in dem die Sonnenund Wind-Energie komplett innerhalb oder auch außerhalb Europas gewonnen wird, so dass sich insgesamt 42 Szenarien ergeben: Bezieht man alle Emissionen aus dem Aufbau der Energie-Infrastruktur und des kompletten Fahrzeug-Lebenszyklus ein, dann unterscheiden sich die bis 2050 kumulierten CO₂-Emissionen der berechneten Transformationspfade nur geringfügig, sofern ab dem Jahr 2033 nur noch emissionsfreie Fahrzeuge zugelassen werden. Die Differenz zwischen den betrachteten Pfaden beträgt rund 14 Prozent und stellt angesichts der verbleibenden Unsicherheiten in den Prognosen kein Entscheidungskriterium für eine bestimmte Technologie dar.

Anders formuliert: Nicht die Antriebstechnik, sondern die Verfügbarkeit klimaneutraler Energieträger entscheidet darüber, wie schnell und wie umfassend die Fahrzeugflotte tatsächlich klimaneutral unterwegs ist. Neben einer hinreichenden Erzeugungskapazität für Solar- und Windstrom kommt dabei dem schnellen Aufbau einer grünen Wasserstoffwirtschaft in allen Szenarien erhebliche Bedeutung zu. Dies gilt explizit auch für das hypothetische Szenario einer 100-prozentigen Umstellung auf batterieelektrische Fahrzeuge, die mit in Europa erzeugtem Strom betrieben werden. Um die Stromnachfrage in einem solchen Szenario ohne fossile Energieträger stets decken zu können, wird für die Energiebereitstellung in saisonalen Dunkelflauten die Energie-Zwischenspeicherung in Form von Wasserstoff notwendig, was eine Elektrolysekapazität von rund 1.000 Gigawatt Gesamtleistung erfordert.

Ist es erforderlich, eine neue Fahrzeugtechnologie einzuführen, um klimaneutrale Mobilität zu ermöglichen, so ist die Umstellung auf nachhaltige Energieträger zwangsläufig an die Austauschrate der Fahrzeugflotte gebunden. Da die durchschnittliche Haltedauer für einen Pkw 17 Jahre beträgt, dürfen ab dem Jahr 2033 in Europa nur noch emissionsfreie Pkw und leichte Nutzfahrzeuge zugelassen erden, wenn der Straßenverkehr im Jahr 2050 vollständig auf nachhaltig erzeugter Energie basieren soll. Wird bis 2033 ein 100-prozentiger Pkw-Neuzulassungsanteil erreicht und bereits während des Hochlaufs jedes einzelne neue Fahrzeug ausschließlich mit regenerativer Energie bewegt – was heute bei weitem nicht der Fall ist – kann bis zum Jahr 2030 bereits ein Anteil von 28 Prozent der fossilen Gesamtenergie des Verkehrs ersetzt werden – ohne dass dies zu Lasten anderer Sektoren geht.

Doch auch wenn die ehrgeizigen, in der FVV-Studie angenommenen Ziele erreicht werden, dominiert die mit fossilen Kraftstoffen betriebene Bestandsflotte bei den kumulierten CO₂-Emissionen. Unabhängig von der Antriebstechnik der neuen, klimaneutralen Fahrzeuge machen – bei der angenommenen Hochlaufgeschwindigkeit – diese Emissionen rund 70 Prozent der mobilitätsbedingten Gesamtemissionen aus. Dadurch wird das komplette Treibhausgas-Budget Europas, das eine Einhaltung des 1,5-Grad-Ziels* erlauben würde, bereits in den Jahren 2031 oder 2032 überschritten – und zwar in allen modellierten Szenarien. Das Treibhausgas-Budget, das allen Sektoren in Europa zur Verfügung steht, um den Temperaturanstieg auf 1,75 Grad zu begrenzen, wird für unsere Mobilitätsbedürfnisse zu rund zwei Dritteln ausgeschöpft – ohne dass ein einziges Haus geheizt oder andere Industrieprodukte außerhalb der Mobilität gefertigt würden. Damit dies nicht geschieht, ist ein schnellerer Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energie für Mobilität notwendig, als es der Ersatz der Fahrzeugflotte mit neuer Antriebstechnologie zulässt.

Es ist daher zwingend, Lösungen zu finden, die die klimaschädlichen Emissionen im Fahrzeugbestand verringern. Nach aktuellem Stand der Technik kann das ohne nennenswerten Mobilitätsverzicht weitgehend nur über flottenkompatible synthetische Kraftstoffe (sogenannte ›drop-in fuels‹) erfolgen.

* Die Angabe von Emissionsbudgets erfolgt aufgrund der Unschärfe der zugrunde liegenden Klimamodelle immer mit der Wahrscheinlichkeit, mit der eine bestimmte Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur eintritt. Für die o. g. Angaben wird eine Wahrscheinlichkeit von 67 Prozent zugrunde gelegt.

Die FVV-Studie arbeitet bewusst mit sogenannten ›100-Prozent-Szenarien‹, da sich so die Umweltauswirkungen einzelner Technologien über die gesamte Energiekette und den Lebenszyklus des Fahrzeugs hervorragend vergleichen und Engpässe feststellen lassen. Gleicht man den Bedarf an kritischen Rohstoffen mit vorhandenen Reserven und Ressourcen ab, zeigt sich, dass selbst unter Annahme hoher Recyclingquoten bestimmte Rohstoffe nach heutigem Kenntnisstand äußerst knapp werden, sofern der Rest der Welt dem europäischen Vorbild folgt und auf dieselbe Technologie setzt. Welche Rohstoffe das sind, hängt von der gewählten Kombination aus Energieträger und Antrieb ab.

Kommen batterieelektrische Fahrzeuge mit aktuell dominierender Batterietechnologie (Lithium-Ionen-Akku mit Nickel-Mangan-Kobalt-Kathode) zum Einsatz, werden Kobalt- und Lithiumverfügbarkeit zum begrenzenden Faktor für die Hochlaufgeschwindigkeit, was deutliche Auswirkungen auf die Batteriekosten haben dürfte. Eine Umstellung auf Festkörperbatterien mit reiner Lithium-Anode verschärft die Knappheiten in der Lithium-Lieferkette signifikant. Für die Umstellung auf Brennstoffzellen-Antriebe ist die Verfügbarkeit von Platin ein stark begrenzender Faktor. In einem weltweiten 100-Prozent-Brennstoffzellenszenario reichen selbst die bekannten Ressourcen nicht aus, geschweige denn die ökonomisch erschließbaren Reserven. Für den Einsatz von Wasserstoff oder synthetischen Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren sind derzeit keine derartigen einschränkenden Rohstoffengpässe erkennbar.

Das weltweite Potenzial an nachhaltiger Solar- und Windenergie übersteigt den gesamten Primärenergiebedarf der Menschheit um ein Mehrfaches. Die Energie muss nur so geerntet, aufbereitet und verteilt werden, dass eine technische Nutzung, insbesondere im Verkehrsbereich, möglich wird. Das gilt auch für alle in der Studie betrachteten Transformationspfade der Mobilität, wobei sich der Gesamtenergiebedarf einzelner Energieketten signifikant unterscheidet. So würde eine hundertprozentige Umstellung auf synthetische Kraftstoffe, genutzt in Verbrennungsmotoren, den Energiebedarf um das Drei- bis Vierfache erhöhen, verglichen mit rein batterieelektrischer Mobilität. Das bedeutet jedoch nicht, dass bis zu viermal mehr Windkraftanlagen gebaut werden müssen. Werden diese Kraftstoffe in sonnen- und windreichen Weltregionen produziert, unterscheidet sich die zu installierende Kapazität für die Grünstromerzeugung lediglich um den Faktor zwei bis drei.

Die volkswirtschaftlichen Mehrkosten, um Energie für klimaneutrale Mobilität zu produzieren, werden nicht durch die Energiemenge, sondern von den zu installierenden Kapazitäten bestimmt. Die daraus resultierenden höheren Kosten werden jedoch überkompensiert durch die höheren Fahrzeugkosten, die mit batterieelektrischer Mobilität verbunden sind. Unter dem Strich sind die Gesamtkosten für ein mit synthetischen Kraftstoffen betriebenes Fahrzeug mit Verbrennungsmotor deutlich niedriger als die eines batterieelektrischen Fahrzeugs.

Für alle Szenarien ist ein erheblicher Ausbau der Grünstromproduktion notwendig. Selbst im energieeffizientesten Szenario, der 100-prozentigen Umstellung auf batterieelektrische Mobilität, benötigt Europa eine heimische Erzeugungskapazität von 1.100 Gigawatt in 2050, um alle Mobilitätswünsche zu erfüllen. Zum Vergleich: Die Erzeugungskapazität für Sonnen- und Windstrom für alle Sektoren steigt in Europa nach Einschätzung der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien bis zum Jahr 2030 auf lediglich 690 Gigawatt.

Das Scheitern der Transformation im Verkehrssektor ist unausweichlich, wenn die europäische Politik die Bestandsflotte weiterhin außer Acht lässt und die Klimaverträglichkeit von Neufahrzeugen ausschließlich anhand der Tank-to-wheel-Emissionen misst. Sollen die gesamten mobilitätsbedingten CO₂-Emissionen schnell gemindert werden, ist es zwingend geboten, neue Ziele zu definieren. Diese sollten im Sinne einer Cradle-to-grave-Betrachtung die Emissionen aus dem Aufbau der zugehörigen Energie-Infrastruktur berücksichtigen und damit auch über einen ›Well-to-Wheel‹-Ansatz hinausreichen. Die europäische Politik muss einen marktwirtschaftlichen Rahmen für den Verkehrssektor schaffen, so dass sich mehrere Technologiepfade parallel etablieren können. Werden mehrere Pfade parallel verfolgt, um aus der Nutzung fossiler Energieträger auszusteigen, ist zudem eine höhere Hochlaufgeschwindigkeit wahrscheinlich.

Ein solches Vorgehen dient nicht nur dem Klimaschutz, sondern minimiert die volkswirtschaftlichen Gesamtkosten, die von den Fahrzeugkosten dominiert werden.  Kostenvergleiche ohne Berücksichtigung der Fahrzeugkosten sind daher kritisch zu betrachten. Technologieoffenes Vorgehen ermöglicht zudem individuelle Mobilität für breite Schichten der Bevölkerung bezahlbar zu halten.