De CO2-balans van elektrische auto’s

De CO2-balans van elektrische auto’s

De triomf van de elektromobiliteit kan niet langer worden gestopt. De afgelopen weken en maanden hebben verschillende grote autofabrikanten hun koerswijziging aangegeven. Bovenal de machtige VW Group, die tegen 2030 de helft van zijn volledige modellengamma wil hebben omgebouwd naar elektrische auto’s en tegen 2050 mikt op een volledig evenwichtige CO2-balans binnen het hele concern. Rival Renault is nog ambitieuzer: de Fransen willen tegen het einde van het decennium negen op de tien nieuwe auto’s met puur elektrische aandrijving aanbieden. De transformatieambitie wordt aangewakkerd door de politiek: de Europese Commissie heeft zojuist het langverwachte klimaatpakket ‘Fit for 55’ gepresenteerd. Hun voorstellen zijn bedoeld als routekaart naar het doel om in 2030 minstens 55 procent van de broeikasgassen te besparen ten opzichte van 1990. Een deel ervan richt zich op de auto-industrie: nieuwe auto's mogen vanaf 2035 geen CO2-uitstoot meer uitstoten. Maar hoe milieuvriendelijk zijn elektrische auto's en dus de hele e-mobiliteit eigenlijk?

CO2-voetafdruk: het gaat om meer dan alleen de bedrijfsvoering

Zijn elektrische voertuigen eigenlijk milieuvriendelijker dan moderne verbrandingsmotoren, of ze nu op benzine of diesel rijden? Deskundigen discussiëren hier ook over. Uiteindelijk moet niet alleen rekening worden gehouden met de (niet-bestaande) emissies tijdens het rijden, maar ook met de verontreinigende stoffen die gedurende de gehele levensduur van de auto worden geproduceerd. “Elektrische auto’s rijden lokaal emissievrij. Dat betekent niet dat ze ook CO2-vrij rijden, want er moet rekening gehouden worden met de opwekking van elektriciteit”, legt prof. Martin Doppelbauer van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), waar hij een lectoraat voor hybride elektrische voertuigen bekleedt, uit in een gastartikel in het tijdschrift ‘Auto Motor Sport’. 

De vraag naar de milieuvriendelijkheid, de werkelijke CO2-voetafdruk van elektrische voertuigen, kan alleen worden beantwoord met behulp van een alomvattende milieubalans. Er wordt rekening gehouden met de gehele levenscyclus van voertuigen: vanaf de productie van alle onderdelen inclusief de accu, via de werking van het voertuig en de daarvoor benodigde energie, via de onderhoudsinspanningen tot en met de verwijdering van de auto. Het Duitse federale ministerie van Milieu, Natuurbehoud en Nucleaire Veiligheid (BMU) heeft een dergelijke holistische beoordeling opgesteld. Het resultaat is het onderzoek ‘Hoe milieuvriendelijk zijn elektrische auto’s?’ 

Waarom zoveel onderzoeken misleidend zijn

Het verklaart ook waarom er zoveel verschillende, soms misleidende of tegenstrijdige berichten zijn over de milieuvriendelijkheid van e-auto’s: Volgens de BMU zijn de meest voorkomende redenen hiervoor onder meer de vergelijking van verschillende voertuigkenmerken (bijvoorbeeld klassen, motoren en batterijformaten), het in aanmerking nemen van verschillende balanssecties (bijvoorbeeld alleen de productie van voertuigen) en verschillende aannames over de elektriciteitsmix bij de productie en het gebruik van e-auto’s. Daarnaast wordt er soms gebruik gemaakt van verouderde gegevens, vooral bij batterijen. Over batterijen gesproken: De aannames over de levensduur van een batterij voor elektrische auto’s lopen in diverse onderzoeken vaak heel uiteen. Kortom, appels worden vaak met peren vergeleken en er wordt soms gebruik gemaakt van onjuiste of op zijn minst verouderde data.

CO2-elektrische auto: De elektriciteitsmix is ​​cruciaal

De elektriciteitsmix bepaalt vooral of een elektrisch voertuig beter presteert qua CO2-voetafdruk dan een verbrandingsmotor. Terwijl zo’n voertuig emissievrij rijdt, stoten elektriciteitscentrales bij het leveren van laadstroom zeker broeikasgassen uit, tenminste als er fossiele brandstoffen worden gebruikt. 

In landen als Duitsland en Oostenrijk worden steeds meer hernieuwbare energiebronnen gebruikt om elektriciteit op te wekken. In 2019 bedroeg hun aandeel in Duitsland bijvoorbeeld ongeveer 41 procent, en in Oostenrijk in hetzelfde jaar zelfs 75,1 procent, volgens de energiebalans van Statistics Austria. Dit is vergelijkbaar met een EU-gemiddelde van 34,1 procent. De trend blijft in ieder geval stijgen; in Duitsland zal binnenkort voor het eerst meer dan de helft van de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen komen. Met de huidige Duitse elektriciteitsmix zijn elektrische auto’s echter aanzienlijk klimaatvriendelijker dan voertuigen met verbrandingsmotor.  

Dit wordt bevestigd door prof. Doppelbauer van het KIT: Zoals hij uitlegt, stoot een nieuwe auto (alle aandrijftypes) in de EU in 2020 gemiddeld zo’n 140 gram CO2 per kilometer uit. Het toenemende aantal PHEV’s en elektrische voertuigen zou deze waarde al aanzienlijk hebben verlaagd ten opzichte van 2019. Elektrische auto’s gebruiken uiteraard elektriciteit tijdens het rijden. Volgens de deskundige zou een typische waarde inclusief laadverliezen 22 kWh/100 km zijn. Het Federaal Milieuagentschap (UBA) weet hoeveel CO2 er tot nu toe is uitgestoten bij de productie van één kWh. Deze vermeldt op haar website een waarde van 366 g CO2/kWh voor 2020. 

Doppelbauer rekent nu voor: “De CO2-uitstoot die ontstaat bij het rijden met een elektrische auto ligt dan op een steenworp afstand van een regel van drie: 22 kWh/100 km x 366 g (CO2)/kWh = 8.052 g (CO2)/100 km. Dit komt overeen met 80,5 g/km. Besparingen ten opzichte van de gemiddelde nieuwe auto (en zoals ik al zei zit er in deze mix al een flink aantal E-auto’s en plug-in hybrides inbegrepen): ruim 42 procent.” 

Batterijen hebben een negatieve invloed op het ecologische evenwicht

Maar hoe zit het met de energie-intensieve productie van batterijen en welke invloed heeft dit op de algehele balans? Dit is, zo ver van tevoren, de echte stemmingsmoordenaar als het gaat om e-mobiliteit! Door de complexe en energie-intensieve productie van de batterijen weegt de gehele productie, het onderhoud en de afvoer van de voertuigen meer mee in de klimaatbalans dan het gehele rijproces. En ook aanzienlijk meer dan vergelijkbare voertuigen met verbrandingsmotoren (zie grafiek).

Toch is de balans volgens het BMU-onderzoek voor elektrische auto’s over het geheel genomen nog steeds positief omdat de exploitatie zoveel milieuvriendelijker is. “De uitstoot van broeikasgassen van de huidige elektrische auto uit de compacte klasse is over de hele levensduur lager dan vergelijkbare voertuigen met verbrandingsmotoren. Vergeleken met een benzinemotor produceert hij ongeveer 30 procent minder broeikasgassen. Vergeleken met een vergelijkbare dieselmotor is deze ongeveer 23 procent minder”, aldus het onderzoek van de BMU, die deze waarden berekende op basis van gegevens van het Ifeu (Heidelberg Instituut voor Energie en Milieuonderzoek).

Het oordeel van Jürgen Stockmar is veel kritischer. De ervaren auto-ontwikkelingsexpert heeft tijdens zijn carrière in het management gewerkt bij onder meer Magna, Steyr Daimler Puch, Opel en Audi. Tegenwoordig adviseert hij bedrijven in de automobielsector en gaf hij les aan de TU Wenen. Uiteraard gebruikt Stockmar in zijn berekeningen een Audi e-tron en dus een luxe SUV. Volgens Stockmar zou de productie van een lithium-ionbatterij 165 kg CO2 per kWh batterijcapaciteit opleveren, aldus Johanneum Research. Voor de productie van een batterij van 95 kWh in de Audi e-tron was 15.675 kg CO2 nodig. Een voertuig met een verbrandingsmotor met de wettelijk toegestane CO2-uitstoot van 95 gram per kilometer zou dus 165.000 kilometer rijden. En zelfs dan zou het elektrische voertuig het niet waard zijn, omdat het tijdens het rijden nog steeds elektriciteit gebruikt.  

Verdeeld over een veronderstelde kilometerstand van 150.000 komt de e-tron in het rekenvoorbeeld van Stockmar alleen al door batterijproductie uit op 104,5 gram CO2 per kilometer. Met een voertuigverbruik van 15 kWh per 100 kilometer voegt de huidige Duitse elektriciteitsmix volgens Stockmar nog eens 50 gram CO2 per kilometer toe. In de zomer resulteert dit in een totale uitstoot (voor batterijproductie en continubedrijf) van ongeveer 150 g CO2/km. “Deze CO2-uitstoot ligt ruim boven de wettelijke uitstootlimiet van 95 g CO2/km”, zei Stockmar begin 2022 op een online evenement georganiseerd door MPKA (Motor Presse Klub Austria). Addendum: “Dit voertuig voldoet niet aan de huidige registratievoorschriften!” Het is onbegrijpelijk waarom de uitstoot veroorzaakt door de productie van batterijen eenvoudigweg wordt genegeerd door de wetgevers in de EU. Om nog maar te zwijgen van de energie die nodig is om de batterijen te recyclen, die hij ook buiten zijn berekeningen heeft gelaten. In feite zou rekening moeten worden gehouden met de levenscyclusanalyse over de gehele levenscyclus van een voertuig. 

Hernieuwbare energieën in opkomst

Natuurlijk speelt één ding de e-mobiliteit in de kaart: zoals gezegd zal het aandeel hernieuwbare energie in de Duitse elektriciteitsmix blijven stijgen - tot minstens 65 procent in 2030, in overeenstemming met de doelstelling van de federale overheid. Bovendien kunnen verbeteringen in de batterijproductie worden verwacht, zowel op het gebied van materiaalefficiëntie als energieverbruik. “Als hernieuwbare elektriciteit wordt gebruikt voor de productie, wordt de kooldioxide-rugzak van de batterij met ongeveer de helft verminderd”, zegt het BMU-papier. Hoewel er in de onderliggende berekeningen rekening mee is gehouden dat ook benzine- en dieselmotoren zuiniger worden, is een vergelijkbare ontwikkeling als die van elektrische auto’s onwaarschijnlijk.

Naast een toenemend aandeel hernieuwbare energiebronnen was het onderzoek gebaseerd op de volgende aannames: Er wordt uitgegaan van de productie in Europa voor de productie van voertuigen, terwijl voor de huidige situatie rekening wordt gehouden met de batterijproductie volgens de huidige mix van productielanden. De vooruitzichten voor 2030 gingen toen uit van de Europese batterijproductie. Dit lijkt redelijk, aangezien er momenteel een enorme toename is van... Uitbreiding van de batterijproductie in Europa wordt geïnvesteerd. Alleen VW heeft hier ambitieuze plannen.

Ook de toevoeging van biobrandstoffen aan diesel en benzine conform nationale doelstellingen en Europese regelgeving is in de berekeningen meegenomen. Voor het elektriciteits- en brandstofverbruik worden realistische gegevens van typische voorbeeldvoertuigen uit de ADAC EcoTest gebruikt, die aanzienlijk hoger zijn dan de officiële informatie van de fabrikant. Er werd geen rekening gehouden met vlootgemiddelden. En om, zoals dat heet, “een eerlijke vergelijking tussen verschillende vormen van gebruik” mogelijk te maken, werd de totale uitstoot berekend op basis van een gemiddelde levensduurkilometers van 150.000 kilometer.

Elektrische auto: 40 procent minder CO2-verbruik 

Onder al deze aannames zal het voordeel van een elektrische auto in 2030 ten opzichte van een benzinemotor in de BMU-modelberekening toenemen tot 42 procent en ten opzichte van een diesel tot 37 procent. En dit ondanks de energie-intensieve productie. 

Over energie-intensief gesproken: veelbesproken alternatieven, vooral de e-brandstoffen die door de industrie worden gepusht, hebben een nadeel: “De productie van deze brandstoffen vergt meer energie dan er vervolgens als brandstof beschikbaar is”, zo concluderen de BMU-experts. Tegelijkertijd is het gebruik ervan in voertuigen met verbrandingsmotoren veel minder efficiënt in vergelijking met elektrische motoren. KIT-professor Doppelbauer is het daarmee eens: “Als je eerlijk het huidige brandstofverbruik van 7,3 liter per 100 km berekent, dan hebben synthetische brandstoffen ruim 10 keer meer elektrische energie nodig dan elektrische auto’s.”  

De grondstofkosten zijn hoger voor elektrische auto’s

Een verdere analyse door de BMU bevestigt een vermoeden dat voortkomt uit het relatief hoge emissieniveau bij de productie van voertuigen: in termen van cumulatieve grondstoffenuitgaven presteren elektrische voertuigen tegenwoordig zelfs slechter dan voertuigen met een verbrandingsmotor. "Voor de productie van voertuigonderdelen zijn simpelweg meer grondstoffen nodig. Er worden een aantal productie-intensieve materialen gebruikt, vooral bij de productie van batterijen." Dit heeft op zijn beurt ook gevolgen voor het ecologisch evenwicht. 

Ook hier is de batterijproductie de grootste spelbreker: de lithium-iontechnologie vereist bijvoorbeeld relevante hoeveelheden kobalt, dat ook wordt bekritiseerd vanwege de sociaal en ethisch problematische financieringsvoorwaarden en de hoge impact op het milieu. Hier is sprake van een verhoogde focus Toeleveringsketens en due diligence-verplichtingen van bedrijven een veelbelovende aanpak om klachten te bestrijden, aldus de BMU, die ook de ontwikkeling van recyclingprocessen voor nieuwe componenten bevordert. En daar spreekt de volgende hoop uit: “De verdere ontwikkeling van productie, materiaalefficiëntie en opslagtechnologie zal de balans hoogstwaarschijnlijk aanzienlijk verbeteren.” 

Niettemin kunnen de twee belangrijkste uitspraken van het Duitse onderzoek als volgt worden samengevat: Wat betreft het totale grondstoffenverbruik hebben voertuigen met verbrandingsmotoren momenteel nog een voordeel. Maar in termen van de totale energiebehoefte en daarmee de CO2-uitstoot over de gehele levenscyclus – en daar gaat dit artikel over – lopen elektrische voertuigen door hun hoge efficiëntie al duidelijk voorop. 

Ook veel andere onderzoeken geven elektrische auto’s inmiddels een betere beoordeling dan voertuigen met verbrandingsmotor, wat vooral te danken is aan het hoge rendement van de motor. Uit een balans van de ADAC blijkt dat het CO2-nadeel van batterijauto’s wordt gecompenseerd bij het rijden tussen de 50.000 en 100.000 kilometer. 

Is er wel voldoende (groene) stroom? 

Maar zal er daadwerkelijk voldoende elektriciteit en vooral ook voldoende groene stroom zijn als de ambitieuze elektrificatieplannen van de EU en de grote Europese autofabrikanten worden uitgevoerd? “Als bijna alle auto’s in Duitsland elektrisch zouden zijn, zouden we tussen de 20 en 25 procent meer elektriciteit nodig hebben”, zegt Doppelbauer. Natuurlijk zijn we nog minstens tien jaar verwijderd van een wijdverspreid einde aan de verkoop van auto's met verbrandingsmotor. En dan duurt het doorgaans nog vijftien jaar voordat het wagenpark grotendeels is getransformeerd. “We zijn optimistisch dat we de extra elektriciteitsproductie op zijn vroegst over 25 jaar niet volledig kunnen opwekken. Met andere woorden: we hoeven maar bijna 1 procent extra elektriciteitsproductie per jaar op te bouwen om de extra vraag van elektrische auto’s op te vangen.”  

Volgens de expert liggen de echte uitdagingen van elektromobiliteit elders: het creëren van handige oplaadmogelijkheden voor vele miljoenen mensen die niet over een eigen huis of parkeerplaats beschikken. En ook bij het creëren van competitieve auto’s die niet alleen maar omgebouwde verbrandingsmotoren zijn. En ten slotte om de ontwikkeling en productie van de nieuwe technologieën op te voeren, te optimaliseren en de kosten te verlagen.

De Duitse ‘autopaus’, prof. Ferdinand Dudenhöffer, benadrukte tijdens een vliegbezoek aan Oostenrijk begin zomer 2022 dat je alle kanten op kunt discussiëren als het om de CO2-balans van elektrische auto’s gaat: ‘Je kunt de resultaten opmaken zoals jij dat wilt, op basis van verschillende aannames, bijvoorbeeld over de toekomstige elektriciteitsmix.’ doet een oproep: “We moeten e-mobiliteit niet vernietigen met vreselijke aannames!” 

Dudenhöffer blijkt zelf een fan te zijn van elektromobiliteit en zegt: "De toekomst is elektrisch. We moeten e-mobiliteit niet verpesten met vreselijke aannames!" Hij schat dat in 2030 twee derde van alle nieuwe auto’s die in Duitsland worden verkocht, elektrische auto’s zullen zijn. Uiteraard zal daardoor de vraag naar elektriciteit exploderen en daarom is kernenergie volgens Dudenhöffer nauwelijks mogelijk. ‘We moeten onze geest niet afsluiten voor de discussie over kernenergie’, zei hij in gesprek met de auto-industrie Het Duitse vertrek uit kernenergie is naïef. Welnu, de EU heeft kernenergie sowieso al een groen label gegeven. Maar daar kan uiteraard ook over gediscussieerd worden.