Neue ICCT-Studie heizt Debatte um Emissionen schwerer Nutzfahrzeuge an

Während die Europäische Kommission in der nächsten Woche einen neuen Gesetzesentwurf über die Emissionen von Nutzfahrzeugen vorlegen wird, liefert das International Council on Clean Transportation neuen Stoff für die Debatte in Brüssel. Wir haben beim ICCT direkt nachgefragt, was seine Ergebnisse für künftige Kaufentscheidungen bedeuten.

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Um es gleich vorwegzunehmen, die neue ICCT-Studie stellt eindeutig fest, dass Batterie-elektrische Antriebe allen anderen Kraftstoffarten bei der Einsparung von Treibhausgasemissionen überlegen sind. Dies, so das ICCT, „zeigt einen klaren Weg zur Dekarbonisierung des Sektors auf“. Dabei zeigen die Ergebnisse weiter, dass Batterie-elektrische Modelle die größten Emissionsreduzierungen erzielen, selbst bei Annahme des gegenwärtigen Strommix der EU – der bekanntlich nicht vollständig erneuerbar ist, sich aber während der Lebensdauer der Fahrzeuge weiter verbessern wird.

Im Lebenszyklus liegt der Schlüssel zu den Ergebnissen der gemeinnützigen Umweltorganisation – mehr dazu gleich. Dabei sind die Ergebnisse des ICCT nicht völlig überraschend, auch andere Studien und Institute sind zu ähnlichen Ergebnissen gekommen, auch für Pkw. Dennoch kommt der ICCT-Bericht gerade rechtzeitig, um den erwarteten Gesetzesentwurf der EU-Kommission zu stützen. Durchgesickerte Dokumente, die bspw. dem „Tagesspiegel Background“ vorlagen, zeigen, dass sich die EU auf Batterie-elektrische Lösungen und Wasserstoff konzentriert – E-Fuels, für die die FDP gerne ein Hintertürchen offen stehenlassen würde, spielen in dem Entwurf der Kommission keine Rolle. Fahrzeuge von Feuerwehr und Militär könnten die einzige Ausnahme bilden.

Im Hinblick auf anstehende Kaufentscheidungen sagte der Programmleiter des ICCT, Felipe Rodríguez, gegenüber electriv.net klar: „Umweltbewusste Fuhrparks können sicher sein, dass sie mit der Anschaffung Batterie-betriebener Lkw die richtige Entscheidung treffen. Andererseits sollten diejenigen, die auf kohlenstoffarme Kraftstoffe setzen, ihre Dekarbonisierungsstrategie überdenken.“

Damit zurück zum eigentlichen ICCT-Papier. Die Ergebnisse darin können Fahrzeugherstellern und -betreibern Anhaltspunkte für die nächsten Investitionen liefern. Ob dies auch ein Hinweis darauf ist, auf die Euro-7-Norm ganz zu verzichten – ein Schritt, den Daimler Truck bereits öffentlich gefordert hat – bleibt den Betrieben überlassen. Rodríguez nimmt gegenüber electrive.net einen ausgewogenen Standpunkt ein. Zwar zeige die Studie, dass Batterie-elektrische Lkw und Busse schon heute besser für das Klima sind, „aber das heißt nicht, dass wir keine Verbesserungen bei den Verbrennungsmotoren erwarten können“, so der Experte. „Diesel- und Elektro-Lkw werden in den nächsten zwei Jahrzehnten nebeneinander existieren, wenn wir vollständig auf emissionsfreie Antriebe umstellen. Die Lkw-Hersteller werden auch in den kommenden Jahrzehnten noch vom Verkauf von Millionen neuer schwerer Dieselmotoren profitieren, und Euro 7 kann sicherstellen, dass sie genauso sauber sind wie in anderen Teilen der Welt.“

Diesel im Vergleich zu Batterie-elektrischen und anderen Antrieben

Die meisten schweren Nutzfahrzeuge werden nach wie vor mit fossilen Brennstoffen betrieben und sind für rund ein Viertel der Verkehrsemissionen in der Europäischen Union verantwortlich. In der ICCT-Analyse werden daher die derzeit „Klassen-besten“ Dieselmodelle mit ihren erdgasbetriebenen und emissionsfreien Alternativen verglichen, um ein umfassendes Bild der Emissionen über den gesamten Lebenszyklus auf einer „vollständig harmonisierten“ Basis zu vermitteln. Relativ neu ist, dass die Analyse einen dynamischen Ansatz verfolgt, der vom heutigen Kraftstoff- und Strommix und der aktuellen Technologie (Basisjahr 2021) bis zum Jahr 2030 reicht, in dem sich Strom und Technologie weiterentwickelt haben werden.

Die Forscher betrachten auch die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs, was sich als der entscheidende Faktor dafür erweist, dass BEV beim ökologischen Potenzial immer an erster Stelle stehen, selbst wenn man einen nicht ganz grünen Strommix und die immer noch kohlenstoffintensiven Herstellungsprozesse von Elektro-Lkw, einschließlich der Batterieressourcen und -produktion, berücksichtigt. Wir werden darauf noch näher eingehen, aber hier ist die einfache Version, um die Überlegungen des ICCT nachzuvollziehen.

Ausgehend von der Basis, also den Fahrzeugen, kategorisiert der ICCT einen Standard-Lkw im (unbeladenen) 12-Tonnen- und 40-Tonnen-Segment sowie einen Stadtbus. Die Fahrzeugtypen wurden anhand von Markt- und Herstellerdaten aggregiert, d. h. der 12-Tonner wurde beispielsweise anhand der Hersteller-Spezifikationen der sechs meistverkauften Lkw in diesem Segment ermittelt, die 92 Prozent der Verkäufe in Europa ausmachen, so der ICCT.

Die in der Studie berücksichtigten „Kraftstoffe“ sind Strom, Wasserstoff, Erdgas und Diesel. Interessant bleibt, dass die Analyse dem Batterie-elektrischen Strom trotz des teilweise noch schmutzigen Energiemixes ein höheres Emissionseinsparungspotenzial bescheinigt als allen anderen Kraftstoffen, einschließlich Wasserstoff und Erdgas.

Ein weiterer wichtiger Punkt, um die Ergebnisse einzuordnen: Die Forscher haben den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs „von der Wiege bis zur Bahre“ betrachtet – ohne jedoch Recycling- oder Second-Life-Szenarien zu berücksichtigen, die in Zukunft zu weiteren Treibhausgaseinsparungen führen werden.

Dabei ist die Herstellung eines Lkw nicht ausschlaggebend für seine Umweltfreundlichkeit. Entscheidender ist die Lebensdauer auf der Straße und der dabei verbrauchte Kraftstoff – in der Studie geht das ICCT von einer Laufzeit von 20 Jahren und einer Laufleistung von 856.000 km (12 t-Lkw) und 1.243.000 km (für 40 t-Lkw) aus.

„Das Problem ist nicht die Fabrik, sondern die Straße“, sagt Nikita Pavlenko, der Leiter des ICCT-Kraftstoffprogramms. „Die hohe Treibhausgasintensität des Fahrens eines Lkw während seiner Lebensdauer gleicht die Treibhausgasemissionen aus, die bei der Herstellung oder Produktion des Kraftstoffs oder der verbrauchten Energie entstehen.“

Dies bringt uns zu dem viel diskutierten Energiemix oder Kraftstoffzyklus im Falle von nicht-elektrischen Fahrzeugen. Der ICCT wählt hier einen maßvollen Ansatz und bezieht die besagten Basiswerte 2021 und 2030 ein.

Geht man vom derzeitigen Strommix in der EU aus, stoßen Batterie-elektrische Lkw über ihre gesamte Lebensdauer 63 Prozent weniger Treibhausgasemissionen aus als Dieselfahrzeuge. Wird für die Herstellung und den Betrieb eines Lkw ausschließlich Ökostrom verwendet, so sind diese Emissionen um bis zu 92 Prozent niedriger, befindet das ICCT.

Im Hinblick auf das 2030-Szenario nimmt das ICCT einen saubereren Strommix, basierend auf Hochrechnungen des „World Energy Outlook“ der IEA. Der Strommix würde sich zudem aufgrund der EU-Vorgaben zum Ausbau der erneuerbaren Energien stetig verbessern, so das ICCT. Diese Elektrizität fließt auch in die Schätzungen der Kohlenstoffintensität der Fahrzeug- und Batterie- oder Tankproduktion im Falle von FCEV ein.

„Unsere Studie befasst sich mit den Unsicherheiten in Bezug auf den Anteil der Emissionen in allen Lebensphasen eines Fahrzeugs. Sie zeigt, dass nur Batterie-elektrische und einige Brennstoffzellen-betriebene Lkw die Klimaziele in diesem Sektor erreichen können“, fügt Pavlenko hinzu.

Auch hier geht es um die Emissionen in der Nutzungsphase. Bei Diesel- und Erdgas-Lkw macht der verbrauchte Kraftstoff nach Angaben des ICCT über 90 Prozent der Emissionen während der gesamten Lebensdauer aus. Die höheren Emissionen bei der Fahrzeug- und Batterieproduktion von BEV werden gleichzeitig durch ihre hohe Energieeffizienz und die relativ geringen Emissionen bei der Stromerzeugung „bei weitem aufgewogen“, resümiert das ICCT.

Nur wie sieht es mit Wasserstofffahrzeugen aus?

Für FCEV bleibt die Wasserstofferzeugung von entscheidender Bedeutung, da „die größten Klimaauswirkungen von Lkw und Bussen während ihrer gesamten Lebensdauer in der Nutzungs- oder Kraftstoffverbrauchsphase entstehen, nicht bei der Gewinnung von Rohstoffen, dem Bau oder der Wartung“, so das ICCT.

Dieser Kraftstoffverbrauch ist auch der Grund, warum FCEV derzeit hinter Batterie-elektrischen Lösungen zurückbleiben und gegenüber Dieselfahrzeugen eher mäßige Einsparungen aufweisen. Die ICCT-Analyse kommt zu dem Schluss, dass mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen-Lkw und Busse 15 bis 33 Prozent weniger Emissionen aufweisen als vergleichbare Fahrzeuge mit Dieselmotoren. Dieser vergleichsweise niedrige Wert (gegenüber 63 Prozent bei heutigen BEV) ist darauf zurückzuführen, dass Wasserstoff hauptsächlich aus fossilem Erdgas hergestellt wird. Mit grünem Wasserstoff ist die Bilanz bis zu 89 Prozent günstiger und ähnlich dem Einsparpotenzial bei BEV (92 Prozent mit Ökostrom). Laut ICCT kann Wasserstoff also ein sauberer Kraftstoff sein, wird aber immer noch hauptsächlich aus Erdgas erzeugt.

Erdgas erhielt von der Organisation eine echte Absage. Laut der Studie schneiden mit Erdgas betriebene Nutzfahrzeuge kaum besser ab als Diesel-Lkw. Bei einem 40-Tonnen-Sattelzug errechnet das ICCT sogar etwas höhere Emissionen als bei einem Dieselfahrzeug. Das liegt am Methan, welches beim Betrieb des Fahrzeugs sowie bei der Förderung und Lieferung von Erdgas ausgestoßen und somit in der Lebenszyklusbilanz berücksichtigt werden muss. Das ICCT kommt dabei zu dem Schluss, dass selbst geringe Emissionseinsparungen durch den Einsatz von Erdgas so gut wie nichtig sind, wenn man die kurzfristigen Klimaauswirkungen der Methanemissionen berücksichtigt.

Dabei ist zu erwähnen, dass das ICCT auch bei Batterie-elektrischen Fahrzeugen einen konservativen Ansatz verfolgte und damit häufig in der Debatte vorgebrachte Argumente entkräftet, wie etwa die ressourcen- und emissionsintensive Beschaffung von (Roh-)Materialien für Batteriezellen. Die ICCT-Analyse geht davon aus, dass die Batterie während der Lebensdauer eines Lkw von 20 Jahren einmal ausgetauscht werden muss (auf der Grundlage von Volvo-Schätzungen, wonach Batterien 8 bis 10 Jahre halten). Wie zuvor geht das ICCT davon aus, dass sowohl die Produktion als auch die Elektrizität von den technologischen Fortschritten und den bereits laufenden Markttrends profitieren werden – allerdings ohne Effekte wie Recycling und Energiedichte.

Diese Annahme hat also ihren Preis, zumindest bei den größten Lkw – ein Batteriewechsel erhöht die Emissionen bei der Herstellung eines 40-Tonners. „Diese methodische Wahl in Verbindung mit der vergleichsweise großen Batterie, die für die Sattelzugmaschine berücksichtigt wurde, führt dazu, dass die 40-Tonnen-Sattelzugmaschine die höchsten THG-Emissionen im Zusammenhang mit der Batterieherstellung für alle drei HDVs erzeugt“, so die Forscher.

Die Forscher nehmen in diesem Segment Batteriepakete von 900 kWh im Jahr 2021 und 700 kWh im Jahr 2030 an und eine durchschnittliche Reichweite von 500 Kilometern. Die Reichweite von Bussen und kleineren Lkw liegt bei 250-300 km, mit erforderlichen Batteriekapazitäten von 300 kWh im Jahr 2021 und 250 kWh im Jahr 2030.

Das ICCT weist in seiner Schlussfolgerung darauf hin, dass die an die Batterie gebundenen Emissionen aufgrund sinkender Batteriekosten in Verbindung mit einer womöglichen Erhöhung der Batteriedichte im Laufe des Jahrzehnts wahrscheinlich abnehmen werden, hat diese Effekte jedoch noch nicht in das aktuelle Ergebnis einbezogen.

Auch das Recycling von Batterien dürfte die Auswirkungen der Batterien auf die Treibhausgasemissionen noch weiter verringern. „Aufgrund der Ungewissheit bezüglich zukünftiger Recyclingprozesse schließen wir jedoch die entsprechenden THG-Emissionsgutschriften von dieser Bewertung aus“, schreibt das ICCT.

Sind Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge grün (genug)?

Damit kommen wir zu dem am häufigsten angeführten Argument für Wasserstoff als Mittel der Wahl für die schwersten Nutzfahrzeuge. Hier ist der ICCT vorsichtig, schon wenn es darum geht, Brennstoffzellen-Lkw gegenüber Dieseln zu bevorzugen. Um „sinnvolle“ Treibhausgaseinsparungen über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs zu erzielen, muss die vorgelagerte Wasserstoffproduktion zusätzlichen erneuerbaren Strom oder CCS (Carbon Capture and Storage) enthalten. „Wir stellen fest, dass die Verwendung von fossilem Erdgas ohne CCS bestenfalls zu sehr geringen Einsparungen im Vergleich zu Diesel führt“, so das ICCT.

Die Treibhausgasemissionen von FCEV werden auch durch die Herstellung sowohl des Wasserstofftanks als auch der Brennstoffzelle in FCEV verschärft. Die Ergebnisse variieren je nach Kapazität des Wasserstofftanks und stammen meist aus der energieintensiven Herstellung des Wasserstofftanks. Für die Zwecke dieser Studie ging das ICCT davon aus, dass das Speichersystem für gasförmigen Wasserstoff aus einer Reihe kleinerer Tanks besteht, die miteinander verbunden sind, um die erforderliche Speicherkapazität zu gewährleisten.

Gleichzeitig teilte uns das ICCT mit, dass, wie bei BEV-Batterien, insbesondere bei FCEV die Quelle des Wasserstoffs einen viel größeren Einfluss auf die gesamten Lebenszyklus-THG-Emissionen dieser Fahrzeuge haben wird als die vorgelagerten THG-Emissionen der Herstellung.

Aber auch hier gilt: Da für den Antrieb des Fahrzeugs während seiner gesamten Lebensdauer Kraftstoff benötigt wird, wird es der Wasserstoff noch einige Zeit schwerer haben, selbst wenn die Herstellung nachhaltiger wird. „Die Steigerung der Energieeffizienz ist der entscheidende Faktor bei der Verringerung des Kohlenstoff-Fußabdrucks batteriebetriebener Lkw im Vergleich zu den anderen Technologien“, sagt Programmleiter Rodriguez. „Diese Modelle sind die sauberste Option, auch wenn die Stromquelle nicht ganz sauber ist.“ Dies gilt nicht für Wasserstoff-Lkw, die in Zukunft eine vielversprechende Option sein können, wenn der Wasserstoff zu 100 Prozent aus einer erneuerbaren Energiequelle gewonnen wird. Heute ist ihre Fähigkeit, Emissionen zu reduzieren, noch begrenzt.

In Bezug auf synthetische Kraftstoffe (E-Fuels) weist der ICCT auf deren Ineffizienz hin – sie benötigen zu ihrer Herstellung fünfmal so viel Strom wie ein reiner Batterieantrieb, wobei andere schädliche Faktoren bei ihrer Herstellung noch nicht berücksichtigt sind.

Nach dem aktuellen Entwurf der Europäischen Kommission sollen E-Fuels nur für den umweltfreundlicheren Betrieb bereits zugelassener Fahrzeuge oder für den Antrieb von Einsatz- und Militärfahrzeugen verwendet werden. Alle neuen Fahrzeuge werden wohl auf Verbrennungsmotoren verzichten müssen.

Der Gesetzesentwurf kann bis zur Vorlage am 14. Februar noch geändert werden.
theicct.org (ICCT-Studie), theicct.org (Factsheet)

Autorin: Nora Manthey