Nachhaltigkeit nachhaltiger Mobilität: Kolumne

Klimaschutzgesetz gekippt: „Intertemporale Freiheitsbeschränkung“. Nun Elektromobilität. Wirklich? Erster Überblick über die Studienlage. Unsere Kolumne in der Autoflotte 6/21.

„Intertemporale Freiheitsbeschränkung“, so lautet die prägnante Formel in der Begründung der Karlsruher Verfassungsrichter. Nun rotiert im Wahlkampf alles, auch weil der Verkehrssektor das Feld besonderer Inaktivität der letzten Legislaturen war. Elektromobilität ist im Verkehrssektor nun das Mittel der Wahl. Wirklich? Für Flottenmanagerinnen und Fuhrparkleiter wird es in Zukunft nicht nur freitags stauig, denn Nachhaltigkeit ist kein Thema mehr nur für die junge Generation, sondern für alle post-pandemische Pendlerinnen und Pendlern, gerade auch für die, die ab und an weiter Home Office arbeiten werden. Eines ist nun klar: Ein Zurück gibt es nicht mehr, eine klare Zukunft aber auch nicht. Aber alles steht unter Stark-Strom.

Im Folgenden eine Tiefenbohrung für die betriebliche Hauptanwendungen – E-Cars und E-Bikes.

E-Cars: K-Fragen, Wasser-Wahnsinn, Phosphor-Potential.

Eine Untersuchung des Bundesministeriums für Umwelt zeigt in Summe, dass Elektroautos mit im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennern mit Blick auf die ausgestoßenen Treibhausgase nachhaltiger sein können. In der Forschung ist das weniger politisch, sondern noch problematisch. Warum? Wir wissen einfach noch zu wenig über 1. die Alternativen des bisherig nicht überzeugenden Produktionsverfahrens und der Rohstoffgewinnung, 2. die wirklichen Reichweiten der Batterien, 3. die Geschwindigkeit der regenerativen Stromerzeugung für Produktion und Betrieb, 4. die Funktionalität über den gesamten Lebenszyklus mit Blick auf die Zweitverwertung sowie 5. das Recycling. So können sich ggf. tatsächlich noch Verbesserungen in der Nachhaltigkeit ergeben. Denn gegeben ist sie aktuell noch nicht! Was wir wissen:

»Kongo. Kobalt. Kinderarbeit.«

So lautet die Kurzformel der massiven Probleme bei Arbeitsbedingungen und Umweltbeeinträchtigungen vor allem bei Akku-Produktion. Im Sinne des Klimaschutzes, der Menschenrechte und der unternehmerischen Verantwortung werden mit und ohne Lieferkettengesetz massive Verbesserungen sicherzustellen sein, um eine nachhaltige Kundenbasis aufzubauen.
»Wasser ist das neue CO2!«: Dass Teslas Zeitplan der Gigafactory in Grünheide unter Wasser liegt, liegt vor allem am Wasser und dessen Mangel in Brandenburg selbst. Auch Lithium, einem weiteren Hauptbestandteil der Akkus, schädigt bei Gewinnung mittels stark salzhaltigem Wasser umliegende Grundwasserstände massiv.

Nur grüner Betrieb wirkt.

Die doppelte Herausforderung: Wir brauchen deutlich mehr Strom und den auch nur noch grün. Aktuell: Emission wird von nutzenden Städten in den produzierenden ländlichen Raum lediglich verteilt. Die Lösung kann nach der Abschaltung der Kohlekraftwerke nur der drastische Ausbau der grünen Energie sein – und das ist emissionsbedingt eben nicht die ewige Hoffnung wie ewige Lagerproblematik Atomstrom.

Das Phosphor-Potential

In China und hier vor allem an der University of Science and Technology of China (USTC) – nicht in Wolfsburg oder München – wird derzeit eine neue Materialzusammensetzung für extrem effiziente Batterien entwickelt. Unter Einsatz von schwarzem Phosphor können Ladezyklen von wenigen Minuten bis zu 500 Kilometer Reichweite aufgrund der höheren Elektronendichte des Phosphors im Vergleich zu Lithiumatomen erreichen. Es gibt auch hier Anzeichen für zusätzlich längere Lebensdauern. Ein Vorgeschmack auf technologische Sprünge und Gebrauchtwagenpreis-Sprünge älterer Modelle...

E-Bikes: Gleiche Probleme, höhere Energie-Effizienz, Umsattel-Effekte.

Fast zwei Millionen E-Bikes sind 2020 in Deutschland verkauft worden. Das bedeutet nur für das letzte Jahr allein: 6.000 Tonnen Lithium-Ionen-Akkus. In Rohstoffen: 120 Tonnen Lithium, 960 Tonnen Elektrolyt, 420 Tonnen Kobalt, 360 Tonnen Nickel, ebenso viel Mangan und 4740 Tonnen weitere Rohstoffe – nur in den Akkus.

Alle für die E-Cars gezeigten Herausforderungen gelten auch für E-Bikes – wenn auch mit deutlich geringerem Systemgewicht wie Personenkilometer-Footprint.

Wer statt auf ein E-Car auf ein E-Bike setzt, ist nachhaltiger, wer dann – und das ist bei Wiederaufsteiger*innen nicht selten – wieder auf ein nicht-elektrifiziertes Bike setzt, ist sehr nachhaltig unterwegs. Nur Fussgänger sind emissionsloser. Deswegen ist das der Megatrend in Tokio oder New York.

E-Car vs. E-Bike: 474 Gramm

Ein handelsüblicher 500 Wh Akku reicht beim E-Bike im Sport-Modus mindestens für 50 Kilometer. Die Emission – auf Basis des Schätzungswert der CO2-Emission pro KWh im deutschen Strommix 2018 laut Umweltbundesamt – wäre ca. 474 Gramm CO2/100 Kilometer. Der aktuelle VW Golf stößt im Vergleich 11.300 Gramm CO2/100 Kilometern aus: Faktor 23. Bei sparsameren Eco-Modus-Fahrstil des E-Bikes im Vergleich zum BMW X5 xDrive40i mit 18.003g CO2/100 Kilometer: Faktor 115. Das Institut für Urbanistik sieht das Verhältnis der Energiebilanz im Schnitt zwischen E-Bike und Auto mit 1:30. Im Auto- bzw. Mobilitäts-Quartett von früher – Ältere erinnern sich – ist das E-Bike ein absolut sicherer „Stich“.

Nachhaltigkeit im Vergleich

80 Prozent der Treibhausgase im Lebensweg des E-Bikes entstehen vor dem Fahren.

Eine umfangreiche Studie des Instituts für Energie und Umweltforschung in Heidelberg (IFEU) berücksichtigt Herstellung, Wartung und Entsorgung. Verglichen werden hier Emissionen pro 100 km auch hinsichtlich der erwarteten Lebensdauer der Verkehrsmittel mit dem Ergebnis: das E-Bike schneidet sogar besser ab als der ÖPNV - um den Faktor 5 niedriger. Und das Umweltbundesamt rechnet vor, dass nach bereits rund 100 E-Bike-Kilometern – im Ersatz zu PKW-Fahrten – die Treibhausgasemissionen des Akkus bereits ausgeglichen seien.

Substitutionseffekte: Klimaschutz durch Umsatteln.

20 Prozent der E-Bike-Nutzerinnen und Nutzer sind in den vergangenen Jahren vom nicht elektrifizierten Rad umgesattelt – so die IFEU-Studie. Die restlichen 80 Prozent nutzen das E-Bike anstelle von Transportmitteln mit höherem Emissionsausstoß. Auch die Pendler-Zahlen spiegeln dies wider: 45 Prozent der E-Bike-Kilometer wurden vorher mit dem PKW zurückgelegt, 32 Prozent mit dem Fahrrad, sieben Prozent mit ÖPNV. Bei Pendler-Verkehren sind die Zahlen noch eindeutiger: Nichts ist klimaschützender als das Umsatteln – und Fuhrparkverantwortliche haben hier Verantwortung.

Batterie-Recycling:
Mehrere Leben. Mehrere Verfahren.

Die Rückläufer werden nach Prüfkriterien analysiert, um das Recycling-Potential zu schätzen. Ein zweites Leben – ohne Recycling – wird vor allem bei mobilen Ladesäulen als „Power-Bank“ für Festivals und Großveranstaltungen gesehen.

Ein Überblick über aktuelle – energieintensive – echte Recycling-Verfahren:

Thermische Aufschmelzung: der belgische Batterierecycling-Markführer Umicore setzt auf Verbrennung und Zermahlung. So können Kobalt, Nickel und Kupfer wiedergewonnen werden – Lithium, Graphit, Aluminium sowie Elektrolyt hingegen nicht.
Verschrottung: das deutsche Chemieunternehmen Duesenfeld hat einen Schredder unter Stickstoff gesetzt und zerlegt darin die sonst hochentzündliche Lithium-Ionen-Batterie in Geschreddertes und Elektrolyt. So können die einstigen Rohstoffe Graphit, Mangan, Nickel, Kobalt und Lithium wiedergewonnen werden für neue Antriebsakkus. 96 Prozent aller Batteriebestandteile solle so einem neuen Kreislauf zugeführt werden. Der CO2-Fußabdruck bei der Produktion neuer Akkus verringere sich nach Unternehmensangaben um 40 % im Vergleich zur Neuproduktion
Elektrohydraulische Zerkleinerung: Fraunhofer legt die Batteriezellen in Wasser und nimmt kontrollierte Schockwellen vor, die Lithium-Ionen-Batterien an den Schwachstellen in den Materialverbünden zerlegen. Empa sucht den idealen Recyclingprozess für Akkus.

Fazit & Forderungen

Mehr Forschung und Realismus: Die noch junge Technologie zeigt aktuell noch viele Wissenslücken, Potentiale, aber eben auch keine wirkliche Effizienz und ist für viele deswegen nicht mehr als eine Brückentechnologie zur Brennstoffzelle. Die Effektivität entsteht nur bei Verkehrsmittelwechsel von Verbrenner-Ersatzverkehre mit elektrifiziertem ÖPNV, Ökostrom-Züge und Rad- bzw. E-Bikes.
Zertifizierungen nach Umwelt- und Fair-Trade-Standards: Hier ist eine massive Lücke staatlicher Regulierung und Industriestandards. Die EU will ihre Ökodesign-Richtlinie um Lithium-Ionen-Akkus erweitern – mit Dokumentation des Lebenszyklus von Rohstoffgewinnung bis Entsorgung.
Recycling bleibt Randerscheinung: Das Nachfragewachstum ist fünffach über dem Recyling-Volumen. Die deutsche Rohstoffagentur schätzt den Bedarf z.B. an Kobalt für 2026 auf gut 50.000 Tonnen – bei gerade einmal rund 10.000 Tonnen recyceltem Kobalt. Beim Lithium: Nach aktuellem Stand der Technik kann vom erwarteten Lithium-Bedarf kein einziges Gramm über Recycling gedeckt werden.
Ökostrom und Pflege der Batteriegesundheit: Diese sind zentral für Gesamtbilanz aus Nutzersicht.

Kurzum: Die Reihenfolge in der klimaneutralen Verkehrswende ist simpel: ride, reduce, reuse, recycle. Radelt, was möglich ist, und wenn möglich sogar ohne Akku – da kann man auch über 25 km/h fahren. Reduziert Verkehre. Schreibt E-Cars unter dem Gesichtspunkt der Lieferkette, der Wiederverwendung und des Recyclings aus – und reduziert sie gleich im Vergleich zum bisherigen Mobilitätsmix, auch wegen der mittelfristig sinkenden betrieblichen Verkehre.

Auswahl von Quellen

Bis Juni musste die EU-Richtlinie „RED II“ – also die Neufassung der Renewable Energy Directive – umgesetzt sein. Diese Richtlinie macht Vorgaben zu erneuerbaren Energien im Verkehrssektor bis 2030. Aber auch bei den post-fossilen Kraftstoffen gibt es viele Zweifel hinsichtlich tatsächlicher Klimawirkung und der abnehmenden Biodiversität.

Prof. Dr. Stephan A. Jansen ist Geschäftsführer der »Gesellschaft für Urbane Mobilität BICICLI« und deren Mobilitätskonzeptberatung »MOND – New Mobility Designs«. Mit dem Geschäftsbereich BICICLI Cycling Solutions sind sie Pionier und Full Service-Spezialist für Fahrradflotten-, Dienstrad- sowie Infrastruktur-Lösungen (u.a. Preisträger des Deutschen Fahrradpreises 2020, des Innovationspreises des Deutschen Handels sowie des Future Mobility Summits vom Tagesspiegel). Zum Sommer wurde er auf die Professur for Urban Innovation – Mobility, Health, Digitization an die Universität der Künste, Berlin berufen. Er ist langjähriger wissenschaftlicher Berater der Bundesregierung (u.a. Mitglied des Innovationsdialogs der Bundeskanzlerin, der Forschungsunion, Spitzencluster-Initiative etc.). Jansen ist Gründungspräsident der Zeppelin Universität, seit 1999 Gastforscher an der Stanford University und vielfach für seine Arbeit und Publikationen ausgezeichnet – auch international im globalen Ranking der »Thinkers50«.

Er schreibt hier in seiner Kolumne „Neue Fahr-Lässigkeit“ – wissenschaftlich, bissig, humorvoll oder eben: autonom, elektrisierend und rasant.

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