Wissenschaftliche Studien

Qualitativ hochwertige Beiträge über Elektromobilität haben es schwer, neben der Flut von Greenwashing-Studien wahrgenommen zu werden. Diese Zusammenstellung wird laufend erweitert:


The averaging bias – a standard miscalculation, which extensively underestimates real CO2 emissions
Die Professoren Thomas Koch und Thomas Böhlke vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben bei der Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik eine Arbeit mit dem obigen Titel eingereicht. Der Peer-Review ist abgeschlossen.

Ergebnis (Zitat): „It is shown in the present manuscript, that the simplified formula may underestimate the CO2 footprint significantly if the average CO2 footprint depends on the average electricity power demand, which is the case for most of mixed partly renewable and partly non-renewable electric energy systems.

Die Autoren vermeiden mit ihrer Formel die Diskussion über eine „Zurechnung“ des erhöhten Stromverbrauchs, indem sie erst den Durchschnittsmix für alle Verbraucher ansetzen, dann die Erhöhung des Durchschnitts bestimmen, diese ebenfalls mit dem gesamten Verbrauch multiplizieren und dazuaddieren. Damit läuft Martin Wietschels Behauptung, man könne nicht bestimmen, welche zusätzliche Nachfrage die Grenznachfrage ist, ins Leere und wird als absurd entlarvt.

DER WEG HIN ZU EINER CO2-ARMEN MOBILITÄT
Juni 2020; Martin Stahl, Markus Seeberger, José Miguel Escobar Coto (STAHL AUTOMOTIVE CONSULTING):
„Die Elektromobilität erhöht in Deutschland im Zeitraum 2020–2030 die CO2-Emissionen netto um 40 Mio. t CO2. Die Ursache dafür liegt im Konkurrenzverhältnis von Kohleausstieg und Elektromobilität. Die Abschaltung von Kohlekraftwerken (beim gleichzeitigen Verwenden verbrennungsmotorischer Fahrzeuge) leistet einen höheren Beitrag zur CO2-Emissionsreduzierung.“

Ökologische Folgen von Elektroautos
Oktober 2019; Dieter Teufel, Sabine Arnold, Petra Bauer und Thomas Schwarz (Umwelt- und Prognose-Institut e.V.):
„Erhöhungen des Stromverbrauchs führen deshalb im Wesentlichen zu einer Erhöhung des Einsatzes fossiler Brennstoffe, vor allem Steinkohle. Deshalb müsste bei der Berechnung der CO2-Emissionen zusätzlicher Stromverbraucher wie Elektrofahrzeuge nicht mit dem durchschnittlichen Emissionsfaktor des Strommix, sondern mit dem ca. 35% höheren Emissionsfaktor von Steinkohlestrom in Höhe von 810 g CO2/kWh gerechnet werden… E-PKW liegen in ihren Gesamtemissionen dann deutlich höher als Benziner und Diesel.“

Uncertainty in GB electricity grid carbon intensity andits implications for carbon accounting and reporting
March 2019; Vasiliki Papaioannou (School of Built Environment, University of Reading):
„Marginal emissions have gained increased interest in academic works of the past years with a few studies claiming that system-average emissions fail to reflect the operation of the grid ‚in the margin‘ (Siler-Evans et al., 2012), (Hawkes, 2010), (Thomson et al., 2017).“

EU Displacement Mix – A simplified marginal approach to determining the environmental impacts of coupled heat and power technologies
May 2018; Britta Kleinertz, Dr. Christoph Pellinger, Dr. Serafin von Roon, Tobias Hübner (Forschungsstelle für Energiewirtschaft):
„An average PEF, as proposed by the European Commission in the ongoing Energy Efficiency Directive review, and specific CEEF based on a yearly average electricity generation mix, are not suitable for evaluating the efficiency or carbon intensity of additionally produced or consumed electricity. Using an average approach will overestimate the renewable electricity in the displacement respectively consumption mix. Meanwhile, the marginal approach will more accurately estimate the environmental impact on the electricity system due to additional generation and consumption, signalling more adequately to both policymakers and consumers the environmental impacts of appliances generating or using or this electricity.“
Anmerkungen:
PEF=Primary Energy Factor
CEEF=CO2 Equivalent Emission Factor
Das ist einer der besten Beiträge überhaupt zu den Treibhausgasemissionen zusätzlichen Strombedarfs. Abseits vom Elektroauto-Hype wird klar aufgezeigt, welche Kraftwerke Zusatzstrom decken. Die Ergebnisse werden etwa in den Grafiken auf Seite 26 und 41 veranschaulicht.

Die zukünftigen Kosten strombasierter Brennstoffe: Schlussfolgerungen aus Sicht von Agora Verkehrswende und Agora Energiewende
Februar 2018; Urs Maier und Matthias Deutsch (Agora Energiewende):
Auf Folie 20 steht zu lesen: „Der Strom für den gesamten Produktionsprozess (incl. Wasseraufbereitung etc.) muss aus zusätzlichen Erneuerbare-Energien-Anlagen stammen. Ist dies nicht gewährleistet, müssen die Emissionen des zusätzlichen Strommixes bilanziert werden.“
Sofern es nicht um Elektroautos geht, erinnern sich Wissenschaftler durchaus daran, dass zusätzliche Stromverbraucher mit der Marginalbetrachtung zu bewerten sind.
Kritikpunkt: Das klare Votum für das batterieelektrische Auto basiert einzig auf der Wirkungsgradbetrachtung. Das halte ich für einen methodischen Fehler; entscheidend sollten die Kosten sein. Werden synthetische Kraftstoffe in sonnenreichen Ländern produziert, kann das Ergebnis ganz anders ausfallen.

Assessment of the Marginal Emission Factor associated with Electric Vehicle Charging
October 2017; Giacomo Pareschi, Dr. Gil Georges, Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos:
The analysis shows that even countries with an almost carbon-free generation mix, like Switzerland, may sustain very high marginal emission factors.“

Marginal greenhouse gas emissions displacement of wind power in Great Britain
December 2016; R. Camilla Thomson, Gareth P. Harrison, John P. Chick:
„Estimates of the greenhouse gas (GHG) emissions reductions from wind power critically inform energy policy and planning applications; however, calculations require estimates of the emissions displacement of wind power, which is currently poorly understood and a matter of some debate. The challenge with estimating this value is that the variable output of wind power is unlikely to displace all forms of generation equally, and may lead to an increase in the emissions intensity of power from conventional plant responding to the fluctuating output of wind farms.“

Marginal Life-Cycle Greenhouse Gas Emissions of Electricity Generation in Portugal and Implications for Electric Vehicles
September 2016; Rita Garcia and Fausto Freire, Department of Mechanical Engineering, University of Coimbra:
„For an electricity system with a high share of non-dispatchable renewable power and excess capacity in the near term, such as the Portuguese system, marginal emissions are considerably higher than average emissions. Increasing electricity generation generally means increasing fossil-based generation (either coal or natural gas), resulting in higher emissions than the renewable-based average.
For the Portuguese system, marginal GHG emissions can be up to 58% higher than average emissions, considering the time of day. When the goal is to assess the GHG emissions of implementing a technology which entails a change in electricity consumption (may it be increasing or decreasing consumption), marginal emission factors should be used. Because marginal effects have a distinct and larger magnitude than the average behavior of the electricity system, using average emission factors to assess the impacts of implementing a new technology which uses or displaces electricity can underestimate the burdens or the savings achieved.“

Weiterentwicklung und vertiefte Analyse der Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen
April 2016; Hinrich Helms, Julius Jöhrens, Claudia Kämper, Jürgen Giegrich, Axel Liebich, Regine Vogt, Udo Lambrecht (ifeu):
„Entscheidend für die Umweltwirkungen der Elektromobilität als Technologie ist letztlich allerdings weniger der durchschnittliche Strommix zum heutigen Zeitpunkt, sondern die Fragen, welche Kraftwerke zur Deckung des zusätzlichen Strombedarfs durch Elektrofahrzeuge herangezogen werden („Marginalmix“) und wie der Kraftwerkspark aussieht, wenn das Stadium des Massenmarkts erreicht ist.“

eMobil 2050 – Szenarien zum möglichen Beitrag des elektrischen Verkehrs zum langfristigen Klimaschutz
September 2014; Florian Hacker et al. (Öko-Institut e.V.):
„Die Ergebnisse zeigen, dass die (zusätzliche) Stromnachfrage des Verkehrs im Jahr 2030 zwar dank der Flexibilität von Elektrofahrzeugen teilweise durch die Integration von ansonsten nicht genutzten erneuerbaren Energien gedeckt werden kann und andere Stromspeicher entlastet werden können, dass der Großteil der Stromnachfrage aber durch zusätzliche Betriebsstunden konventioneller Kraftwerke gedeckt wird und somit im Energiesystem zusätzliche Treibhausgasemissionen in der Größenordnung von 16 Mio. Tonnen verursacht.“

Electric vehicles revisited: Costs, subsidies and prospects
May 2012; Philippe Crist, International Transport Forum:
A key factor to consider, however, when looking at the CO2 impacts of upstream electricity production for BEVs is the carbon intensity of marginal electricity generation, not necessarily the average or the base load generation profile. … Even in regions where base-load electricity generation is relatively low-carbon, high rates of peak-hour BEV and PHEV charging will come from marginal electricity generation which may very well be much more carbon intensive than the base load mix (e.g. from gas or coal rather than from nuclear). .. In many regions considering the deployment of BEVs coal-based electricity generation is the norm. The rationale for subsidising or otherwise promoting EVs in these instances cannot be principally for direct CO2 mitigation but rather for developing a market for electric vehicles in anticipation of the development of low carbon electricity production.“

Marginal Emissions Factors for the U.S. Electricity System
April 2012; Kyle Siler-Evans, Inês Lima Azevedo and M. Granger Morgan:
„We compare marginal and average emissions factors (AEFs), finding that AEFs may grossly misestimate the avoided emissions resulting from an intervention.“