Die Nutzung fossiler Energie erlaubte im vergangenen Jahrhundert eine enorme gesellschaftliche und wirtschaftliche Entwicklung, die auch am Bestand an Fahrzeugen gut sichtbar wird (vgl. Abbildung 1). Die Anzahl der Fahrzeuge nimmt mit zunehmender Wirtschaftsleistung in praktisch allen Ländern weltweit stark zu.
Gemäss dem Internationalen Verband der Automobilhersteller (Oica) wurden 2019 rund 90 Mio. Fahrzeuge verkauft. Zum Vergleich: im Jahr 2000 waren es noch 50 Mio. Diese Zahl wird voraussichtlich weiter steigen. Studien zum Automobilmarkt zeigen bis 2030 ein Wachstum auf 120 Mio. produzierter Fahrzeuge – 30 Mio. Neuwagen mehr als heute. Entscheidend diesbezüglich sind insbesondere die Entwicklungen in den Brics-Staaten (Brasilien, Russland, Indien, China und Südafrika). Gleichzeitig wird erwartet, dass der Anteil von Steckerfahrzeugen (Elektro und Plugin-Hybrid) stark steigen wird – bis 2030 global auf rund 30 Mio.
Heute sind weltweit rund 1,3 Mrd. Autos immatrikuliert. Diese emittieren jährlich rund 6,0 Mrd. t CO2 (von weltweit insgesamt 33 Mrd. t). In der Schweiz sind gemäss Bundesamt für Statistik 6,2 Mio. Fahrzeuge registriert, mit direkten Emissionen von 16 Mio. t CO2. Dazu kommen weitere 20–30% Emissionen in der Treibstoffbereitstellung sowie für die Herstellung und Entsorgung der Fahrzeuge. Weltweit steigt der CO2-Ausstoss gemäss IEA in allen Energiesektoren nach wie vor an, am stärksten im Transportbereich. In der Schweiz konnten die direkten CO2-Emissionen aller Sektoren gesenkt werden; seit 2008 auch im Strassenverkehr.
Betrachtet man den Betrieb der Fahrzeuge in der Schweiz detaillierter, zeigt sich, dass die einzelnen Fahrzeuge signifikante Unterschiede bei der jährlichen Kilometerleistung und damit auch bei den realen CO2-Emissionen aufweisen. Die Auswertung von 1,5 Mio. Autoinseraten auf Autoscout24 (ohne Geschäftsfahrzeuge) durch die Empa ergab, dass 50 % der Fahrleistung durch die 30% Fahrzeuge mit den höchsten Fahrleistungen erbracht wird (vgl. Abbildung 2) . Diese Fahrzeuge sind für gleich viel CO2-Emissionen verantwortlich wie die restlichen 70% der Autos. Vielfahrer- und Langstreckenfahrzeuge sind hinsichtlich CO2-Emissionen somit überdurchschnittlich relevant.
Bei der Langstreckenmobilität dürfen zudem Rebound-Effekte nicht unterschätzt werden. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn Ferienreisen einer Familie nach dem Umstieg auf ein Elektrofahrzeug nicht mehr mit dem Auto, sondern mit dem Flugzeug gemacht würden. Ein einziger Trip einer Familie per Flugzeug kann die CO2-Emissionen eines Benzin- oder Dieselfahrzeuges während eines Jahres deutlich übersteigen.
Die Ökobilanzen von Fahrzeugen mit verschiedenen Antriebskonzepten sind Gegenstand vieler Untersuchungen. Für die CO2-Emissionen primär entscheidend ist die Herkunft der Energie. Dabei werden heute vor allem zwei Hauptentwicklungen diskutiert: die Elektrifizierung der Antriebe (d.h. voll- und teil-elektrische Fahrzeuge) sowie die Elektrifizierung der Treibstoffe (d.h. Wasserstoff und synthetische Treibstoffe).
Zur Herstellung synthetischer Treibstoffe wird erneuerbare Elektrizität, die im Strommarkt aufgrund eines Überangebots oder mangels Transportkapazitäten nicht nutzbar ist – andere Elektrizität ist zu teuer – in einem ersten Schritt für die Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff genutzt. Der Wasserstoff kann dann entweder in Wasserstoff-Fahrzeugen eingesetzt werden, oder er wird mit CO2 in Kohlenwasserstoffe umgewandelt und in verbrennungsmotorischen (Hybrid-) Fahrzeugen genutzt werden.
Wasserstoff und synthetische Treibstoffe sind insbesondere im Langstrecken- und Lastbetrieb eine notwendige Ergänzung der Elektromobilität. Diese Technologien auf ihre verminderten Teilsystem-Wirkungsgrade zu reduzieren, wird der Sache nicht gerecht, denn der Zeitpunkt und auch der Ort der Erzeugung von erneuerbarer Elektrizität sowie wann und wo diese bezogen wird, ob Energie speicherbar und/oder transportierbar ist, erhält in einem regenerativen Stromsystem eine höhere Bedeutung.
Vergleicht man die CO2-Emissionen von elektrifizierten Antrieben und elektrifizierten Treibstoffen, so zeigt sich, dass diese primär von der CO2-Belastung der eingesetzten Elektrizität abhängen. Untersuchungen des Paul Scherrer Instituts (PSI) zeigen (vgl. Abbildung 3), dass für die CO2-Reduktion primär der Wechsel auf erneuerbare Energie massgeblich ist. Beim Betrieb mit erneuerbarer Energie spielt das Antriebskonzept diesbezüglich eine untergeordnete Rolle.
Quellen synthetischer Energieträger
Synthetische Energieträger benötigen für die Herstellung erneuerbare Elektrizität, Wasser und Kohlendioxid (CO2). Die technischen Verfahren sind bekannt und erste industrielle Grossanlagen in Planung. Die Gestehungskosten hängen primär von der Anlagengrösse und den Stromkosten ab. Der Strompreis wiederum beruht auf den lokalen Gegebenheiten, dem Strommarktdesign wie auch dem Anteil erneuerbarer Elektrizität.
Zur Herstellung synthetischer Energieträger kommen dezentrale, kleinere Anlagen in der Schweiz oder ausländische Produktionsbetriebe in Frage. Während Anlagen in der Schweiz für das einheimische Energie-Gesamtsystem wertvoll sind – beispielsweise, indem der nutzbare Anteil erneuerbarer Elektrizität erhöht wird – bieten ausländische Grossbetriebe für die Schweiz zwar direkt keinen Systemnutzen, können aber die Versorgung mit erneuerbarer Energie im Winter oder für den Strassenverkehr auf Langstrecken und für die Luftfahrt sicherstellen.
Um den nicht durch die Wasserkraft abgedeckten Energiebedarf der Schweiz im Winterhalbjahr sowie den Langstreckenverkehr ausschliesslich mit importierten synthetischen Energieträgern zu decken, wäre eine Photovoltaik-Fläche in einer Wüste von zirka 700 km2 erforderlich; das sind 27 x 27 km oder 0,008 % der Fläche der Sahara. Das für die Herstellung erforderliche Wasser und das CO2 könnten vor Ort aus der Atmosphäre gewonnen werden. Die bestehenden Handelsmechanismen, Transportinfrastrukturen, Normen und das Expertenwissen könnten dabei weiterverwendet werden.
Weiterführende Informationen: Nachhaltige Antriebskonzepte
