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Klimabilanz von Diesel und Elektromotoren Die fünf wichtigsten Kritikpunkte an der Sinn-Studie

Ex-ifo-Präsident Hans-Werner Sinn stufte in seiner Studie einen Tesla als klimaschädlicher als einen Diesel-Pkw ein. Quelle: dpa

Sind Diesel-Autos am Ende doch die umweltverträglicheren Fahrzeuge? Das behauptet der Ökonom Hans-Werner Sinn, der mit dem Kölner Physiker Christoph Buchal eine Studie herausgegeben hat. Ihre Berechnungen sind teilweise fragwürdig. Dies sind die fünf wichtigsten Punkte.

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1. Wie berechnet man den Verbrauch realistisch?

Sinn vergleicht einen Mercedes Diesel 220d (das ist, nach den Laborstandards, mit denen Sinn arbeitet, der Diesel mit den derzeit niedrigsten Verbrauchswerten in seiner Klasse) mit einem Tesla Model 3. Nach Sinns Berechnungen kommt der Tesla inklusive Herstellung und Betrieb mit konventionellem Strom auf einen CO2-Ausstoß von bis zu 181 Gramm je Kilometer, der Diesel nur auf 141 Gramm. Der Tesla hat mehr als die doppelte Leistung des Daimler, über 400 PS, der Daimler 194 PS.

Sinn argumentiert, beide Autos seien etwa gleich groß und unter anderem deswegen richtig gewählt, weil es sich „bei den verglichenen Modellen (…) um Autos mit windschnittigen Karosserien, die auch für größere Distanzen auf der Autobahn alltagstauglich sein sollen“, handele. Und später weiter: „Bei realistischeren Annahmen über die Fahrweise mit einem größeren Autobahnanteil bei hohen Geschwindigkeiten und hohem Luftwiderstand kann der Diesel seine Stärken eher noch besser zur Geltung bringen.“

Das Argument Luftwiderstand stimmt. Der Verbrauch der E-Autos steigt bei anhaltend hohen Luftwiderständen, etwa beim Schnellfahren auf der Autobahn, überproportional zur zurückgelegten Strecke, und er ist umgekehrt tendenziell viel geringer als bei Verbrennungsmotoren im Stop & Go in Städten, weil E-Autos hier die oft einsetzende Bremsenergie zurückgewinnen (rekuperieren, E-Motor wird zum Generator und speichert Energie in den Akku zurück).

Nur passt Sinns Argument nicht zu den in Deutschland üblichen Durchschnittsstrecken laut Statistik: Tatsächlich wird ein verschwindend geringer Bruchteil der jährlich in Deutschland gefahrenen rund 630 Milliarden Kilometer mit hohen Geschwindigkeiten auf der Autobahn zurückgelegt; 90 Prozent aller Fahrten sind kürzer als 40 Kilometer, meistens Pendlerstrecken. Im Schnitt beträgt die tägliche Streckenlänge 38 Kilometer.

Ein weiterer kritischer Punkt: Sinn hat die Verbrauchsdaten der beiden Autos mit dem veralteten Laborstandard NEFZ berechnet. Beim NEFZ-Verfahren wird im Labor 20 Minuten lang mit vierfach erhöhtem Reifendruck (8 statt 2 bar) und mit maximal 120 km/h gefahren, im Durchschnitt mit 33,6 km/h. Dafür braucht man weder 400 PS noch eine „windschnittige Karosserie“.

Nicht zuletzt wegen dieser Unzulänglichkeiten des NEFZ-Verfahrens hat der Gesetzgeber auf den deutlich realitätsnäheren WLTP-Standard umgestellt, der die Autobauer viel Geld gekostet hat und sie zum Teil vor ganz erhebliche Probleme stellte.

Aus empirischen Verbrauchsdaten zu beiden Fahrzeugen geht klar hervor, dass der Daimler-Diesel in Wahrheit 48 Prozent mehr verbraucht als die 4,4 Liter je 100 Kilometer, mit denen Sinn rechnet, der Tesla im Durchschnitt aber nur zehn Prozent mehr.

Von TV-Moderator Markus Lanz in dessen Talkshow am 1. Mai darauf angesprochen, warum er für seinen Vergleich Verbrauchsdaten verwendet habe, von denen er doch gewusst habe, dass diese falsch seien, und keinen Versuch unternommen habe, empirische Daten zu ermitteln, antwortete Sinn.: „Das wäre ja viel zu viel Aufwand.“ Außerdem brauche er „belastbare genormte Daten. “ Mit WLTP gerechnet kommt der Daimler auf 168 Gramm CO2 je Kilometer, ein Plus von 27 Gramm. Der Tesla verschlechtert sich ebenfalls gegenüber dem unrealistischen NEFZ-Wert, aber nur um 6 Gramm, auf 187 Gramm. Schon durch die Korrektur des Messstandards im Rechenmodell ist das Gesamtergebnis, der Diesel sei um 28 Prozent besser als der Tesla, nicht mehr haltbar.

Wieviel CO2 fällt bei der Autoproduktion an?

Unstrittig ist: Bei der Herstellung der Autos entsteht CO2, bei E-Autos mehr als bei Dieseln, weil die Herstellung des Akkus relativ energieintensiv ist. Hier begehen die Autoren der Sinn-Studie den zweiten Fehler, indem sie veraltete und unpassende Daten nehmen. Konkret beziehen sie sich auf die sogenannte „Schweden-Studie“, eine Metastudie von Mia Romare und Lisbeth Dahllöf aus dem Jahr 2017, die ihrerseits auf zahlreiche ältere Studien zurückgreifen.

Sinn rechnet, der Metastudie folgend, mit 145 bis 195 Kilogramm CO2 pro Kilowattstunde (KWh) Akkukapazität. Für den Tesla mit einem Akku von 75 KWh folgert Sinn daraus, allein die Produktion des Akkus verursache 11 bis 15 Tonnen CO2, also 73 bis 98 Gramm je Kilometer während des Gesamtlebens des Autos. Ausgestattet mit einem derart riesigen CO2-Rucksack würde der Tesla in der von Sinn angenommenen Lebensdauer von 150.000 Kilometern den Nachteil gegenüber dem Mercedes-Diesel tatsächlich nicht aufholen. Wer das Klima also schonen will, solle besser Diesel fahren, so Sinns Conclusio.

Nur: Diese Annahmen sind falsch. Die Akkus des Model 3 werden in einer Gemeinschaftsfabrik von Tesla und des japanischen Batterieherstellers Panasonic in der Nähe von Reno, Nevada gefertigt, und zwar seit dem Marktstart des Model 3 ausschließlich dort. Die Gigafactory ist mit einer Fläche von 0,5 Millionen Quadratmetern das größte monolithische Fabrikgebäude der Welt; das gesamte Dach wird derzeit mit Photovoltaik-Modulen bestückt. In der finalen Ausbaustufe (derzeit sind ca. 40 Prozent fertig) wird Sonnenstrom dort eine installierte Gesamtleistung von 70 Megawatt peak haben und den Großteil des Energiebedarfs der Riesen-Akkufabrik decken, in der übrigens auch die Tesla-Elektromotoren nahezu CO2-neutral hergestellt werden.

Panasonic fertigt in Reno vor Ort nicht nur die Lithium-Ionen-Zellen für die Akkus, sondern auch alle Vorprodukte. Das Pressen des Kathodenmaterials ist der energieintensivste Prozess der Akkufertigungskette und wird zu 100 Prozent in der Gigafactory vollzogen. Ebenso die Herstellung der Kathode und der Separatoren, das Wickeln, Testen und Laden der Lithium-Ionen-Zellen und der Bau der Zellenketten und die Montage der gesamten Akkus aus diesen Zellen. Andere Batterie-Hersteller, deren Daten die veraltete Datenbasis der Schwedenstudie dominieren, müssen diese Vorprodukte anliefern lassen, meist über tausende Kilometer aus Fernost.

Das ist dem in der Studie herangezogenen Tesla aber nicht anzulasten. „Die alten Daten aus der Schwedenstudie zu verwenden ist unzulässig; sie haben mit der Realität der beiden Fahrzeuge nichts zu tun. Wir machen so etwas seit 20 Jahren, CO2-Life Cycle Analysen sind extrem komplex und erfordern für jedes noch so kleine Bauteil einen nachprüfbaren Datensatz; auch von den Zulieferern“, sagt Guenther Scharelis, der bei VW das Thema betreut. Wenn man eine These auf einer Vergleichsrechnung zweier konkreter Automodelle aufbaut, müsse man zwingend mit den konkreten CO2 Werten aus deren Produktion arbeiten. Auch bei VW ist man „not amused“, dass Sinn den Konzern sogar als Kronzeugen bemüht: VW bestätige sein Ergebnis, twitterte Sinn und sagte dies der „FAZ“.

Der CO2-Impact Bericht, auf den Sinn sich bezieht, liegt jedoch noch gar nicht vor, nur einzelne Folien daraus. Scharelis: „Herr Sinn hat hier offenbar Einzelfallbetrachtungen angestellt, mit einem alten Modell, das wir nicht mehr lange bauen werden; der Markthochlauf im von ihm angenommenen Zeitraum 2018 bis 2030 aber wird mit der ID-Modellreihe von VW erfolgen, deren Batterie in Zwickau sogar CO2-neutral sein wird.“

Selbst wenn die Autoren den Angaben Teslas oder VWs zur Nutzung des selbstproduzierten Sonnenstroms misstrauen, hätten sie für ihren konkreten Tesla-Vergleich nicht den Kohlestrom aus China, das den Datensatz der verwendeten Schwedenstudie maßgeblich beeinflusst, heranziehen können. Nevada ist Teil des Verbundnetzes West Rocky Mountains Currency Grid (WRCC); der Strom, den Tesla zum Bau seiner Akkus bezieht, wenn der Solarstrom vom eigenen Dach nicht ausreicht, schlägt laut US-Behörden mit nur 295 Gramm CO2 je KWh zu Buche.

Zudem berücksichtigt das Ifo-Papier nicht die Zweitverwertung des Tesla-Akkus, second life genannt: Akkus, die unter die im Auto sinnvolle Marke von 70 bis 80 Prozent ihrer Ursprungskapazität fallen, können noch über viele Jahre in anderen Anwendungen, etwa als Heimspeicher oder Puffer in Netzen verwendet werden. Dafür gibt es bereits praktische Beispiele; technische Machbarkeit, ökonomischer und ökologischer Nutzen dieser Zweitverwertung sind nachgewiesen. Der Stromverbrauch bei der Herstellung des E-Autos im Ifo-Vergleich ist um ein Vielfaches zu hoch angesetzt. Eine Korrektur dieser Einzelvariable lässt das Gesamtfazit der Studie ins Gegenteil kippen.

Wie lange hält der Akku?

Die dritte wichtige Variable ist die Lebensdauer des Akkus. Sicher: Gäbe der schon nach wenigen Jahren den Geist auf und müsste er ausgetauscht werden, würde sich die Gesamtbilanz des E-Autos wiederum verschlechtern. Sinn setzt für seine Berechnung nun eine Gesamtlaufleistung von 150.000 Kilometern für den Tesla an. Er stützt sich dabei auf Daten aus anderen Studien, etwa der Agora Verkehrswende, die ähnliche Lebensdauern veranschlagen.

Dabei unterläuft den Autoren derselbe Fehler wie bei den Normverbräuchen und der Akkuherstellung: Sie schließen aus Durchschnittswerten großer Datensamples (Metastudien), die durch von mehrheitlich älteren und kleineren Akkus beeinflusst sind, auf den konkreten Tesla. Tesla gewährt jedoch bereits mehr Garantie als die von Sinn angenommenen 150.000 Kilometer, nämlich 192.000 Kilometer. Es liegen zudem empirische Daten vor, die Laufleistungen von bis zu 600.000, einzelne Ausreißer sogar von bis zu 700.000 Kilometern mit einem Tesla-Akku ausweisen.

Anders als Sinn und Buchal es tun, kann man bei einem Akku die Lebensdauer nicht in Kilometern ansetzen. Entscheidend ist die Zahl der Ladezyklen: Wie oft kann man den Akku be- und entladen, bevor er kaputt geht. Was die Zelle stresst und altern lässt, sind nicht gefahrene Kilometer, sondern neben der Hitze beim Schnellladen vor allem hohe Stromstärken innerhalb einer Zelle (Ampere); diese entstehen, wenn viele Elektronen in kurzer Zeit von Anode zu Kathode wandern oder zurück, also beim Schnellfahren und wiederum Schnellladen.

Ebenfalls nicht förderlich für die Lebensdauer der Zellen sind häufige Komplett-Entladungen. Die von Sinn zitierte „umfangreiche Übersichtsstudie“ argumentiert aber auf Zellebene, im Gesamtakku (im Tesla hier 4400 Zellen) schützt jedoch die Batteriemanagement-Software- und die Leistungselektronik in modernen E-Autos die Zellen vor solchen kompletten Entladungen, weil sie die Ströme auf die vielen Zellen verteilt. Ebenso können einzelne defekte Module (im Tesla ja 24 bis 28 Zellen) auch getauscht werden, der gesamte Akku ist deswegen noch lange kein Ersatzfall.

Weil der Tesla mit einer Batterieladung 500 Kilometer Reichweite schafft, würden die von Sinn angenommenen 150.000 Kilometer Lebensdauer nur 300 Ladezyklen entsprechen. Der WirtschaftsWoche liegen aber glaubhafte Laboranalysen vor, in denen die 21700er Zellen von Panasonic im Tesla bis zu 3000 Zyklen schafften. Schon die konservativ angenommenen 1300 Zyklen, die Sinn zitiert, ergäben eine Lebensdauer von rund 520.000 Kilometern.

Hinzu kommt: Der Tesla hat einen sehr großen Akku, den Sinn unter anderem deswegen gewählt hat, weil er einen, seiner Darstellung folgend, realistischen CO2-Abdruck für ein schnelles, „windschnittiges“ E-Auto berechnen wollte (großer Akku = viel CO2 in der Herstellung). Große Akkus mit vielen Zellen (im Model 3 rund 4400 Zellen) haben aber nicht nur Nachteile, sondern auch einen erheblichen Vorteil gegenüber kleineren: eine viel höhere Lebensdauer als kleine Akkus mit weniger Li. Ion-Zellen, weil sie für die gleiche Laufleistung nicht so oft geleert werden.

Sinn schreibt in seiner Replik auf die Kritik seiner Annahmen zur Lebensdauer des Akkus: „Realistisch sind (…), weil es häufig pressiert, schnelle Ladevorgänge mit hoher Ladeleistung, die die Kapazität verringern, weil die Wärme den Batterien zusetzt.“

Das wiederum ist nicht mit der Statistik in Einklang zu bringen, wonach Pkws in Deutschland 23 Stunden am Tag parken und nur 38 Kilometer weit bewegt werden.

Tatsächlich sind nach Angaben von Tesla je nach Land nur 5 bis 10 Prozent der Ladevorgänge Schnellladungen, E-Autos anderer Hersteller sind größtenteils noch gar nicht schnellladefähig oder das Netz aus für sie passenden Schnellladesäulen ist noch dünn. „Die allermeisten Ladevorgänge geschehen mit nur 11 Kilowatt Ladeleistung nachts in der Garage, die zweitmeisten tagsüber am Arbeitsplatz“, sagt Klaus Baumgärtner, Chef einer Unternehmensberatung, deren 34 Tesla im Außendienst seit Ende 2014 inzwischen zusammen 4 Millionen Kilometer gefahren sind.

Die Lebensdauer des Tesla-Akku ist damit viel zu gering kalkuliert.

Müssen neue Kohlekraftwerke gebaut werden?

Sinn argumentiert, ein Umstieg vom Verbrennungsmotor auf E-Mobilität sei auch wegen des zusätzlichen Strombedarfs für die Autos nicht zielführend. Weil der Atomausstieg 2022 anstehe, müsse man sogar davon ausgehen, dass der zusätzliche Strombedarf von rund einem Drittel des heutigen Gesamtverbrauchs „ausschließlich aus neuen Kohlekraftwerken gedeckt“ werden müsse.  Doch  die Autoren berechnen den Strombedarf falsch, der nötig wäre, wenn alle 46 Millionen PKW in Deutschland rein elektrisch fahren würden: „Würde man zukünftig alle bislang mit fossilen Brennstoffen fahrenden Pkw auf elektrischen Antrieb umstellen, entstünde ein zusätzlicher Bedarf an elektrischer Bruttoenergie von mindestens 200 Terawattstunden (TWh) pro Jahr, weil für Leitungs- und Ladeverluste etwa ein Drittel der Energie verloren geht,“ schreiben sie.

Sinn rechnet hier vom heutigen Kraftstoffverbrauch zunächst um auf einen „Wärmeenergiebedarf von 590 TWh“ und davon dann wieder zurück auf 200 TWh Strombedarf. „Das ist abenteuerlich“, sagt Fraunhofer-Forscher Burger. Denn Sinn übersieht, dass E-Autos einen doppelt so hohen Wirkungsgrad haben wie Benziner und Diesel; das allein halbiert den angeblichen Strombedarf. Außerdem sind die Leitungs- und Ladeverluste mit einem Drittel viel zu hoch angesetzt.

Burger wundert sich: „Warum zwei Mal von hinten durch die Brust ins Auge, wenn dabei ein um den Faktor 2 bis 3 falsches Ergebnis herauskommt? Das hätte man auch einfach empirisch rechnen können. „ Und zwar so: Wenn wirklich alle 46 Millionen PKW in Deutschland E-Autos wären, was noch Jahrzehnte dauern würde,   dann entspräche dies einem zusätzlichen Strombedarf von rund 100 Terawattstunden pro Jahr, nicht von 200. Das ergibt sich ganz einfach aus dem Durchschnittsverbrauch aller E-Autos (17,5 KWh laut KBA) und den 631 Milliarden jährlich gefahrenen Kilometern. Also 0,175 Kilowattstunden mal 631.000.000.000 gleich rund 105 TWh. Die Hälfte davon, 50 TWh pro Jahr, wäre übrigens schon da – sie wird exportiert. Hauptsächlich Braunkohlestrom nach Holland und Italien.

Auch, dass für die Deckung dieser 105, nicht 200, TWh nur „Steinkohlekraftwerke infrage“ kämen, stimmt laut den Experten der Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft nicht: Das würde schon allein die Kosten der dafür fälligen CO2-Zertifikate verhindern. „ Wenn überhaupt fossile Energieträger infrage  kämen, dann Gas“, sagt Burger. „Es gibt genügend Gaskraftwerke in der Kaltreserve für ein paar Millionen E-Autos.“

Wäre Bio-Erdgas nicht besser?

Sinn sieht den Verbrennungsmotor mit Erdgas als beste Option. Er schlägt vor, dieses aus überschüssigem Ökostrom herzustellen. Er vergisst dabei den so genannten Methanschlupf, das ist das Entweichen von unverbranntem Methan aus dem Verbrennungsmotor. Dieses hat eine 25fach höhere Treibhausgaswirkung als CO2. Zudem rechnet Sinn mit dem gleichen verbrennungsmotorischen Wirkungsgrad für Methan wie für Diesel. Das ist falsch, weil Methan mit dem Prinzip des Benzinmotors verbrannt wird, das deutlich schlechter ist als das Dieselverfahren. Auch die Wirkungsgradkette für die Verbrennung von Wasserstoff oder den Betrieb einer Brennstoffzelle nimmt Sinn zu optimistisch an „Außerdem vermissen wir hier eine Quellenangabe“, sagt Lienkamp von der TUM.

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