VDI-Analyse der CO2äq-Emissionen von Pkw mit verschiedenen Antriebssystemen

Produktbeschreibung

Zusammenfassung
Eine Analyse und Bewertung der Eigenschaften mitsamt Verbesserungspotenzialen zur Optimierung der Nachhaltigkeit des Verkehrssektors ist aus ökologischen und politischen Gründen zielführend.

Im Rahmen dieser VDI-Ökobilanzanalyse sind ausgewählte aktuelle Kompaktklassefahrzeuge
mit unterschiedlichen Antriebstechnologien für deren Betrieb in Deutschland untersucht worden. Diese umfassen batterieelektrische Fahrzeuge sowie diesel- und ottomotorische Fahrzeuge in konventioneller Ausführung – als Mild-, Voll- und Plug-in-Hybrid.

Der Treibhausgas(THG)-Emissionsvergleich erfolgte unter Berücksichtigung einer aktuellen Fahrzeugproduktion im Jahr 2021 und Nutzung bis zum Jahr 2035 mit einer Referenzlaufzeit
von 200.000 km. Da Rohstoffe und Energieträger sowohl für die Produktionsphase inklusive
der Recyclingprozesse als auch für die Nutzungsphase die entscheidenden Einflussfaktoren darstellen, werden unterschiedliche Annahmen verglichen und deren Sensitivitäten evaluiert.

Die Bilanzanalyse betrachtet dabei ausgehend vom Istzustand die resultierenden Effekte. Zum
Istzustand gehören die Rahmenbedingungen der Produktion sowie die beschlossenen Entwicklungen des Ausbaus des Energiesystems. Neben einzelnen Szenarien sind Auswirkungen potenzieller technischer Fahrzeugentwicklungen der Zukunft nicht Bestandteil der Analyse.

In Abhängigkeit der unterschiedlichen Annahmen, z. B. dem bei der Bilanzierung herangezogenen Ansatz der Stromversorgung zum Laden der Batterien (mittlerer Strommix bzw. Marginalansatz) oder den unterschiedlichen Fahrprofilen (Kurzstrecke, WLTP usw.) ergibt sich eine Auf der Basis eines mittleren, sogenannten WLTP-Energiebedarfs der Fahrzeuge ergeben sich bei der Verwendung des mittleren Strommix bei einem batterieelektrischen Fahrzeug mit einer Akkukapazität von 62 kWh THG-Emissionen in Höhe von 24,2 t CO2äq über die Lebensdauer. Bei Berücksichtigung des kurzfristigen
Marginalstromansatzes resultiert je nach Methodik zur Bewertung der Energieversorgung ein Wert von ca. 33,8 t CO2äq. Wird das Fahrzeug mit Solarstrom geladen, ergeben sich 19,1 t CO2äq. Beim Fahrprofil „Autobahn“ liegen die Werte bei batteriegrößenabhängigen 27,5 t CO2äq bis 29,6 t CO2äq beim mittleren Strommix und 40,8 t CO2äq bis 42,9 t CO2äq bei Analyse mithilfe des Marginalstromansatzes.

Bei Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen ergeben sich THG-Emissionen zwischen 20,1 t CO2äq (WLTP, Solarstrom), 24,8 t CO2äq (WLTP, Mittelwertansatz), 33,6 t CO2äq (WLTP, Marginalansatz) und 46,0 t CO2äq (EcoTest, Hybridmodus) je nach Anwendungsprofil und Analyseansatz. Bei Diesel- und Benzin- sowie Hybridfahrzeugen ergeben sich THG-Emissionen zwischen 25,1 t CO2äq (FHEV-g, Stadtrand) und
43,6 t CO2äq (ICEV-g, Kurzstrecke) je nach Technologieausführungen und Fahrprofilen. In Bild 1 ist ein Überblick über die Ergebnisse nach 200.000 km bei unterschiedlichen Energiebedarfen sowie Annahmen bezüglich der elektrischen Energie zu sehen.

Die Produktion eines Hybridantriebs im Vergleich mit einem konventionellen Antrieb ausschließlich mit Verbrennungsmotor bedingt zunächst Zusatzemissionen mit späteren THGVorteilen in der Nutzungsphase.

Die THG-Emissionen von batterieelektrischen Komponenten werden entscheidend durch die Produktion von Batterien und den Eigenschaften der Energieträger in der Produktion bestimmt.

…

Inhalt
Zusammenfassung 1
Transparenz als Basis der Diskussion 3
1 Motivation der Bilanzanalyse 7
2 Randbedingungen der Bilanzanalyse 9
3 Methodik der Ökobilanz 12
4 Ziel und Untersuchungsrahmen 13
4.1 Ziel 13
4.1.1 Beabsichtigte Anwendung und Gründe für die Durchführung der
Bilanzanalyse 13
4.1.2 Angesprochene Zielgruppe 13
4.1.3 Vergleichende Aussagen in Veröffentlichung 13
4.2 Untersuchungsrahmen 13
4.2.1 Zu untersuchende Produktsysteme 13
4.2.2 Allokationsverfahren 16
4.2.3 Methode für die Wirkungsabschätzung und Wirkungskategorien 16
4.2.4 Methoden der Auswertung 16
4.2.5 Anforderungen an die Daten und Datenqualität 16
4.2.6 Annahmen 16
4.2.7 Werthaltungen und optionale Bestandteile 17
4.2.8 Art und Aufbau des Berichts 17
5 Sachbilanz 18
5.1 Energieträger 18
5.1.1 Elektrische Energie 18
5.1.2 Kraftstoffe 20
5.2 Infrastruktur 20
5.3 Produktion 22
5.3.1 Batterie 23
5.3.2 Leistungselektronik und E-Motor 24
5.3.3 Glider 25
5.3.4 Kühlsystem 25
5.3.5 Weitere Komponenten 25
5.4 Nutzung 25
5.4.1 Allgemeine Angaben zum Energiebedarf und -einsparpotenzial von
Fahrzeugen 25
5.4.2 Resultierende Kraftstoff- und Elektrizitätsenergiebedarfe 28
5.4.3 Modellierung der Schadgasemissionen 295 VDI | VDI-Studie Ökobilanz Pkw
5.5 Lebensende 29
5.5.1 Fahrzeugrecycling 29
5.5.2 Batterierecycling 30
6 Wirkungsabschätzung 33
6.1 Glider vs. Antrieb bzw. Antriebselemente 33
6.2 Produktion von Komponenten 34
6.2.1 Batterie 34
6.2.2 Elektrische Maschine 36
6.3 Produktion und Nutzung von BEV 36
6.3.1 Sensitivität Stromszenario und betroffene Parameter 38
6.3.2 Sensitivität Entwicklung der Stromversorgung 40
6.3.3 Sensitivität der Netzverluste und des Entwicklungsszenarios des
deutschen Elektrizitätsnetzes 40
6.3.4 Sensitivität der Klimatisierung 41
6.4 Produktion und Nutzung von ICEV + MHEV + FHEV 43
6.4.1 Sensitivität Verbrauch 43
6.4.2 Sensitivität Kraftstoffe 46
6.5 Produktion und Nutzung von PHEV 47
6.6 Vergleich aller Antriebssysteme nach WLTP und EcoTest 48
6.7 Szenarien 51
6.7.1 Szenario „Fahrt zum Bäcker“ 51
6.7.2 Szenario „Langstreckenfahrer“ 52
6.7.3 Szenario „P2 Diesel FHEV“ 53
6.7.4 Szenario „Kraftstoffentwicklung“ 54
7 Interpretation 56
8 Grenzen der Bilanzanalyse 57
9 Zusammenfassung 58
10 Anhang 61
10.1 Überblick aktueller Fahrzeuge und deren Energiebedarf 61
10.2 Weitergehende Informationen zu den betrachteten Energieträgern 63
10.2.1 Aktualisierung der Elektrizitätsprozesse in der ecoinvent-Datenbank 63
10.2.2Technologische und politische Randbedingungen der
Kraftstoffproduktion 70
10.2.3Kraftstoffszenarien für Deutschland und Schweden 70
10.3 Fahrzeugproduktion 72
10.4 Modellierung der Batterieproduktion 73
10.5 Modellierung des Batterierecyclings 73
10.5.1 Einordnung des Batterierecyclings 736 VDI | VDI-Studie Ökobilanz Pkw
10.5.2 Hochlaufszenarien für das Batterierecycling 75
10.6 Modellierung von Leistungselektronik und E-Maschine 77
10.7 Zertifizierung von Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen 78
10.8 Energiebedarfsabschätzung für die Fahrzeugklimatisierung 79
10.9 CO2äq-Emissionen durch elektrischen Energiebedarf 80
10.9.1 Vorbemerkungen 80
10.9.2 Generelle Vorgehensweise 82
10.9.3 Emissionsfaktoren 83
10.9.4 Referenzjahr 85
10.9.5 Zieljahr 90
10.9.6 Ergebnisse 93
10.10 Wirkungsabschätzung der E-Maschine 98
Reviewbericht zur „VDI-Analyse der CO2äq-Emissionen von Pkw mit verschiedenen
Antriebssystemen“ 99
Abkürzungsverzeichnis 102
Abbildungsverzeichnis 104
Tabellenverzeichnis 109
Referenzen 11

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