Treibhausgas-Ausstoß bei der Batterie-Herstellung

[JoDa]

Ich habe mir folgende Frage gestellt:
Wie kann ich den Treibhausgas-Ausstoß bei der Herstellung der Batterie meines Elektroautos abschätzen?
Die von mir gefundene Antwort lautet:

Mit der Formel
Treibhausgasausstoß THG = Akkumasse . Treibhausgas-Faktor
kann man für jedes Elektroauto den "Treibhausgas-Rucksack" des Akkus abschätzen.
Dazu:
1.) Akkumasse (Zellen + Gehäuse) im Internet suchen.
2.) Standorte der Zellenfabrik und der Batteriefabrik im Internet suchen, und schauen ob sie regenerative Kraftwerke zur Versorgung ihrer Fabriken errichten.
Wenn dies der Fall ist dann setzt man den Treibhausgas-Faktor = 6 (=best case).
Wenn das nicht der Fall ist dann Suche im Internet den CO2-Wert des Strommixes des Landes in dem die Fabriken stehen. Hat das Land einen hohen Kohlestromanteil wie z.B. USA, Südkorea, Polen und Deutschland dann setze man den Treibhaus-Faktor=11 (=worst case).

Nachfolgend möchte ich erklären wie ich auf diese Näherungsformel gekommen bin, und mit Hilfe dieser Näherungsformel den Treibhausgasausstoß bei der Produktion einiger Traktionsakkus abschätzen.

[JoDa]

Nehmen wir als Beispiel das bis Dato in Europa meistverkaufte Elektroauto die Renault ZOE.
Sie wurde ab Anfang 2013 mit einer Speicherenergie von 22kWh und einem Akkumasse von 290kg verkauft.
Seit Anfang 2017 wird sie mit mit einem Akku mit 41kWh und 305kg verkauft.
Seit Anfang 2020 mit einem Akku mit 52kWh und 326kg. (Daten jeweils laut Preisliste.)
Da der CO2 Ausstoß proportional zum Materialaufwand und damit zur Masse ist, hat sich demnach bei der Renault ZOE trotz mehr als Verdopplung der Batteriekapazität der CO2-Ausstoß pro Batterie kaum erhöht! (Die Zellen wurden für alle drei Akkus von der Firma LG Chem in Südkorea gefertigt und in Frankreich zur Batterie zusammen gebaut.)

Der "Treibhausgas-Rucksack" in Tonnen t (=CO2-Äquivalent von der Förderung der Rohstoffe, über die Zellfertigung bis zur fertigen Batterie), sollte daher nicht wie üblich pro Speicherenergie in Kilowattstunden kWh angegeben werden sondern pro Akkumasse in Tonnen t !
Die Autohersteller veröffentlichen aber keine konkreten Zahlen. (Auch Tesla nicht.) Einzig Ford hat für den ab 2012 verkauften Ford Focus mit 24kWh Akkus alle Zahlen veröffentlicht: "3.4 metric tonnes of CO2-eq (140 kg CO2-eq per kWh or 11 kg CO2-eq per kg of battery)"
Laut den Werksangaben des Ford Focus werden 11 Tonnen CO2-Äquivalent pro Tonne Akkumasse erzeugt. (Wobei 45% der Treibhausgasemissionen von der Zellen- und Batteriefertigung stammt.)
Daher mache ich folgende Abschätzung: Treibhausgasausstoß THG = Akkumasse . 11

1. Beispiel: Meine 2014 gekaufte Renault ZOE mit 22kWh-Akku
THG = Akkumasse . Treibhausgas-Faktor = 0,29 t . 11 = 3,2 t

2. Beispiel: Aktuelle Renault ZOE mit 52kWh-Akku
THG = Akkumasse . Treibhausgas-Faktor = 0,326 t . 11 = 3,6 t

[JoDa]

Wie gesagt , veröffentlichen die Batteriehersteller keine Zahlen zum CO2 Ausstoß.
Das ICCT (International Council on Clean Transportation) hat im Feb. 2018 eine Vergleichsstudie zum Thema veröffentlicht in der 10 Studien verglichen wurden die zwischen 2015 und 2017 veröffentlicht wurden. Dort heißt es:"Approximately half of a battery’s emissions come from electricity used in the manufacturing process."
Wie zuvor erklärt setze ich den "Treibhausgas-Faktor" =11 bei Verwendung eines CO2 reichen Strommixes wie in den USA. Bei Verwendung von 100%-Ökostrom setze ich nun den Treibhausgas-Faktor gleich 6.
Dabei reicht es m.E. aber nicht nur Ökostrom zu kaufen, sondern man muss in selbst durch neu zu errichtende regenerative Kraftwerke erzeugen.
Da der Zukauf von Ökostrom ja nur eine Umverteilung bewirkt. Man kauft den bereits vorhandenen Ökostrom, den ansonsten andere verbraucht hätten. Außerdem müssen Industriekunden kaum mehr für den Ökostrom zahlen, die Förderung für den Ökostrom wird großteils von den Privatkunden bezahlt.
Entscheidend ist also nicht nur in welchem Ländern die Fabriken stehen, sondern ob zur Energieversorgung dieser Fabriken auch neue regenerative Kraftwerke gebaut werden!

3. Beispiel: Tesla 3 mit 75kWh-Akku
Das derzeit weltweit meistverkaufte Elektroauto ist der Tesla3. Er hat in der Ausführung Long Range einen 75kWh-Akku mit 478kg. Der Akku wird in einer Fabrik produziert die laut Tesla zu 100% aus selbst produziertem Ökostrom versorgt wird. (Dazu hat Tesla auf und um seine Gigafactory große Photovoltaikanlagen und Windkraftwerke gebaut.)
THG = Akkumasse . Treibhausgas-Faktor = 0,478 t . 6 = 2,9 t

4. Beispiel: VW ID3 First mit 58kWh-Akku
Die Auslieferung soll dieses Jahr starten. Die Energiedichte wird vermutlich ähnlich sein wie bei den aktuellen Akkus von ZOE und Tesla (~157kWh/t) . Damit schätze ich die Batteriemasse mit 0,37t. VW verspricht zwar eine "CO2 neutrale Erzeugung", dies soll jedoch nur durch den Kauf von CO2-Zertifikaten bzw. den Kauf von Ökostrom erreicht werden und wird daher von mir nicht berücksichtigt. Wegen dem CO2 reichen Strommix von Deutschland (dort steht das Batteriewerk) und von Polen (dort steht das Zellenwerk) setze ich den Treibhausgas-Faktor =11.
THG = Akkumasse . Treibhausgas-Faktor = 0,37 t . 11 = 4,1 t

[JoDa]

Zusammenfassung:

Wie gesagt, veröffentlichen die Batteriehersteller keine Zahlen zum CO2-Ausstoß.
Die vielen Studien zeigen, dass die Bandbreite sehr groß ist. Die Bandbreite betrug bei der genannten ICCT-Vergleichsstudie 30 bis 494 kg CO2 pro kWh! Da mehrere Faktoren das Ergebnis stark beeinflussen.

Von diesen Faktoren habe ich versucht Zwei zu berücksichtigen. Die Masse des Traktionsakkus bzw. dessen Energiedichte in kWh/t und die Herkunft der elektrischen Energie für die Akkuproduktion bzw. die CO2-Emission bei der Stromerzeugung.

Ein weiterer wichtiger Faktor entsteht durch Lerneffekte und höhere Stückzahlen. Dadurch sinken nicht nur die Produktionskosten pro Akkumasse, sondern auch der Energiebedarf und damit der CO2-Ausstoß pro kg. Insofern ist wahrscheinlich der Treibhausgas-Faktors von 11 aus dem Jahre 2012 mittlerweile zu hoch gegriffen.

Nicht berücksichtigt habe ich die unterschiedliche Zellchemie, da alle derzeit verwendeten Akkus Lithium-Ionen-Akkus sind welche sich nur beim Mengenverhältnis der Kathodenmetalle (NCM oder NCA) unterscheiden, wobei das genaue Mengenverhältnis ein Betriebsgeheimnis ist. (Z.B. wird der Kobaltgehalt aus Kostengründen immer weiter gesenkt.)

Auch nicht berücksichtigt habe ich die unterschiedlichen Herkunftsorte der Rohstoffe. Diese werden am Weltmarkt beim günstigsten Anbieter gekauft. Durch eine CO2-Zertifizierung aller Rohstoffe einhergehend mit einer entsprechend hohen CO2-Bepreisung wäre hier in Zukunft eine deutliche Reduktion von Treibhausgasen möglich. Durch den Handel mit günstigen CO2-Zertifikaten, kann der CO2-Ausstoß jedoch nur auf dem Papier gesenkt werden!

[SRAM]

Sehr gute Arbeit zum Thema: https://www.researchgate.net/publicatio ... s_in_China

Account für den vollen Text kannst du leicht erstellen.

Aber vieleicht reicht dir die Zusammenfassung:

With the mass market penetration of electric vehicles, the Greenhouse Gas (GHG) emissions associated with lithium-ion battery production has become a major concern. In this study, by establishing a life cycle assessment framework, GHG emissions from the production of lithium-ion batteries in China are estimated. The results show that for the three types of most commonly used lithium-ion batteries, the (LFP) battery, the (NMC) battery and the (LMO) battery, the GHG emissions from the production of a 28 kWh battery are 3061 kgCO2-eq, 2912 kgCO2-eq and 2705 kgCO2-eq, respectively. This implies around a 30% increase in GHG emissions from vehicle production compared with conventional vehicles. The productions of cathode materials and wrought aluminum are the dominating contributors of GHG emissions, together accounting for around three quarters of total emissions. From the perspective of process energy use, around 40% of total emissions are associated with electricity use, for which the GHG emissions in China are over two times higher than the level in the United States. According to our analysis, it is recommended that great efforts are needed to reduce the GHG emissions from battery production in China, with improving the production of cathodes as the essential measure.

Gruß SRAM