Anonim

Persönliche Autos haben Hunderten von Millionen Menschen den großen Luxus eines bequemen und komfortablen Transportmittels gegeben.

Es ist jedoch nicht zu übersehen, dass die Herstellung dieser Fahrzeuge, das Fahren über 10 Jahre oder länger und die anschließende Entsorgung zu einer Umweltverschmutzung führt, die eine Vielzahl negativer Auswirkungen hat.

Da Befürworter und einige Regierungen auf mehr Plug-in-Elektroautos drängen, stellt sich die berechtigte Frage: Wie wirkt sich das Fahren eines Fahrzeugs, das wegen seiner Energie an das Stromnetz angeschlossen ist, auf die Gesamtemission aus?

In den letzten fünf Jahren sind Elektrofahrzeuge zu einem Ziel für einige geworden, die nicht davon überzeugt sind, dass sie zu weniger Umweltverschmutzung führen werden.

Es müssen zwei verschiedene Arten von Emissionen berücksichtigt werden. Erstens gibt es Kohlendioxid (CO2), ein Gas zum Klimawandel.

Zweitens nennt die EPA Kriterien Schadstoffe: andere giftige Substanzen, die aus den Auspuffrohren von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren stammen - und aus den Schornsteinen eines Elektromotors, das Kohlenwasserstoff verbrennt.

Die CO2-Frage lässt sich leichter beantworten. Studien zahlreicher Gruppen zeigen, dass Elektrofahrzeuge, die auf den meisten nordamerikanischen Netzen aufgeladen werden, mindestens sauberer sind als fast jedes Benzin- oder Dieselfahrzeug.

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Emissionsäquivalenzen zwischen Brunnen und Rädern von Elektroautos in MPG, September 2015 [Union of Concerned Scientists]

Die Union of Concerned Scientists hat eine schöne Karte erstellt, die den vollständigen CO2-Fußabdruck von Elektrofahrzeugen auf verschiedenen nordamerikanischen Regionalnetzen zeigt.

Die Karte macht sehr deutlich, dass Elektrofahrzeuge deutlich weniger CO2 ausstoßen als benzinbetriebene Fahrzeuge.

Die einzige Ausnahme besteht darin, dass das Elektroauto in einem Stromnetz mit einer starken Mischung aus Kohle aufgeladen wird - ein zunehmend seltener Umstand, da Kohlekraftwerke für Erdgas stillgelegt oder nachgerüstet werden - und mit den derzeit sparsamsten Autos verglichen wird, die derzeit verkauft werden ein 52-mpg Toyota Prius.

Mit anderen Worten, ein in Kansas oder Oklahoma aufgeladenes Nissan Leaf-Elektroauto stößt heute etwas mehr Kohlenstoff aus als ein Prius, der auf den Straßen von Kansas City gefahren wird.

An den Orten, an denen die meisten Elektroautos verkauft werden, denken Sie jedoch an Kalifornien und den Nordosten, ist es nicht einmal in der Nähe.

Das Elektroauto gewinnt, egal mit was Sie es vergleichen.

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2014 BMW i3 REx Schnellladung am Chargepoint-Standort, Juni 2016 [Foto: Tom Moloughney]

Andere Studien zeigen unterschiedliche Zahlen, kommen jedoch zu ungefähr demselben Ergebnis.

CO2-Emissionen sind jedoch nicht die einzige Art von Emissionen, um die wir uns Sorgen machen müssen. Deshalb kehren wir zu den Kriterien Schadstoffe zurück.

Stickoxide (NOx), Schwefeloxide (SOx), Kohlenmonoxid (CO), flüchtige organische Komponenten (VOC) und Partikel (PM2, 5) stellen eine Buchstabensuppe aus Luftemissionen dar, die die menschliche Gesundheit schädigen, die Umwelt schädigen und Eigentum beschädigen.

Sind Elektroautos in Bezug auf die Schadstoffemissionen besser oder schlechter als herkömmliche Benzin- oder Dieselautos?

Um diese Frage zu beantworten, haben wir drei Hauptwerkzeuge und Datenquellen verwendet.

  • Die regionalen Netzmixdaten der Energy Information Agency (EIA)
  • Die Argonne National Labs haben das GREET-Modell entwickelt, bei dem es sich um Lebenszyklusemissionen von Fahrzeugen handelt, die sowohl von den Rädern als auch von der Wiege bis zur Bahre reichen
  • Die EPA-Schätzung der Umweltschäden durch Schadstoffkriterien

Diese drei Teile wurden kombiniert, um die relativen Umweltschäden von Plug-in-Elektroautos zu analysieren, die aus dem Netz geladen wurden, im Vergleich zu denen von Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen.

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Kosten für Umweltschäden aufgrund von Kriterien Emissionen aus der Nutzung von Elektroautos nach Regionen [John Briggs]

Die Ergebnisse sind in der obigen Abbildung dargestellt.

Beachten Sie, dass alle Fahrzeuge in GREET mit einem "Kraftstoffkreislauf" modelliert sind, der den gesamten Ressourcenverbrauch umfasst: (Energie in erneuerbarer und nicht erneuerbarer Form), Erdöl, Kohle, Erdgas und Wasser.

Anmerkung des Herausgebers : Um die Details des Modells zu verdeutlichen, nachdem einige Leser gefragt haben, ob es Äpfel mit Äpfeln vergleicht, haben wir die folgende Erklärung hinzugefügt:

Das Modell umfasst Emissionen von CO2-äquivalenten Treibhausgasen, hauptsächlich Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Stickoxiden (NOx). Es werden auch sieben verschiedene Schadstoffkriterien berücksichtigt, die mit dem Kraftstoffweg verbunden sind.

GREET modelliert 100 verschiedene Kraftstoffpfade, unter denen der Kraftstoff in Energie umgewandelt werden kann, um das Fahrzeug anzutreiben. Diese Techniken bieten einen wirklich guten Vergleich von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor mit Elektrofahrzeugen.

Dies umfasst insbesondere die Emissionen, die mit der Gewinnung, Raffination und dem Transport fossiler Brennstoffe verbunden sind, sowie den Netzverlust und die Effizienz der Batterieladung bei Elektrofahrzeugen.

Unsere Analyse kommt zu dem Schluss, dass das Laden eines Stromnetzes im Durchschnitt etwa 2, 6 ¢ / Meile Umweltschaden verursacht.

Dies ist etwas mehr als der Schaden, der durch Diesel-, Benzin- oder Hybridautos verursacht wird.

Die Details deuten jedoch auf ein interessanteres Ergebnis hin als diese einzige landesweite Schlussfolgerung.

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2016 Nissan Leaf

In Regionen wie Kalifornien, die ein sehr sauberes Stromnetz betreiben und viele Elektroautos kaufen, wird ein geringerer Umweltschaden als bei Autos mit Benzin oder Diesel aus fossilen Brennstoffen prognostiziert.

Dies ist größtenteils darauf zurückzuführen, dass Kalifornien weniger als 1 Prozent Kohle in seinem Erzeugungsmix hat. Die saubereren Netze in Gebieten wie New England, New York und der Region East South Central machen Plug-in-Fahrzeuge auch ziemlich sauber.

Die Kehrseite ist, dass Netzstrom im Mittleren Westen mit seinem hohen Kohlemix heute mehr Umweltverschmutzung bedeuten könnte, wenn eine große Anzahl von Menschen in diesem Gebiet schnell auf Elektroautos umsteigen würde.

Selbst wenn sie in Bezug auf CO2 immer noch gleich oder besser sind und das Problem des Klimawandels angehen, können sie in Bezug auf andere Emissionen, die sich auf die öffentliche Gesundheit auswirken, etwas schlechter ausfallen.

Wenn das Stromnetz sauberer wird - und genau das tut es aufgrund des Übergangs von Kohle zu Erdgas und erneuerbaren Quellen -, werden Elektroautos sauberer.

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Wells-to-Wheel-Kohlendioxidemissionen pro Meile aus der Nutzung von Elektroautos nach Regionen [John Briggs]

Auspuffkriterien Die Emissionen von Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen wurden seit den 1970er Jahren radikal um den Faktor 100 oder mehr reduziert. Die Möglichkeiten für weitere Verbesserungen an dieser Front sind jedoch begrenzt und wahrscheinlich sehr kostspielig.

Wie die Analyse deutlich macht, bieten Elektroautos eine große Chance für einen saubereren Transport.

Die Untersuchung der Daten zeigt weiter, dass die SOx-Emissionen aus der Stromerzeugung, vermutlich aus Kohlekraftwerken, bei weitem der größte Faktor für die Umweltschäden sind.

Im Gebiet West North Central machen die SOx-Emissionen 60 Prozent aller geschätzten Schäden aus.

Ein weiteres faszinierendes Ergebnis der Analyse: Von geschätzten 1, 8 Cent pro Meile Umweltschäden, die durch einen Strom in saubereren Netzstaaten wie Kalifornien verursacht werden, entfällt mehr als die Hälfte der gesamten 1, 1 Cent pro Meile auf die Herstellung des Fahrzeugs selbst.

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Rendering der Tesla-Batterie gigafactory außerhalb von Reno, Nevada, September 2014

Der Antrieb von Teilenfertigungs- und Montagewerken mit erneuerbarer Energie, wie der Elektroautohersteller Tesla Motors plant, für seine Batterie-Gigafabrik zu tun, bietet eine potenziell signifikante Reduzierung der Gesamtumweltschäden beim Herstellen, Fahren und Recycling eines Autos.

Während das gleiche allgemeine Prinzip sowohl für CO2-Emissionen als auch für Schadstoffkriterien gilt - wenn das Netz sauberer wird und die Emissionen sinken -, zeigt unsere Analyse einen großen Unterschied zwischen beiden.

Elektroautos haben bis auf wenige Ausnahmen bereits einen geringeren CO2-Fußabdruck als Diesel-, Benzin- oder Hybridautos.

Und Hausbesitzer können diesen Platzbedarf erheblich verringern, indem sie Photovoltaik-Solarmodule installieren, um ihre Autos aufzuladen.

Es gibt einfach kein Äquivalent zu Autos mit fossilen Brennstoffen. Sie haben zu Hause keine Möglichkeit, Benzin oder Dieselkraftstoff zu erzeugen.

Was sollte ein umweltfreundlicher Autofahrer über die Gesamtemissionen tun?

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2016 Chevrolet Volt, Catskill Mountains, NY, Dezember 2015

Aus CO2-Sicht sind Elektroautos bereits deutlich besser - mit wenigen Ausnahmen wie dem Prius in Kansas City, der verdunsten kann, wenn alle Netze sauberer werden.

Was die Schadstoffkriterien betrifft, sind Autos, die sich anschließen, an vielen Orten bereits weniger umweltschädlich. Wenn Sie in einem davon leben, sind auch dort Elektroautos ein Gewinn.

Wenn Sie jedoch in einem Gebiet leben, in dem Elektroautos aufgrund des Kraftstoffmixes in Ihrem Stromnetz Schadstoffe mit höheren Kriterien ausstoßen, kann die Entscheidung, was Sie fahren möchten, komplizierter sein.

Selbst wenn Sie gut mit CO2 umgehen können, sind die Kriterien für Schadstoffe, insbesondere SOx, wahrscheinlich höher.

Aber der Wandel muss irgendwo beginnen. Vielleicht ist es die beste Wahl, ein Elektroauto zu kaufen und auch Sonnenkollektoren zu installieren - oder mit Interessengruppen und Regierungsbehörden zusammenzuarbeiten, um das Stromnetz zu reinigen.

Es ist kein Zufall, dass das Stromnetz in Kalifornien sauberer ist, wo im Juni mehr Elektroautos verkauft wurden als im Rest des Landes zusammen.

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Smog aus den 1970er Jahren in Los Angeles im Honda-Kurzfilm

Der Staat arbeitet seit mehr als 50 Jahren daran, die Schadstoffkriterien von Autos und Kraftwerken zu reduzieren. Diese Bemühungen zahlen sich jetzt zusätzlich aus, da die Einwohner des Staates beginnen, Elektroautos einzuführen.

Kalifornien kann ein Modell dafür sein, Staaten mit schmutzigen Netzen unter Druck zu setzen, um die gleichen Anstrengungen zu unternehmen, anstatt davon auszugehen, dass das Netz für immer so schmutzig bleiben muss wie heute. Fortschritte kommen nur allmählich und mit konsequenter Anstrengung.

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2016 Nissan Leaf

Nachfolgend finden Sie die Details unserer Studie, die wir hier für diejenigen zusammengefasst haben, die sich eingehender mit unserer Methodik befassen möchten.

Die hier vorgestellte Lebenszyklusanalyse beinhaltet notwendigerweise viele Annahmen, die sie zur Debatte offen lassen, was völlig fair ist.

Diese spezielle Analyse versuchte, das Fachwissen von drei verschiedenen Gremien und ihren Wissenschaftlern und Analysten zu nutzen.

Dies sind das Argonne National Lab, das das GREET-Modell erstellt hat, sowie die Mitarbeiter der US Energy Information Agency, die die Informationen zum Netzmix melden, und die Fachleute der US Environmental Protection Agency, die die durch verschiedene Kriterien verursachten Umweltschäden geschätzt haben Schadstoffe.

Es wurde kein Versuch unternommen, die Ergebnisse in eine bestimmte Richtung zu verschieben. Dies war eine ehrliche Anstrengung, um gute Antworten auf wichtige Fragen zu erhalten. Wir erkennen jedoch an, dass es schwierig ist, schlechte Annahmen entweder in der Analyse oder in den eingespeisten Daten auszuschließen.

Um diese Antworten zu erhalten, müssen nicht nur die von einem Fahrzeug ausgestoßenen Schadstoffe verstanden werden, sondern auch die vorgelagerten Schadstoffe, die mit der Erzeugung und Raffination von Fahrzeugkraftstoff oder dem Strom zum Laden eines Autos verbunden sind, sowie die Schadstoffe, die bei der Herstellung eines Autos beteiligt sind.

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Argonne nationale Laboratorien

Dieses Verständnis zu erlangen ist ein komplexer Prozess.

Die Analyse ergab eine signifikante Abweichung vom Standard-GREET-Modell: Sie verwendet Daten aus dem Grid-Mix vom Dezember 2015, der deutlich sauberer ist als die älteren Daten, die in anderen Analysen verwendet wurden. Dies wurde aufgrund der raschen Verlagerung des US-amerikanischen Netzmixes von Kohle zu Erdgas als notwendig erachtet.

Eine zweite Abweichung bestand darin, die GREET-Annahme zu ändern, dass ein Elektroauto 4270 Pfund wiegt. Dies wurde in das 3256-Pfund-Gewicht eines Nissan Leaf geändert, des weltweit meistverkauften Elektrofahrzeugs, das die mit seiner Herstellung verbundenen Schadstoffe reduziert.

Die Standard-GREET-Annahmen für Diesel-, Benzin- und Hybridautos wurden beibehalten, was zu durchschnittlichen Meilen-pro-Gallone-Werten von 35, 9, 25, 6 bzw. 36, 1 führte.

Es war verlockend, diese Zahlen auf der Grundlage von Crowd-Sourcing-Ergebnissen im realen Kraftstoffverbrauch zu erhöhen, mit Dieseln in den niedrigen 40ern und Prius-Hybriden in den hohen 40ern, aber sie blieben unberührt. Der Wirkungsgrad von Elektrofahrzeugen war mit 95, 8 MPGe ebenfalls etwas niedrig, was jedoch als vernünftige Annäherung akzeptiert wurde.

Die am schwierigsten zu beurteilenden Annahmen waren die von der EPA gemeldeten Umweltschäden aufgrund verschiedener Schadstoffkriterien. Nach der Analyse der Agentur verursachen flüchtige organische Verbindungen nur 1.300 USD pro Tonne Schaden, aber PM2, 5-Partikel verursachen satte 300.000 USD pro Tonne Schaden - mehr als das 230-fache.

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Elektrizitätswerk außerhalb von Ithaca, New York

Diese numerischen Schätzungen variieren erheblich von einer Quelle zur nächsten, sodass die Entscheidung getroffen wurde, die EPA-Werte zu verwenden. Es ist jedoch klar, dass der Preis für SOx-Emissionen mit 32.000 USD pro Tonne ein kritischer Faktor bei der Berechnung von Umweltschäden für Elektroautos ist. Wenn sich dieser Wert ändert, ändert sich die Analyse entsprechend.

Während die Details diskutiert werden können und sollten, kommen wir zu dem Schluss, dass die im Artikel beschriebenen allgemeinen Trends im Ziel sind.

QUELLEN

  1. Dieser Artikel wurde durch einen Beitrag von Loren Mars, einem zertifizierten beratenden Meteorologen, motiviert, der seine Methodik freundlicherweise per E-Mail erläuterte.
  2. Die Daten zum Erzeugungsmix vom Dezember 2015 wurden von der Energy Information Agency (EIA) für neun verschiedene Regionen der USA übernommen, obwohl auch Daten von Bundesstaat zu Bundesstaat verfügbar sind.
  3. Das GREET-Modell von Argonne National Labs (GREET1_2015.xlsm) wurde verwendet.
  4. Der Strommix wurde auf „Benutzerdefinierter Mix“eingestellt (Abschnitt 10.2 der Registerkarte Eingänge). Daten für die Mischung, die auf der Registerkarte Fuel_Prod_TS unter den Abschnitten „Stromerzeugungsmischungen“und „Technologieanteile für andere Kraftwerke“eingegeben wurden.
  5. Die Schadstoffe (CO, CO2, NOX usw.), die beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs in einem bestimmten Netzmix entstehen, werden auf der Registerkarte GROSSE „Ergebnisse“unter „Elektrofahrzeug“(Zelle 1993) angezeigt.
  6. Das GREET-Modell schätzt die mit der Herstellung eines Elektrofahrzeugs verbundenen Schadstoffemissionen in Gramm / Meile über die erwartete Lebensdauer des Fahrzeugs von 160.000 Meilen.
  7. Das 4270 lbs GREET-Standardgewicht für einen EV wurde auf das Gewicht eines 3256 lbs Nissan LEAF (der beliebteste in den USA verkaufte EV) skaliert, um die Emissionen aus der Herstellung des EV zu berechnen.
  8. Die Standardwerte wurden in GREET verwendet, mit der Ausnahme, dass die Option "2016" in Dropdown-Menü "Abschnitt 1.1" verwendet wurde. Außerdem wurde in Abschnitt 3.7 und 4.6 die Option "Bohrlochinfrastruktur" enthalten, und in Abschnitt 8.6 und 10.6 wurde "Ja" ausgewählt, um alle einzuschließen damit verbundene Emissionen beim Bau verwandter Geräte.
  9. Die Referenzdiesel-, Benzin- und Hybridautos wurden aus bereits vorhandenen GREET-Modellen ausgewählt
    CIDI-Fahrzeug: Konventioneller und LS Diesel
    SIDI-Fahrzeug: Low-Level-EtOH-Mischung mit Benzin (E10, Mais)
    Netzunabhängiges SI HEV: EtOH-Mischung mit niedrigem Gehalt und Benzin (E10, Mais)
    Beziehungsweise.
  10. Die Diesel-, Benzin- und Hybridfahrzeuge hatten mpg-Werte von 35, 9, 25, 6 und 36, 1, was die GREET-Standardeinstellungen sind. Das Elektrofahrzeug hatte einen Wirkungsgrad von 95, 8 mpge, was auch die GROSSE Standardeinstellung war.
  11. Die Diesel- und Benzinautos hatten ein Gewicht von 2980 Pfund und der Hybrid ein Gewicht von 3220 Pfund, alles GROSSE Standardeinstellungen
  12. Die Schadstoffkriterien wurden aus der EPA-Tabelle 7.1 „Entwurf einer Analyse der Auswirkungen auf die Regulierung“berechnet.

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