Zijn elektrische voertuigen echt 'zero emission'?
Civis Mundi Digitaal #131
door Alex Van den Bossche
De Europese regelgeving heeft een ‘dogma’ uitgevaardigd dat elektrische voertuigen als ZEV “zero emission vehicles” bestempeld worden. Een eerste bedenking is dat dit correct is als men enkel de uitlaatpijp beschouwt, maar dan is het juister om te spreken van “ZTEV” “zero tailpipe emission vehicle”. Inderdaad, er is geen uitlaatpijp. Praktisch bevinden de emissies zich in de elektrische centrales en bij de ontginning van zeldzame mineralen, en de banden bij een beetje remmen, en de ontmanteling.
Meestal wordt als referentie de gemiddelde CO2/kWh genomen over Europa, of landen als Noorwegen en Frankrijk de CO2 arme productie met hydro- of kernenergie. Maar klopt dit wel? We zitten anno 2023 nog altijd in een situatie waar de laatste kWh aangevuld wordt met elektriciteit uit kolen of aardgas. Voor kolen zit men aan ca. 800g CO2/kWh voor aardgas aan ca. 300 gCO2/kWh. Voor bruinkool is het niveau zelfs rond 900g CO2/kWh. Aardgas ziet er beter uit, maar lekken zijn bijna niet te vermijden, en 2-3% van de aardgasproductie (een deel komt ook van petroleum ontginning waarbij ook gas ontsnapt). Op een termijn van 25 jaar (smelten van het Noordpoolijs) worden methaanlekken 80x sterker danvan CO2 in verband met de klimaatverandering, (op 100 jaar 25x) zodat het voordeel van aardgas discutabel is. Aardgas geeft echter minder emissies van zware metalen bij gebruik dan kolen.
Er is ook veel discussie over de CO2 uitstoot bij batterijproductie. Sommige publicaties nemen een worst-case die ze dan extrapoleren. Terwijl omgekeerd baterij-fabrikanten of lobbyisten juist de CO2 uitstoot bij fabricage minimaliseren, of het uitgloeien van elektroden, ontginning transport van mineralen en producten te beperkt inschatten. De inschatting was 75kg CO2 per kWhb, kWh batterijopslag [1]. De gegevens ervoor zijn dikwijls slecht gekend, zodat men rekening moet houden met een vork tussen 50 en 100kg CO2/kWhb.
De vraag is ook wat de levensduur van een batterij is. 10 jaar bij 15 000 km/jaar is 150 000 km. Maar de meeste voertuigen maken minder of meer km/jaar. Veel lange afstanden vergt organisatie en snelladen, wat ook minder goed is voor de batterij. De levensduur kan ook beperkt worden door het BMS, Batterij Management Systeem, wat meet- en regelelektronica is, blootgesteld aan sterke variaties in temperatuur en vochtigheid, zodat 10 jaar h verwacht wordt, maar 15 jaar onzeker is. Of men moet die elektronica preventief vervangen.
We nemen als voorbeeld een wagen met 16 kWh/100 km en 50 Ah, dus een relatief kleine wagen.
73 gCO2eq:kWh in Frankrijk in 2022 [2] 380 gCO2 gemiddeld in Duitsland in 2022 [3]. Dit negeert het broeikaseffect van methaan. Maar als de bijkomende nodige kWh door kolencentrales ingevuld wordt zit men aan 800 gCO2/kWh.
Als men in de nacht laadt kan men moeilijk beweren dat het voornamelijk zonenergie is, of men moet de elektriciteit eerst in een andere batterij opslaan, dus het aandeel CO2 uitstoot van de batterij verdubbelen, wat het plaatje zeker niet beter maakt. Men kan dat simuleren door het aantal km te halveren.
|
CO2 centrales gCO2/kWh ↓ |
50 000 km |
100 000 km |
150 000 km |
200 000 km |
|
800 |
203 |
165 |
153 |
147 |
|
400 |
139 |
101 |
89 |
83 |
|
100 |
91 |
53 |
41 |
35 |
Tabel 1. Geschatte CO2 uitstoot in gCO2/km door het type centrale en het totaal aantal gereden km.
Voor een kleine elektrische wagen: 50kWh batterij en 16 kWh/100km
Bij de tabel moeten we opmerken dat de equivalente CO2 van methaan niet inbegrepen is,
De voorbeelden zijn niet de “slechtst mogelijke”. Ik neem dus een ander voorbeeld: de Audi E-tron met 95 kWh en 24 kWh/100 km. Over 100 000 km genomen en in Duitsland met bruinkool (900gCO2/kWh) geeft 95*75000/100000+24*900/100=287 gCO2eq/km. Toegegeven dat ik dit niet aandurfde om in een tabel toe te voegen.
De “zero emissie” is dus erg relatief, en erg afhankelijk hoe men de zaak invult. Men kan ook lichtere voertuigen ontwerpen, waar een verwisselbare hulpbatterij gebruikt wordt om het gewicht niet nodeloos op te drijven, en te kunnen laden als men niet “thuis” is.
Dat men in Europa ervoor kiest om elektrische voertuigen als nul uitstoot te beschouwen berust niet op een fysische noch op een technische realiteit. Indien men elektriciteit maakt met aardgas, LNG zoals men nu meestal gebruikt door het conflict in Oekraine, moet men beseffen dat er ongeveer 15% van de energie nodig is om het gas te comprimeren en af te koelen voor transport. Benzine rond 10%, diesel 5% [4,5].
Emissies van banden. Een rekensom van een typische band voor een 1500 kg voertuig geeft ca. 5kg rubberverlies (voor 4 banden samen) op 50 000 km. Dit is wat lager bij een kalme rijstijl en meer bij “sportief”. De rekensom geeft 100mg rubberstof/km.
Als een elektrische wagen 30% meer weegt dan een equivalente met verbrandingsmotor, dan die 30% aan de soort aandrijving toegeschreven worden, of 30mg/km. Het is allemaal geen “fijn stof”, maar de toxiciteit van rubberstof is misschien amper beter dan van roet. Rubber korrels staan onder discussie in verband met gezondheid (aanwezigheid van diverse PAK’s poly aromatische koolwaterstoffen) [6].
Granulaat is minder fijn verdeeld dan stof en heeft dus minder problemen. Bandenrubber zou 30% vormen van de “plastic soup” in de oceanen. Het kan ook op groenten terechtkomen. Indien we het niet ‘inademen’ kan men het dus eten.
In feite zou men moeten komen tot een situatie met een overaanbod aan alternatieve energie, waarbij men gebruikers van EV dan ook moet stimuleren om te laden bij zon of wind. Maar niet met een tussenopslag in een “thuisbatterij”, want die stoot ook CO2 uit bij productie, en het plaatje verbetert dan niet echt. Dus best zowel thuis als op het werk met PV kunnen opladen. Er is een tendens naar almaar meer reikwijdte, maar dit verhoogt het aandeel CO2 en de nodige mineralen. Het CO2 aandeel in de batterij fabricage werd reeds in rekening gebracht. Men denkt ook aan een tweede leven als thuisbatterij. Maar daar is de opmerking dat Vanadium flow batterijen zwaarder zijn, maar minder CO2 en beter recycleerbaar (ook de ijzer-III, ijzer-II is mogelijk in dat genre). Zoals er bij petroleum verborgen emissies zijn hebben we dit ook bij laadpalen, waar graafmachines makkelijk 1000 kg CO2 produceren voor een groepje laadpalen op een parking.
Elektrische fietsen scoren zeer goed op het eerste gezicht, ca. 1kWh/100km voor een “pedelec” type en eerder 2kWh/100 km voor een “speed pedelec”. Maar men houdt nog geen rekening met de CO2 nodig om bijkomende fietspaden aan te leggen en ze te onderhouden. Die zijn echter ook nodig voor niet-elektrische fietsen.
[1] “Battery Management Systems and Inductive Balancing”, Alex Van den Bossche, Ali Farzan Moghaddam, TheIET, 2021.
[2] https://www.nowtricity.com/country/france/
[3] https://www.nowtricity.com/country/germany/
[4] Innovation: Using less energy to liquefy natural gas
https://www.mizuhogroup.com/information-and-research/insights/report/wtwghg041130