Der Übergang zu Elektrofahrzeugen könnte in China und Indien zu unerwünschten Hotspots der Luftverschmutzung führen

Während Elektrofahrzeuge zu einem Eckpfeiler der globalen Energiewende geworden sind, haben neue Untersuchungen der Princeton University gezeigt, dass die Raffinierung der kritischen Mineralien, die für Batterien von Elektrofahrzeugen benötigt werden, zu Verschmutzungsschwerpunkten in der Nähe von Produktionszentren führen könnte.

Die Forscher konzentrierten sich auf China und Indien und stellten fest, dass die nationalen Schwefeldioxidemissionen (SO2) gegenüber dem aktuellen Niveau um bis zu 20 % ansteigen könnten, wenn die Länder ihre Lieferketten für Elektrofahrzeuge vollständig inlandisieren würden. Der überwiegende Teil dieser SO2-Emissionen würde aus der Raffinierung und Herstellung von Nickel und Kobalt stammen – wichtige Mineralien für die heutigen Batterien von Elektrofahrzeugen.

„Viele Diskussionen über Elektrofahrzeuge konzentrieren sich auf die Minimierung der Emissionen aus dem Transport- und Energiesektor“, sagte der korrespondierende Autor Wei Peng, Assistenzprofessor für öffentliche und internationale Angelegenheiten am Andlinger Center for Energy and the Environment. „Aber wir zeigen hier, dass die Auswirkungen von Elektrofahrzeugen nicht bei den Abgasemissionen oder der Elektrizität der Fahrzeuge enden. Es geht auch um Ihre gesamte Lieferkette.“

Veröffentlichung ihre Erkenntnisse In Umweltwissenschaft und -technologieargumentierten die Forscher, dass Länder bei der Entwicklung von Dekarbonisierungsplänen strategisch über den Aufbau sauberer Lieferketten nachdenken müssen.

Im Fall der Batterieherstellung betonte das Team, wie wichtig es ist, strenge Luftverschmutzungsstandards zu entwickeln und durchzusetzen, um unbeabsichtigte Folgen des Übergangs zu Elektrofahrzeugen zu vermeiden. Sie schlugen außerdem die Entwicklung alternativer Batteriechemien vor, um die prozessbedingten SO2-Emissionen bei der Herstellung heutiger Batterien zu vermeiden.

„Wenn man tief genug in eine saubere Energietechnologie eintaucht, wird man feststellen, dass es Herausforderungen oder Kompromisse gibt“, sagte Erstautorin Anjali Sharma, die die Arbeit als Postdoktorandin in Pengs Gruppe abgeschlossen hat und jetzt Assistenzprofessorin am Zentrum für Klima ist Studien und Ashank Desai Center for Policy Studies am Indian Institute of Technology, Bombay. „Das Vorhandensein dieser Kompromisse bedeutet nicht, dass wir die Energiewende stoppen, aber es bedeutet, dass wir proaktiv handeln müssen, um diese Kompromisse so weit wie möglich abzumildern.“

Eine Geschichte aus zwei Ländern

Sowohl China als auch Indien haben gute Gründe, SO2-Emissionen zu vermeiden: Die Verbindung ist ein Vorläufer von Feinstaub und trägt zu einer Vielzahl von Herz-Kreislauf- und Atemwegsproblemen bei. Die beiden Länder leiden bereits unter hoher Luftverschmutzung. Allein im Jahr 2019 waren rund 1,4 Millionen vorzeitige Todesfälle in China und rund 1,7 Millionen vorzeitige Todesfälle in Indien auf die Feinstaubbelastung zurückzuführen.

Allerdings befinden sich die beiden Länder in unterschiedlichen Stadien der Entwicklung von Elektrofahrzeugen. Peng sagte, dass in China eine inländische Lieferkette für Elektrofahrzeuge der Status quo sei, Indien sich jedoch noch in einem frühen Stadium der Lieferkettenentwicklung befinde. Der Vergleich half den Forschern, kurzfristige Prioritäten zu ermitteln, während sie mit dem Aufbau einer inländischen Lieferkette für Elektrofahrzeuge fortfahren oder beginnen.

„China muss darüber nachdenken, wie es eine bereits bestehende Lieferkette bereinigen kann, während Indien die Möglichkeit hat, von Grund auf eine bessere Lieferkette aufzubauen“, sagte Peng, der auch Kerndozent am Center for Policy ist Forschung zu Energie und Umwelt. „Beide Situationen bringen ihre eigenen Herausforderungen und Chancen mit sich.“

In Indien würde sich die am wenigsten hängende Frucht zunächst auf die Beseitigung der Umweltverschmutzung im Energiesektor konzentrieren. Dies würde die Durchsetzung strenger Maßnahmen zur Kontrolle der SO2-Verschmutzung für Wärmekraftwerke unter Einsatz ausgereifter Technologien wie der Rauchgasentschwefelung erfordern. Für China, das bereits strenge Emissionskontrollen für den Energiesektor hat, muss sich der Schwerpunkt auf die Minderung der SO2-Emissionen aus dem Batterieherstellungsprozess verlagern, was den Forschern zufolge weniger bekannt ist.

Die Forscher betonten jedoch, dass es ein entscheidender Fehltritt wäre, die Emissionen aus der Batterieherstellung zu ignorieren. In Szenarien, in denen China und Indien ihre Lieferketten vollständig ins Ausland verlagerten, trug die Priorisierung eines saubereren Netzes kaum oder gar nichts zur Senkung der SO2-Emissionen bei. Stattdessen konnten nur Szenarien, die sich auf die Sanierung von Batterieherstellungsprozessen konzentrierten, Hotspots der SO2-Verschmutzung vermeiden.

„Die Leute gehen im Allgemeinen davon aus, dass der Übergang zu einer umweltfreundlicheren Technologie immer eine Win-Win-Situation sein wird – es wird Vorteile für das Klima und die Luftqualität geben“, sagte Sharma. „Aber ohne die Fertigung in Betracht zu ziehen, könnte man die Kohlenstoff- und Stickoxidemissionen senken, am Ende aber die Luftverschmutzungsbelastung für Gemeinden in der Nähe von Produktionszentren erhöhen.“

Menschenzentrierte Ansätze zur Dekarbonisierung

Während sich die Analyse auf China und Indien konzentrierte, argumentierten die Forscher, dass die Umweltverschmutzung durch die Batterieherstellung zu einer zunehmend globalen Herausforderung werden wird, wenn die Einführungsraten von Elektrofahrzeugen steigen, wenn sie nicht angegangen wird. Selbst wenn Länder wie China und Indien die Batterieherstellung auslagern würden, sagte Sharma, würden sie das Problem ohne Strategien zur Minderung der SO2-Emissionen einfach auf ein anderes Land abwälzen.

„Es ist wichtig, Elektrofahrzeuge aus der Perspektive der globalen Lieferkette zu betrachten“, sagte Sharma. „Selbst wenn Indien sich gegen den Aufbau einer inländischen Lieferkette entscheiden und sich stattdessen für den Import von woanders entscheiden würde, würde die Umweltverschmutzung nicht verschwinden. Sie würde einfach in ein anderes Land ausgelagert.“

Zusätzlich zu ihrer politischen Empfehlung für proaktive Luftverschmutzungsstandards, die wahrscheinlich auf nationaler oder subnationaler Ebene umgesetzt würden, untersuchten die Forscher auch, wie durch eine Änderung der Batteriechemie in Elektrofahrzeugen unerwünschte SO2-Emissionen auf globalerer Ebene vermieden werden könnten.

Während die meisten Batterien von Elektrofahrzeugen heute auf Kobalt und Nickel basieren, könnte der Aufstieg alternativer chemischer Verfahren, die Eisen und Phosphat verwenden (sogenannte Lithium-Eisenphosphat-Batterien), einige der mit dem Abbau und der Raffinierung von Kobalt und Nickel verbundenen Bedenken ausräumen. Durch den Verzicht auf die beiden Mineralien führten Szenarien mit hoher Verbreitung von Lithiumphosphatbatterien zu deutlich geringeren SO2-Emissionen bei der Herstellung.

Auf jeden Fall, so Peng, dienten die Ergebnisse als Erinnerung daran, die Menschen bei der Gestaltung von Dekarbonisierungsplänen im Auge zu behalten, da selbst die vielversprechendsten Technologien unerwünschte und unbeabsichtigte Folgen haben könnten.

„Wir kennen viele der wichtigen Technologien zur Reduzierung der CO2-Emissionen“, sagte Peng. „Aber der andere Teil ist, wie Menschen von diesen Technologien betroffen sein werden. Mein Ansatz besteht darin, darüber nachzudenken, wie Technologien und Menschen am besten zusammenwirken können, weil diese Strategien für die größtmögliche Anzahl von Menschen die besten Ergebnisse erzielen werden.“