Aviation Emissions Calculator
7 Ketenemissies voertuigen en infrastructuur
7.2.4 Vergelijking conventionele en elektrische voertuigen wegtransport
112 190325 - STREAM Goederenvervoer 2020 – Februari 2021 Verschil in levensduur batterij op basis van actieradius
Stel: een BEV-auto A met een actieradius van 500 km en een BEV-auto B met een actieradius van 250 km rijden beiden 250.000 km totdat ze het einde van de levensduur van de auto hebben bereikt. Dit betekent het volgende:
— de batterij in auto A doorloopt 250.000 / 500 = 500x de volledige cyclus van opladen en ontladen;
— de batterij in auto B doorloopt 250.000 / 250 = 1.000x de volledige cyclus van opladen en ontladen.
Dat betekent dat de batterij van auto A na 250.000 km een relatief minder verlies heeft aan batterijcapaciteit dan de batterij van auto B. In principe verlengt het hebben van meer batterijcapaciteit dus de levensduur van de batterij.
In de praktijk betekent niet dat een batterij met een grotere capaciteit altijd langer mee gaat. Bij weinig gebruik wordt calendar aging maatgevend en zal de batterij achteruitgaan en de einde levensduur bereiken door veroudering zonder de volledige capaciteit benut te hebben.
Het altijd volledig opladen van de batterij versnelt het capacity fade-proces. Vaker kleine hoeveelheden opladen en laden tot aan de benodigde hoeveelheid kWh voor een bepaalde rit verlengt de levensduur. Ultrasnel laden verkort juist de levensduur, vooral als de batte-rij koud is. Het opladen van en het gebruik van een koude battebatte-rij verlaagt de capaciteit en verkort daarmee de levensduur. De ideale temperatuur van een batterij is
kamer-temperatuur.
Lithiumbatterijen in auto’s gingen in het verleden vaak maar 500 cycli mee. De accupakket-ten in nieuw verkochte auto’s gaan op dit moment naar verwachting 1.500–3.000 cycli mee voor 20% van de capaciteit verloren gaat en in 2030 zal dit toenemen naar 5.000-10.000 cycli (Hoekstra, 2019). Dit betekent dus dat er met een batterij meer kilometers gemaakt kunnen worden. Voor de huidige situatie nemen we aan dat de batterijen 1.500 cycli mee-gaan en dat voor vrachtvoertuigen calender aging minder belangrijk is dan capacity fading, vanwege het intensieve gebruik van de batterij.
7.2.4 Vergelijking conventionele en elektrische voertuigen wegtransport
In deze paragraaf analyseren we wat het effect is van de CO2-emissies die vrijkomen bij de productie van de batterij op de totale emissies van elektrische voertuigen tijdens de levens-cyclus. We maken daarbij een vergelijking met conventionele voertuigen uit Mobitool (Frischknecht, et al., 2016). We beschouwen een kleine en grote elektrische bestelauto, een vrachtauto en een trucktrailer. De kleine bestelauto komt niet direct voor in Mobitool, maar is op basis van de grote bestelauto met waarden uit Mobitool benaderd. We hebben de kleine bestelauto meegenomen in de analyse omdat dit type voertuig al veel op de markt is en zich qua verbruik anders verhoudt tot diesel dan de zwaardere voertuigen (zie Paragraaf 3.2.4).
De impact van de batterij op de emissies is gemaakt op basis van bestaande/aangekondigde elektrische modellen, die qua grootteklasse lijken op de voertuigen uit Mobitool:
— De Renault Kangoo Maxi ZE 33 (35 kWh);
— de Toyota PROACE Electric (75 kWh);
— de DAF LF Electric (235 kWh);
— de Tesla Semi (1.000 kWh).
Voor de levensduur van de elektrische varianten zijn dezelfde waarden aangehouden als voor conventionele bestelauto’s, vrachtwagens en trucktrailers. Voor de CO2-emissie per kWh is de waarde van 86 kg CO2-eq./kWh aangehouden die wordt gehanteerd in de recente
113 190325 - STREAM Goederenvervoer 2020 – Februari 2021
studie van Transport & Environment (T&E, 2020b).31 Een overzicht van kenmerken en aannames per voertuig is te zien in Tabel 84.
Tabel 84 – Data en aannames voor de vergelijking van voertuigen elektrisch wegtransport Kleine Toepassing Stadslogistiek Stadslogistiek Stadslogistiek Lange afstand Maximaal laadvermogen goederen
(ton) 0,74 1,3 12 23
Gemiddelde ladinggewicht per rit (ton) 0,11 0,2 5,8 11,6
Capaciteit batterijpakket (kWh) 35 75 235 1.000
Bereik batterij (km) Max 170 max 330 Max 235 Max 800
Levensduur voertuig (km) 250.000 350.000b 700.000 900.000
Aantal batterijen in levensduur
batterijcapaciteit (Kg CO2-eq./kWh)
86 (2018)
Emissie per kWh gedurende levensduur voertuig (bouwjaar 2018 en 2030) (g CO2/kWh)
82 (max 137) (2018) 14 (max 27) (2030)
a Het aantal batterijen is berekend door aantal benodigde cycli in levensduur auto (levensduur/75% van maximale bereik) te delen door maximum aantal cycli (1.500), in het geval van een tweede batterij in de levensduur van het voertuig, is een langere levensduur van 3.000 cycli aangenomen.
b Voorzichtige aanname, de garantie is 1.000.000 km voor dit model.
Voor het bepalen van alle ketenemissies, zijn de volgende waarden uit Frischknecht, et al.
(2016) gelijk gehouden voor conventionele en elektrische voertuigen:
— productie en afdanking voertuig;
— voertuigonderhoud;
— infrastructuur 32.
Omdat Mobitool alleen data heeft voor een grote bestelauto (LG 2,0-2,5 ton) hebben we voor de kleine bestelauto de ketenemissies bepaald door de emissies te schalen op basis van gewicht en tonkilometerprestatie in de levensduur. Voor elektrische voertuigen zijn
vervolgens de emissies van batterijproductie toegevoegd.
________________________________
31 (Ricardo, 2020) komt uit op een vergelijkbare waarde van 90 kg/kWh.
32 De impact van laadinfrastructuur is niet bepaald, de bijdrage hiervan is naar verwachting beperkt.
114 190325 - STREAM Goederenvervoer 2020 – Februari 2021
Het brandstofverbruik van de grote bestelauto en de vrachtauto’s is gebaseerd op Mobitool (Frischknecht, et al., 2016) en voor de kleine bestelauto op basis van de kentallen uit Tabel 10. De WTT CO2-uitstoot van diesel en elektrisch hebben we berekend op basis van de emissiefactoren in Paragraaf 4.8 (WTT-diesel) en Paragraaf 3.2.4 (index factoren elek-trisch). Er is daarbij uitgegaan van een gemiddelde CO2-uitstoot van de elektriciteitsmix van 82 gram CO2/MJ33 gedurende de levensduur en van 137 g CO2/MJ (2018-mix) maximaal. Voor diesel is aangenomen dat er gedurende de levensduur van het voertuig 5% extra biodiesel in de dieselblend zal komen (in de maximaal variant niet).
Naast de CO2-emissies voor het jaar 2018 is ook geanalyseerd hoe de emissies uitkomen op basis van elektriciteit- en batterijproductie-emissies voor het jaar 2030, uitgaande van CO2-emissies van elektriciteit van 13,7 CO2/MJ gemiddeld en 27,4 g CO2/MJ (2030-mix) maximaal.33 Voor de productie-emissies van de batterij is aangenomen dat deze afnemen tot 60 kg/kWh en het aantal cycli van een batterij is toegenomen tot 5.000. Voor diesel is aangenomen dat de voertuigen 30% zuiniger zijn in 2030 dan de huidige voertuigen34 en dat er 5% meer biodiesel in de brandstofmix zit.
In Figuur 30-Figuur 33 zijn de levenscyclus-CO2-emissies weergegeven voor de voertuigen uit Tabel 84 in vergelijking met conventionele voertuigen. Uit de figuren wordt direct duidelijk dat een elektrisch voertuig uit 2018 gedurende zijn levensduur een reductie van 33-44% CO2
veroorzaakt (minimaal 15-23% bij geen verbetering in elektriciteitsmix). In 2030 zal de reductie veel hoger zijn naarmate de elektriciteitsmix verbetert. De CO2-reductie wordt voor 2030 ingeschat op 40-70% ten opzichte van de conventionele voertuigen over de levensduur.
Geconcludeerd kan worden dat de extra emissies van batterijproductie niet opwegen tegen de emissiereductie tijdens het gebruik. Er blijft duidelijk een netto CO2-reductie over die naarmate de batterijen verbeteren, het productieproces efficiënter wordt en de elek-triciteitsemissies lager worden, alleen maar groter wordt richting 2030.
________________________________
33 Voor het voertuig uit 2018 is uitgegaan van een gemiddelde van 137 g CO2/MJ in 2018 en 27,4 g CO2/MJ in 2030 (o.b.v. (PBL, 2019)). Voor het voertuig uit 2030 van 27,4 g/MJ in 2030 (maximaal) en de helft hiervan als gemiddelde gedurende de levensduur).
34 Gebaseerd op de EU-target voor vrachtauto’s om in 2030 30% zuiniger te zijn. Voor bestelauto’s is een gelijke reductie aangenomen.
115 190325 - STREAM Goederenvervoer 2020 – Februari 2021
Figuur 30 – Ketenemissies kleine conventionele en elektrische bestelauto in 2018 en 2030
Figuur 31 – Ketenemissies grote conventionele en elektrische bestelauto in 2018 en 2030 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 Bestelauto 35 kWh 2030
Mobitool Bestelauto -2030 Bestelauto 35 kWh 2018 Mobitool Bestelauto
gram CO2-eq / tkm Ketenemissies kleine bestelauto
Infrastructuur Productie en afdanking voertuig Batterijproductie Voertuigonderhoud
TTW WTT gemiddeld
WTT maximaal
0 200 400 600 800 1.000 1.200
Bestelauto 75 kWh 2030 Mobitool Bestelauto -2030 Bestelauto 75 kWh 2018 Mobitool Bestelauto
gram CO2-eq / tkm Ketenemissies grote bestelauto
Infrastructuur Productie en afdanking voertuig Batterijproductie Voertuigonderhoud
TTW WTT gemiddeld
WTT maximaal
116 190325 - STREAM Goederenvervoer 2020 – Februari 2021
Figuur 32 - Ketenemissies conventionele en elektrische vrachtwagen in 2018 en 2030
Figuur 33 - Ketenemissies conventionele en elektrische trucktrailers in 2018 en 2030
Bovenstaande vergelijking is gericht op het effect van de batterijproductie op de totale emissies. De batterij is er uitgelicht omdat hier de grootste impact van verwacht wordt.
Er is in de vergelijking geen rekening gehouden met een verlaging van de CO2-emissies van voertuigproductie, onderhoud en infrastructuur richting 2030. Een reductie hierin zal echter ongeveer hetzelfde zijn voor diesel als elektrische voertuigen. Ook is bij de elektrische voertuigen geen rekening gehouden met waarschijnlijk lagere onderhoudsemissies en extra infrastructuuremissies van laadpalen ten opzichte van dieselvoertuigen.
117 190325 - STREAM Goederenvervoer 2020 – Februari 2021
In de huidige berekeningen is het effect van de verlenging van de levensduur alleen mee-genomen bij de batterijproductie. Een verlenging van de levensduur van de batterij kan tot gevolg hebben dat de levensduur van de totale auto verlengd wordt waardoor de emissies per tonkilometer lager uit kunnen vallen. Aanvullende berekeningen in dit kader zijn te vinden in Bijlage E.
Elektrificatie binnenvaart
Niet alleen vrachtautofabrikanten richten zich op batterij-elektrische aandrijving voor de toekomst. Ook binnenvaartondernemers onderzoeken de mogelijkheden van batterij-elektrische aandrijving. Dit jaar heeft Combined Cargo Terminals (CCT) het eerste volledig elektrische binnenvaartschip in de vaart genomen. Het schip, de Alphenaar, wordt volledig ingezet voor het vervoeren van bierflesjes van Heineken tussen Alphen aan den Rijn en Moerdijk. Vanuit Moerdijk gaan de flesjes bier naar Rotterdam en Antwerpen en van daaruit verder op transport naar de rest van de wereld. Het schip maakt gebruik van batterijen, die zijn geplaatst in con-tainers die als geheel makkelijk verwisseld kunnen worden. De batterijconcon-tainers kunnen gehuurd worden en hoeven daardoor niet aangeschaft te worden (Nieuwsblad Transport, 2020; AD, 2020; Nedcargo, sd).
De Alphenaar maakt gebruik van twee batterijcontainers om het schip aan te drijven. Samen leveren deze containers 3.200 kWh waarmee 50–100 kilometer gevaren kan worden. Het batterijpakket weegt 20–22 ton.
Ten opzichte van de 1.850 ton ladingcapaciteit (104 TEU) van de Alphenaar is het aandeel van het batterij-pakket ongeveer 1,1% (Modulair Energie Concept, 2019; Concordia DAMEN, sd).
Ter illustratie van het effect van de batterij op de totale levenscyclus-CO2-emissies hebben we een indicatieve analyse gemaakt de CO2-impact van dit elektrische schip gebouwd in 2018 en een versie gebouwd in 2030 ten opzichte van een dieselschip in 2018. De Alphenaar is vergelijkbaar met het binnenvaartschip in Mobitool (Frischknecht, et al., 2016) met een laadcapaciteit van 2.000 ton en gemiddelde lading (benutting) van 1.030 ton (Figuur 34). Voor de vergelijking zijn we uitgegaan van dezelfde levensduur als voor een binnenvaartschip in Mobitool, uitgedrukt in kilometers, namelijk 3.357.500 km (Messmer & Frischknecht, 2016). Voor de gemiddelde lading is dezelfde waarde gehanteerd als in Mobitool, namelijk 1.030 ton. Voor de vergelijking hebben we dezelfde methode toegepast als voor het wegtransport, waarbij is aangenomen dat de elektrische aandrijving 54% van de energieverbruik heeft ten opzichte van de dieselvariant.35 Er is gerekend met dezelfde waarden van CO2-uitstoot per kWh bij batterijproductie als bij wegtransport voor 2018 en 2030.36 Voor de uitstoot van CO2 -emissies is ook bij het binnenvaarschip uitgegaan van een gemiddelde uitstoot over twaalf jaar vanaf 2018 (Alphenaar 2018) en vanaf 2030 (Alphenaar 2030). Over de gehele levensduur van het schip (veel meer dan 12 jaar) zullen de emissies gemiddeld genomen echter lager zijn.
________________________________
35 Er is gekozen voor een hoge relatieve energieverbruikswaarde uit literatuur voor trucks (INFRAS, 2019a), aangezien dieselmotoren in de binnenvaart een hoge efficiëntie hebben.
36 Er is voor 2018 gerekend met een gelijke emissies per kWh (2018 waarde) voor alle vervangingsbatterijen die nodig zijn gedurende de levensduur. De waarde is dus een overschatting.
118 190325 - STREAM Goederenvervoer 2020 – Februari 2021
Figuur 34 - Vergelijking ketenemissies conventioneel en elektrisch binnenvaartschip in 2018 en 2030
De emissies per tonkilometer liggen voor de Alphenaar uit 2018 op 28 g CO2-eq./tkm (max 40 g/tkm) en in 2030 op 11, g CO2-eq./tkm (max 14 g/tkm). Ten opzichte van een conventioneel binnenvaartschip met een uitstoot van 42 g CO2-eq./tkm is dit voor het schip met bouwjaar 2018 een reductie van 32% (minimaal 9%). In 2030 is dit 66%. De batterijproductie heeft in 2018 een aandeel in de totale emissies van 10% en in 2030 is dit al gereduceerd tot 6%. Deze afname is mede het gevolg dat in 2030 de levensduur van het batterijpakket zal zijn toegenomen. Ook door de toepassing van grote batterijen in de binnenvaart is er netto een CO2-emissiereductie die in de toekomst zal toenemen.