Wat is de CO2 footprint van fietsen?
We kennen allemaal het hijgen als we een berg op fietsen. Daarbij adem je de broodnodige zuurstof (O2) in, maar ook CO2 uit, de kooldioxide die vrij komt bij verbranding van vetten en suikers in ons lichaam.
Hoe verhoudt zich de CO2 die per km vrijkomt bij fietsen eigenlijk met de hoeveelheid CO2 die vrijkomt door de verbranding van benzine of diesel bij het autorijden?
Brandstof auto
CO2 uitstoot door brandstofmotor
Als je autorijdt verbrandt je ruwweg een liter bezine per 20 km. Benzine bestaat uit een mengsel van moleculen, die allemaal slierten met vertakkingen zijn van koolstof (C) en waterstof (H). Omdat ze allemaal op een vergelijkbare manier verbranden nemen we een belangrijk molecuul in het mengsel als voorbeeld, en dat is octaan. Octaan kun je zien als een sliertje van acht C-atomen met aan elke C twee H-atomen, en aan de kop en staart nog één extra H-atoom. Bij elkaar schrijf je dat als C8H18.
Een liter benzine weegt 720 gram en bevat 6.3 mol C8H18-moleculen (je weet nog wel, een mol is gelijk aan 600,000,000,000,000,000,000,000, ofwel 6 × 10 tot de macht 23 moleculen, zie 3.2).
Bij de verbranding van C8H18 combineert het met zuurstof en valt het uit elkaar in 8 CO2-moleculen en 9 H2O-moleculen. Dus van 6.3 mol C8H18-moleculen wordt dan 8x zoveel mol CO2 gemaakt. Een een mol CO2 weegt 44 gram. Kortom, bij de verbranding van 1 liter benzine komt 8 x 6.3 × 44 = 2220 gram CO2 vrij.
In diesel komt juist veel C16H34 voor, en als je daar een liter van verbrandt komt er 2583 gram CO2 vrij.
Om op de CO2 uitstoot van een auto per km te komen moet je exact weten waar het brandstofmengsel uit bestaat, hoe zuinig de auto rijdt en wat het brandstofmengsel is, en dat verschilt een beetje per auto. Maar gelukkig heeft Milieu Centraal het gemiddelde berekend [Milieu centraal 2017] en daaruit blijkt dat auto’s gemiddeld ongeveer 220 gram CO2 per km uitstoten. Zuinige brandstof auto’s stoten tegenwoordig ~120 gram CO2 per km.
CO2-uitstoot door brandstof productie
Maar de verbruikte brandstof moet weer worden aangevuld door te tanken.
De totale CO2-uitstoot die gemoeid is met het boren, bewerken van olie tot brandstof en het transporteren daarvan wordt ook wel “well to wheel” genoemd en is equivalent met ~40 g/km CO2 [Caï, 2015].
CO2-uitstoot door autoproductie
En dan moet de auto ook nog geproduceerd worden. Het winnen van grondstoffen, het produceren van staal, glas en kunststoffen en het assembleren kost ook allemaal energie en draagt bij aan CO2-uitstoot. Als je dat deelt op het totaal aantal kilometers dat een auto gemiddeld rijdt kom je op ~35 g/km CO2 [Qiao, 2017].
Elektrische auto
Een elektrische auto heeft geen brandstof motor, maar een elektrische motor die gevoed wordt door een batterij. Tijdens het rijden komt er dus geen CO2 vrij. Maar de batterij moet wel telkens worden opgeladen en die elektrische energie daarvoor moet ergens worden geproduceerd, bijvoorbeeld met zonnepanelen, windmolend of gascentrales.
De CO2 uitstoot die gepaard gaat met elektriciteitsproductie kan variëren van zo’n 12 g/kWh voor windmolens, 24 g/kWh voor silicon zonnepanelen tot 300 g/kWh voor gascentrales en 800 g/kWh voor kolencentrales.
Voor een Tesla Model S die zo’n 140 Wh/km gebruikt betekent dat een CO2 uitstoot van 1.7 g/km voor opladen door windmolens tot 42 g/km voor opladen door gascentrales.
Ook elektrische auto’s moeten geproduceerd worden, en daarbij komt er (oa door de batterijen) iets meer CO2 vrij dan bij brandstofauto’s, namelijk ~50 g/km CO2 [QIAO, 2017].
REFERENTIES
Milieu centraal: www.milieucentraal.nl/duurzaam-vervoer/fiets-ov-of-auto/
Hao Caï et al (2015). Producing fuel from Canada oil sands emits more carbon than from US crude. Environ. Sci. Technol., 2015, 49 (13), pp 8219–8227. DOI: 10.1021/acs.est.5b01255.
Qinyu Qiao, Fuquan Zhao, Zongwei Liu, Shuhua Jiang, Han Hao (2017). Comparative Study on Life Cycle CO2 Emissions from the Production of Electric and Conventional Vehicles in China, Energy Procedia, Vol 105, p 3584-3595.
Fiets
CO2-uitstoot door uitademing
Bij het fietsen komt bij de verbranding om de fiets voort te bewegen door uitademing ook CO2 vrij (zie 3.2)
Dat kun je al te weten komen als je op je calorieëntellertje kijkt en op de verpakking van suikersnoep. Want na een uurtje fietsen op 180W trapvermogen geeft je calorieënteller ≈640 kcal aan. En suiker (glucose) bevat ≈400 kcal per ons. Dus verbrand je in een uur ≈160 g glucose. In 3.2 zagen we dat bij verbranding van elk molecuul glucose 6 moleculen CO2 vrij kwamen. Omgerekend naar wat een molecuul weegt betekent dat 1.5 g CO2 per 1 g glucose. Dus adem je dan per uur 240 g CO2 uit, ofwel 4 gram CO2 per minuut!
Je kunt het ook begrijpen door alleen te kijken naar het trapvermogen van 180 W.
Bij een rendement van 25% produceer je dan 720 W aan energie. Je rijdt dan 32 km/u en over 1 km doe je 113 s.
In die 113 s moet je dus 720 x 113 ≈ 81kJ aan energie produceren door glucose te verbranden, en wel 5,2 g (er zit ≈15.7 kJ energie in 1 g glucose).
En in 3.2 zagen we hoe bij de verbranding van 1 glucose molecuul 38 ATP en 6 CO₂-moleculen gemaakt worden. Omdat 1 mol glucose moleculen 180 g weegt, en 1 mol CO₂ moleculen 44 g, komt bij verbranding van 180 g glucose 264 g CO₂ vrij, dus 1.5 g CO₂ per gram glucose. Dat is dus 5,2 × 1.5 ≈ 8 gram CO2 per km.
Een fietser die op 180 W trapvermogen fietst verbrandt dus ongeveer 5 g glucose per km, en produceert 8 gram CO2 per km (ongeveer 4 gram per minuut).
Om te weten hoeveel extra CO2 je per minuut uitstoot tov ‘niets doen’ moet je weten dat we in onze slaap ongeveer 0.4 g/min CO2 uitademen, in rust 0.6 g/min en bij normaal werk 3 g/min.
Gemiddeld over een hele dag (24 uur) spenderen we ≈2000 kcal aan energie, waarvoor je 500 g glucose verbrandt. En dat komt per minuut neer op 0.35 g suiker, of wel 0.5 g CO₂. Fietsend stoot je dus ongeveer 8x meer CO2 uit dan in rust.
Per km produceren we op de fiets dus gemiddeld 8 gram CO2. Neemt daarmee de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer toe? Nee, want de glucose die mensen verbranden wordt door planten (bv suikerbieten en vruchten) gemaakt uit de CO2 die wij weer uitademen.
De door mensen uitgeademde CO2 gaat dus heen en weer tussen mens en plant en vormt een natuurlijke cyclus. Menselijke glucoseverbranding verandert daarom de totale concentratie CO2 in de atmosfeer niet. Dat is anders voor auto’s die fossiele brandstof verbranden die uit de aarde onttrokken wordt en daarmee de CO2 concentratie in de atmosfeer doet toenemen.
CO2-uitstoot door extra voedselproductie
De glucose die wij verbranden moeten wij weer aanvullen met voeding. En die voeding moet worden geproduceerd, wat energie kost.
Het kost bijvoorbeeld energie om vlees te produceren (veeteelt, slachten, transporteren, bakken). En bij de fossiele opwekking van die energie komt weer CO2 vrij. Het RIVM heeft bijvoorbeeld berekend dat de productie van 1 kg kaas of zalm een footprint heeft van 9 kg CO2, en de productie van 1 kg rundvlees zelfs 45 kg CO2 [De Valk, 2016].
Kortom, afhankelijk van wat we eten, heeft de voeding waaruit we de glucose halen een CO2 footprint.
Annika Carlsson onderzocht [Carlsson, 2009] dat een vegetarische maaltijd (worteltjes, soyabonen, graan) per kg ~920 kcal energie geeft, en een footprint heeft van zo’n 0.8 kg CO2. Een vleesmaaltijd (groenten, rijst, rondvlees) geeft per kg 1220 kcal energie, maar heeft een footprint van 9,4 kg CO2. Als je uitrekent hoeveel kcal je per km verbruikt (22 kcal/km) kom je dan met een vegetarische maaltijd op 30 g/km CO2, en voor een rundvlees maaltijd op 170 g/km CO2.
En die CO2 footprint moeten we nog optellen bij de CO2 uitstoot van de glucoseverbranding zelf.
Als je deze CO2 ‘footprint’ voor onze voeding per km meerekent, dan kom je op een CO2 uitstoot van ≈40 g/km voor fietsen op bananen [Guardian, 2010], en maar liefst 230 g CO2/km voor fietsen op een hamburger (UK beef).
CO2-uitstoot door productie van de fiets
Ook bij de productie van een fiets komen metalen, kunststoffen en assemblage kijken. Volgens een studie van het MIT [MIT, 2010] is deze footprint ~6 g/km CO2.
Vergeleken
De totale footprint van een fietser is dus 8 (uitademing) + 30 (voeding) + 6 (productie fiets) = 44 g/km CO2 voor een vegetarische fietser, en 8 + 170 + 6 = 184 g/km CO2 voor een fietser op rundvlees maaltijden.
De totale footprint van een moderne brandstofauto is dan 120 (verbranding) + 40 (productie brandstof) + 35 (productie auto) = 195 g/km CO2.
De totale footprint van een elektrische auto is dan 0 (verbranding) + 2 (productie elektrisciteit windmolens) + 50 (productie auto) = 52 g/km CO2.
Heel ruwweg komt het er op neer dat één vegetarische fietser per km een CO2 footprint heeft die vergelijkbaar is met één elektrische auto. Dus als je met meer dan 1 persoon in een elektrische auto stapt dan wint de auto het al per persoon. Vier vegetarische fietsers zijn qua CO2 footprint equivalent met één brandstofauto. De brandstofauto wint het dus pas per persoon als je met meer dan vier personen instapt.
Maar een fietser op een rundvleesmaaltijd heeft per km een footprint vergelijkbaar met die van één brandstofauto. Dus zelfs als je alleen instapt wint de brandstofauto het al bijna per persoon.
Qua CO2 footprint zal een fietser op rundvleesmaaltijden het nooit winnen van de elektrische auto.
Er is meer dan CO2
Er zijn meer redenen om de auto te laten staan voor de fiets. Allereerst stoten brandstofauto’s veel meer schadelijke stoffen uitstoten dan alleen CO2 (denk aan de vervuilende stikstofoxides die smog en zure regen verzoorzaken). En ook is fietsen voor het lichaam veel gezonder dan autorijden.
Referenties
Hopker JG, Jobson SA, Pandit JJ (2011). The physiological basis of the 'anaerobic threshold' and implications for clinical cardiopulmonary exercise testing reply. Anaesthesia, 66.
Annika Carlsson-Kanyama and Alejandro D González (2009). Potential contributions of food consumption patterns to climate change. The American Journal of Clinical Nutrition 2009;89(suppl):1704S–9. doi: 10.3945/ajcn.2009.26736AA.
E. de Valk, A. Hollander, M. Zijp (2016). Milieubelasting van de Voedselconsumptie in Nederland. RIVM Rapport 2016-0074. http://www.rivm.nl/bibliotheek/rapporten/2016-0074.pdf
www.theguardian.com/environment/green-living-blog/2010/sep/23/carbon-footprint-new-car )
MIT (2010,). http://files.meetup.com/1468133/LCAwhitepaper.pdf