Verkehrswende: Wasserstoff und Strom kosten ähnlich viel

Auch im Verkehrssektor müssen die CO₂-Emissionen runter. Beim Individualverkehr stehen zwei Technologien im Fokus: Elektroautos, die den Strom aus Batterien beziehen, (engl.: Battery Electric Vehicles, kurz BEV) und Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV), bei denen eine Brennstoffzelle den Strom aus Wasserstoff und Umgebungsluft erzeugt. Bisher fahren in Deutschland die wenigen zugelassenen Elektroautos nahezu ausschließlich mit Batteriestrom. Und auch die deutschen Autobauer konzentrieren sich bisher auf diese Technologie. In Japan und Südkorea dagegen werden schon Brennstoffzellen-Autos in Serie gebaut. Deshalb halten Branchen-Insider das Rennen für keineswegs entschieden.

Klar ist aber auch: Ohne eine flächendeckende Infrastruktur zum Aufladen beziehungsweise Betanken wird sich keine der beiden Technologien durchsetzen. Der ADAC wollte herausfinden, welche der beiden Möglichkeiten kostengünstiger ist und hat zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) und der Ludwig-Bölkow-Stiftung eine Studie verfasst, die das untersucht.

Darin beleuchtet er drei Szenarien für den Zeitraum 2040 bis 2050. Im Szenario BEV sind 80 Prozent der Fahrzeuge mit Batterien ausgestattet und 20 mit Brennstoffzellen. Im Szenario FCEV ist es genau umgekehrt. Das Szenario Mix geht von einer Gleichverteilung aus. Das Ergebnis der Studie: Ein klares Unentschieden.

Wirkungsgrad: 1:0 für BEV

„Eine hohe Anzahl an Batteriefahrzeugen (ggü. Brennstoffzellenfahrzeugen) reduziert aufgrund der höheren Fahrzeugeffizienz die direkte Energienachfrage aus dem Pkw-Sektor“, heißt es in der ADAC-Studie. Und dieser Unterschied ist erheblich. Denn: Beide, BEV und FCEV fahren mit Elektromotoren. Die haben einen Wirkungsrad von etwa 90 Prozent – eine Fabelzahl verglichen mit Verbrennungsmotoren, die deutlich weniger als Drittel des Treibstoffbrennwerts in Bewegungsenergie umsetzen.

Aber während Lithium-Ionen-Akkus etwa 95 Prozent des eingespeicherten Stroms auch wieder abgeben, fällt die Bilanz bei Wasserstoff deutlich schlechter aus: Allein bei der Elektrolyse, also bei der Erzeugung von Wasserstoff aus elektrischem Strom gehen etwa 35 Prozent der Energie „verloren“. Die Brennstoffzelle, die den Wasserstoff in Strom umwandelt, kann wiederum nur gut 50 Prozent der enthaltenen Energie in Strom umwandeln.

Insgesamt liegen die Wirkungsgrade also bei etwa 85 Prozent bei BEV und 30 Prozent bei FCEV. Das heißt: Windräder, Solaranlagen und Co. müssen für einen Kilometer im Brennstoffzellenauto 2,5 Mal so viel Strom produzieren wie für einen Kilometer im batteriebetrieben.

Power-to-Gas-Anlagen: 2:0 für BEV

Da wir schon bei der Elektrolyse sind: Für einen FCEV-Fuhrpark müssen die entsprechenden Anlagen gebaut werden, die mithilfe von Strom den Wasserstoff aus Wasser abscheiden. Denkbar sind nach ADAC-Annahme Groß-Elektrolyseure, aber auch Onsite-Anlagen, die den Wasserstoff direkt an den Tankstellen erzeugen.

Einen hohen Nutzen für die CO₂-Bilanz hat das natürlich dann, wenn der Strom aus Erneuerbaren Energien erzeugt wird. Da die Leistungsträger unter ihnen, Wind und Sonne, bekanntlich bedarfsunabhängig Strom erzeugen, wird die Elektrolyse ohnehin als Möglichkeit gesehen, Stromüberschüsse zu speichern, um sie nutzbar zu machen. 

Großspeicherkapazität: Anschlusstreffer für FCEV 2:1

Ähnliches gilt auch für BEV: Den benötigten Strom liefern insbesondere Solarzellen gerade dann, wenn die Autos in Gebrauch sind. Nachts, wenn die Akkus aufgeladen werden sollen, muss der Strom also woanders herkommen. Wenn dann kein Wind weht, müsste der Strom aus konventionellen Kraftwerken kommen – oder eben aus zusätzlichen Speichern.

Netzausbau: Ausgleich für FCEV 2:2

Hinzu kommt die Übertragung: Laut ADAC müssten das Mittel-, aber vor allem das Niederspannungsnetz deutlich ausgebaut werden, um die zusätzliche Nachfrage von Strom aus heimischen Ladestationen und öffentlichen Schnellladestationen zu decken. Auch das Gasnetz müsste zu Verteilung von 100-prozentigem H₂ ertüchtigt werden. Den Aufwand, vor allem bei den Wartungskosten, schätzt der ADAC allerdings für das Szenario BEV deutlich höher ein als für das Szenario FCEV.

BEV mittelfristig in Führung: 3:2

Zunächst einmal, prognostiziert der ADAC, dürften die Investitionskosten in die Infrastruktur – also insbesondere für Stromerzeugung sowie Wandlung, Speicherung und Verteilung des jeweiligen Energieträgers – im Szenario BEV niedriger liegen, als bei einem hohen Anteil von Brennstoffzellenautos.

Langfristig gleichen FCEV aus: 3:3

Die immense Zahl an benötigten Ladepunkten sowie die damit verbundenen Wartungs- und Instandhaltungskosten dürften aber dem Szenario FCEV nach ADAC-Annahmen einen Vorteil bei den Gesamtkosten bringen.

Den gesamten Bericht mit 134 Seiten können Sie bei der ADAC-Stiftung lesen.