Studie: Brennstoffzelle sauberer als große Akkus? Auf den Strommix kommt es an

21. Juli 2019 — Lesedauer 3 min

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Fraunhofer

21. Juli 2019 — Lesedauer 3 min

Das Ergebnis der Fraunhofer Studie zum Lebenszyklus-Vergleichs von Elektrofahrzeugen mit höherer Reichweite zeigt: Ab einer Reichweite von 250 Kilometer sind Pkw mit Wasserstoff und Brennstoffzelle (FCEV) klimafreundlicher als batteriebetriebene Elektroautos (BEV). Der entscheidende Faktor ist der wesentlich größere CO2-Rucksack, den Batterieautos durch die Produktion der Batterie tragen müssen. Eine große Rolle spielt auch, wieviel Ökostrom für Herstellung und Betrieb eines Fahrzeugs eingesetzt wird.

Untersucht wurden die erzeugten Treibhausgas-Emissionen (THG) bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung von Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeugen mit Reichweiten ab 300 Kilometer, für die Zeiträume 2020-2030 und 2030-2040. Die Werte wurden darüber hinaus mit den Werten dieselgetriebener Pkw verglichen.

Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben in ihrer Studie detailliert (hier als PDF-Dokument) aufgeschlüsselt, wie viel Material für die Produktion von Batterien, Brennstoffzellen und Wasserstofftanks benötigt wird und was bei der Förderung und der Verarbeitung an Emissionen anfällt.

Das Ergebnis: Der THG-Fußabdruck von Produktion und Recycling eines Brennstoffzellensystems inklusive Tank entspricht beim aktuellen Strommix etwa dem eines Elektroantriebs mit einer 45-50 kWh Speicherkapazität. Für Autos mit größeren Batterien werden mehr THG ausgestoßen als für das Brennstoffzellensystem in einer vergleichbaren Leistungsklasse.

Im Betrieb ist die Energiequelle für Strom und Wasserstoff entscheidend. Den Annahmen der vom Berliner Think Tank Agora Verkehrswende veröffentlichten Studie folgend, hat das Fraunhofer ISE Solarstrom (Ladung zu Hause) als Optimum für das Batterieauto angenommen. Im Best Case-Szenario für Wasserstoff wird dieser aus 100 Prozent Windenergie erzeugt. Verglichen wurden aber auch erzeugte Emissionen beim Laden mit dem deutschen Strommix sowie die Wasserstoffproduktion im Mixed Case (50 Prozent Erdgas und 50 Prozent Windstrom) bzw. im Worst Case aus 100 Prozent Erdgas.

Bei einer Laufleistung von 150.000 Kilometern überzeugt der Studie zufolge das Brennstoffzellenfahrzeug in allen Fällen: Selbst im Worst Case (100 Prozent H2 aus Erdgas) liegt der THG-Fußabdruck im gesamten Lebenszyklus noch die nächsten zehn Jahre unter dem vergleichbarer Elektroautos und ist ebenfalls geringer als bei Dieselfahrzeugen.

„Wir sehen weiteren Forschungsbedarf“

Die Studie sei ein Beleg für die Komplementarität von Batterie und Wasserstoff, so H2 Mobility, Auftraggeber der Studie. Fahrzeuge mit mittleren bis kleineren Batterien (< 50 kWh Speicherkapazität) und Reichweiten bis 250 Kilometer senken die Emissionen im Verkehr. Für höhere Reichweiten haben Brennstoffzellenfahrzeuge aus Sicht des Klimaschutzes zunehmende Vorteile. Sowohl für Batterie also auch für Wasserstoff gilt: Je grüner die Energiequelle, desto besser die Umweltbilanz.

„Über die Studie hinaus sehen wir weiteren Forschungsbedarf, zum Beispiel zur Nutzung synthetischer Kraftstoffe, die aus Wasserstoff aus erneuerbaren Energien sowie CO2 produziert werden, zu Second-Life-Aspekten oder zu den Auswirkungen auf Flächen- und Wasserverbrauch“, erklärt Projektleiter Dr. André Sternberg.

Was die Studie leider nur bei ganz genauem Hinsehen erkennbar berücksichtigt (der kleine schwarze senkrechte Strich, die „Spannweite“) ist die Tatsache, dass sich eine große Menge CO2 bereits bei der energieintensiven Produktion von Akkus einsparen lässt, wenn dabei Ökostrom eingesetzt wird. Rechnet man dies mit ein, schneidet selbst ein Elektroauto mit großem Akku bei der Klimabilanz ähnlich gut ab wie ein Brennstoffzellenauto.

Kritisch betrachten muss man auch den Auftraggeber der Studie: Als Betreiber von Wasserstoff-Tankstellen in Deutschland hat H2 Mobility natürlich großes Interesse daran, dass die Umweltbilanz von Brennstoffzellenfahrzeugen möglichst positiv ausfällt, wie der Branchendienst Electrive treffend anmerkt.

Quellen: Fraunhofer ISE – Pressemitteilung vom 12.07.2019 // H2 Mobility – Pressemitteilung vom 14.07.2019 // Electrive – Batterie vs. Brennstoffzelle – Fraunhofer ISE vergleicht CO2-Bilanz

Michael Neißendorfer

Michael Neißendorfer ist E-Mobility-Journalist und hat stets das große Ganze im Blick: Darum schreibt er nicht nur über E-Autos, sondern auch andere Arten fossilfreier Mobilität sowie über Stromnetze, erneuerbare Energien und Nachhaltigkeit im Allgemeinen.

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Markus Doessegger:

Hallo Torsten,

Klar hast Du recht, dass dort wo Trams und Busse breits jetzt an der Oberleitung hängen, diese ja schon im Wesentlichen ökologisch unterwegs sind. Da war ich nicht genau genug. Und auch die baulichen Massnahmen müssen natürlich gewährleistet sein.

Ich lebe so halb Stadt / Land, wo Aglomerationsbusse nur mit Diesel verkehren. Und ja ich stehe selber für den Batteriebetrieb ein, ich meinte nur, dass ich mir da Fuel Cell ebenfalls gut vorstellen könnte. Das müsste schon auch in den Fahrplan integriert werden. Wie selbstverständlich auch bei BEV Bussen.

Markus Doessegger:

Stimme ich mit 100% zu.

Meine Diskussionen mit Amerikanern und Chinesen stelle ich fest, dass diese das Thema Fuel Cell vs. BEV gar nicht so eng gesehen wird wie in Europa. Meist ist das Motto, „Don’t Talk, Act“. Ich schon der Ansicht, dass man sich zumindest schon im Klaren sein sollte, welche Mobilität sich mit beiden alternative Antriebsarten am effizientesten eignen. Nur die Zeit zum Handeln ist klar gekommen und Grabenkämpfe Schaden.

Jeder hat eigene Bedürfnisse / Vorstellungen, auch ich natürlich.
Für mich sind folgende Punkte sehr wichtig.
. Ölförderung ist schon lange aber in zunehmendem Masse eine Frage der Sicherheit ( Regionale Konflikte ) und auch ein Kostenfaktor, der nach Norden zeigt ( finden, fördern und transportieren werden massiv teurer ).
. Wir verbrennen auf die ineffizientest Art eine endliche Resource, auch mit Hybriden ( da verbrennen wir dann einfach 20 Jahre länger ). In der Schweiz pro Jahr für 30Mia CHF und das dürfen wir nicht weiter zulassen. Dafür nehmen wir die genannten ( andere ) Alternative in Angriff.
. CO2 Reduktion zusammen mit Energieeffizienter Mobilität und Förderung von Neuen Technologien ( Stichwort Autonomes Fahren ), soll eine Zentrale Aufgabe sein, die wir mit Priorität behandeln müssen.
. Alternative Energieerzeugung wie Solar, Wind, Wasser ( Schweiz ca. 50% ), Bio, Geothermie sollen so weit wie möglich genutzt werden ( privat und industriell )
. Ziel mit BEV sind möglichst hohe Dichten ( mit möglichst umweltverträglich abbaubahren Materialien ). in < 5 Jahren serienmässig mit Festkörperbatterien, etc. , welche Reichweiten von 800km bis 1000km garantieren und von sehr viel geringerem Gewicht sind als Batterien der aktuellen Technologien. Sowie auch wesentlich günstiger und energieeffizienter.
. Produktion des ganzen EV's an möglichst zentralen Orten und möglichst nahe bei den Verbauchern ( inkl. Betrieb der Produktionsstätten mit alternativen Energiequellen, um den CO2 Fussabdruck möglichst klein zu halten ).
. Einsatz von Fuel Cell an Orten, wo er sinnvoll ist ( z.b. Bussen, Trams, Fernverkehr wie LkW, Flugzeugen etc. ). Dies wird dann nicht denselben energieeffizienzgrad haben wie die BEV's aber mit Hinsicht auf CO2 um Welten besser als Alles was mit Diesel und Benzin fährt ). Infrastukturnetz wird weltweit extrem teuer ( Erstellung, Transport etc. )
. Ausbau ( 1. Prio Privat, Office, Hotels, Restaurants, Einkaufszentren, 2. Prio öffentlich ) des AC Ladenetzes ( das BEV wird immer dann geladen, wenn ich es nicht brauche ).
. Erweiterung des öffentlichen DC-Schnellladenetzes ( 250kW – 350kW ) für weitere Reisen bis ca. 1'500km ( garantiert Ladezeiten für 70%-80% des Energieinhaltes einer Batterie von 80kW ) von ca. 10-20 Minuten .

Wenn ich mit Fahrern diskutieren, die mit Verbrennern unterwegs sind, dann taucht neuerdings nicht mehr so oft die Frage auf nach der Reichweite, sondern nach der Ladedauer. Und das plötzlich all diese Fahrer, obwohl sie eigentlich EV als solches ablehnen, Feuer und Flamme sind nach Fuel Cell EV's. Wenn ich dann die Frage stelle, ob sie wissen, das Fuel Cell einen um ein mehrfaches schlechteren Wirkungsgrad haben und deshalb sehr viel innefizienter sind als BEV, dann hat man damit überbaupt keine Schwierigkeiten. Es sind auch genau diese Leute, denen es nichts ausmacht, wenn ihr Auto 8, 10 oder sogar 20Liter Kraftstoff benötigt. solange der Diesel / Binzin Preis so billig ist. Egal, ob der CO2 Ausstoss 1 Tonne oder 5 Tonnen ist, hauptsache man kann in 5-10 Minuten an einer Tankstelle ( nicht privat, im Office oder im Hotel bei weniger Wartezeit laden ).

Dies zeigt mir deutlich, dass BMW, Mercedes und Co. darauf abziehlen
1. Um jeden Preis keine Marktanteile an TESLA und die Chinesen verlieren wollen, egal wie es um die Umwelt steht.
2. Den Leuten soll weiterhin ( wie im 20. Jahrhundert ) mit der Fuel Cell ein öffentliches Tankstellennetz ( wo man warten muss und auch soll ) aufgezwungen werden. In der Köpfen der Leute soll ja kein zukunftsorientiertes, effizienz steigerndes Denken gefördert werden. Alles soll so bleiben wie es ineffizient schon seit 50 oder mehr Jahren der Fall war.

Aus diesen Gründen bevorzuge ich persönlich den Pfad BEV und lasse der Fuel Cell dort Spielraum, wo sie sich besser eignet.

Fuel Cell und Batterie sollen sich weiterentwickeln und gemeinsam in die Zukunft gehen. Ohne Hick Hack. Ganz nüchtern betrachtet, sollen wir die Technologiedort anwenden, wo sich am effizientesten ist.

D. Heuchert:

Den sauberen Diesel würde ich vorziehen und die vh. Infrastruktur der Tankstellen beibehalten.
Die Ölmultis und Kartelle verhindern den Umstieg und die Politiker stellen sich blind. Dabei wäre dieser Weg das Zeitfenster für eine erfolgreiche Elektro/ H2 Mobilität ohne ein Heer von
Arbeitslosen in der Automobil bzw. Zulieferindustrie zu hinterlassen.

BorisU:

Ich denke dass die Diskussion Wasserstoff oder Batterie ueberfluessig ist. Jedes Wasserstofffahrzeug ist automatisch ein Elektromotor getriebenes Batteriefahrzeug.

Letztendlich geht es darum wieweit das Fahrzeug mit Batterie kommen soll, um dann ggf laengere Strecken die man nicht taeglich faehrt mit Wasserstoff zu ueberbruecken. Die Brennstoffzelle benoetigt dann maximal 100KW weil der Rest aus den Batterien kommen kann. Das LAden fuer die taegliche Nutzung Zuhause ist mein Komfortgewinn und erhoeht die Effizienz des Gesamtsystems.

Bei mir waeren das 250km Batteriereichweite damit ich auf dieser Strecke Wasserstoff tanken kann, um dann die restlichen maximal 750km am Tag mit Wasserstoff weiterfahren kann.

Torsten:

Naja, eine Tram fährt natürlich am besten an der Oberleitung. Für Busse wäre das auch optimal, ist nur leider in den seltensten Fällen städtebaulich umsetzbar. Das gilt auch für H2-Tankstellen im Depot (Sicherheitsabstände, allgemein Platz- und Investbedarf). Es mag Fälle geben, wo das passt, die Regel ist es sicher nicht. Hier seh ich E-Busse klar im Vorteil.

Realist:

Derzeit leisten Brennstoffzellen unter 100 KW. Man kann sich ausrechnen, welche Pufferbatterie da ein 5er BMW oder eine Mercedes E- Klasse mit 300 KW benötigt, um sportliche Fahrweise zu ermöglichen.

AK:

Hmmm ich benötige STROM um H2 herzustellen, Strom um es zu trocknen, verdichten und zu pumpen, so Transport ev. Fossil oder auch H2 bzw. Strom. An der Tankstelle wieder eine Trocknung und Verdichtung mit Strom. So jetzt komme ich mit meinem „ehrlich“ gebautem VW Golf an (dieser wurde auch mit Einsatz von Strom hergestellt) und tanke H2 dieses wird wieder um zu fahren in STROM umgewandelt. So wie oft den noch will man die Menschheit für dumm verkaufen. Was wir brauchen ist STROM und zwar grünen zu 100% und Akkus. Mit angepassten Leistungen. Immer die ganze Energiekette betrachten nicht nur ein Stück.

Markus Doessegger:

Hallo Wolfgang,

Bin absolut derselben Ansicht wie Du und kann das nur unterstützen.

Kann mir sogar vorstellen, dass die Bus und Trambetriebe in einer Stadt, mit Wasserstoff am besten fahren könnten, da sie im Depot sehr gut Platz hätten, um eine Aufbereitungsanlage zu platzieren.

Markus Doessegger:

Ich habe spezifisch geschrieben 5s zum einstecken und dann 5s zum ausstecken.
Bei mir zu Hause erhalte ich die Rechnung automatisch vom Elektrizitätswerk und das wird dann automatisch via Lastschriftvervahren abgerechnet :-)

Im Office habe ich mir halt eine Ladestation organisiert von der Hausverwaltung ( Eigeninitiative ist halt auch ab und zu angesagt ). Laden eines FCEV Fehlanzeige. Sie können natürlich auch eine Wasserstofftankanlage bei Ihrem Arbeitgeber beantragen. Raten Sie, welche er bewilligen wird. :-)

Es gibt auf http://www.chargehotels.com mittlerweilen über 5000 Hotels, die Lademöglichkeiten anbieten. Über Nacht mit 11kW bekommen Sie jedes mir bekannte BEV randvoll. In denjenigen Hotels, die ich meist in den Ferien besuch, habe ich halt mit dem vortschrittlich denken Hotielier Kontakt aufgenommen. Heute fahre ich die 300km von mir zu Hause in den Bernerhof nach Gstaad ohne Zwischenladung mit meinem Tesla Model 3, und kann dort ohne zusätzliche Kosten über Nacht voll laden.

Wieso müssen Sie bei einem Einkauf bei Aldi oder IKEA von 1 Stunde ( ergibt bei meinem Tesla Model 3 ca. 70km mit 11KW ). Ihre Mühle zwingend von 0% auf 100% laden ? Sie werden nie mit 0% ankommen, und werden auch nicht einen Weg von 70km in Kauf nehmen, um bei Aldi ein zu kaufen. Sonst haben Sie definitiv in Ihrem täglichen Ablaufplan falsch gemacht.
Die Vorstellung bei einem Ladevorgang immer auf 100% zu laden gehört ins 20-te Jahrhundert.

Wer 4’600km von Moskau nach Madrid mit dem PKW aus nicht compeditiven Gründen fahren muss, hat von Mobilität nicht viel verstanden.
Beim LKW haben Sie natürlich voll recht. Ich habe ja nicht gesagt, dass die Brennstoffzelle keinen Platz finden soll in Zukunft. Für bestimmte Transportmöglichkeiten ist das sogar ein Vorteil. Nur, der Bericht, falls ich ihn richtig gelesen habe, erwähnt mit keinem Wort LKW’s, jedoch ganz spezifisch PKW’s.

Es gibt auch im 21. Jahrundert auch noch so etwas wie Flugzeuge, die möglicherweise in Zukunft sehr viel sauberer werden. Da würde sich tatsächlich Wasserstoff lohnen. Ausserdem gibt es heutzutage Skype, Appear.In ( schon relativ alte Technologien ) um Geschäfts Videokonferenzen ab zu halten. Auch eine Form von Einsparung von Energieresourcen, ohne Effizienzeinbussen.

Wenn ich bei mir im Navigationsgerät von von Punkt A nach Punkt B will, habe ich fast bei 90% der Strecken einen Umweg zu machen, um eine Tankstelle zu besuchen.

Sehen Sie, ich fahre seit 7 Jahren BEV und bin der lebende Beweis dafür, dass ich durch meine Engagement bei mir zu Hause, im Office, bei Hotels, bei Einkaufszentren, bei Restaurants etc. You name it, ohne Zeitverzögerung noch nie Angst haben musste, dass ich nicht komfortable an meinem Zielort ankomme. Und das tun die meisten der über 1000 Mitglider im Swiss Owners Tesla Club so und viele Andere die ich in der BEV Community kenne ebenso.

Vor 2 Jahren habe ich die E-Rally Monte Carlo mit gemacht. 2 Autos waren FCEV Mirai. Ich habe volles Verständnis, dass sie ihre Fahrzeuge auch mit Stolz zeigen wollen. Fuel Cell soll seinen Platz in der neuen Mobilität haben. Wenn man aber im Wettbewerb mithalten will, dann muss man auch die Konsequenzen tragen und zugeben, dass man am Ende eben nur rund 300-400km mithalten konnte und dann halt liegen blieb, weil es keine Wasserstoffladestation unterwegs gab. Zugeben, dass der Mirai halt noch nicht diejenigen modernen Anforderungen erfüllt, welche die BEV schon lange erfüllen, Fehlanzeige bei den Herren. Immer schöne mit gestrecktem Kreuz sich die Wasserstoff Flaschen mit dem Benziner LKW nachschleppen lassen. Toll !!!

Wie Mercedes beim 6h Eco Race in Calafat mit 2 Autos antreten, während alle Anderen BEV möglichst energieeffizient die Runden drehen, das ist wieder einmal so ein Meisterstück der arroganz. Immer schöne mit Kravatte, Jacket und einem von Mercedes finanzierten Zelt etc. die grosse Röhre schwingen.

Sehen Sie, ich bin 2016 mit meinem Tesla Roadster in 80 Tagen um die Welt http://www.80edays.com gefahren ( ohne Tricks ). Über 25000km, Länder wie Spanien Kanada, USA, China, Kazakhstan, Russland, Ukraine, Ungarn, Östereich, die Schweiz ( meine Heimat ), Frankreich und schliesslich wieder nach Barcelona. Ich weiss von was ich spreche beim Laden. Wo ist der Mirai etc., der das auch schafft, ohne sich die Flaschen nachschleppen zu lassen ? Ich sage nicht, dass es nicht wünschenswert wäre, dies auch mit einem Fuel Cell Auto aus Compeditiven Gründen tun zu können. Ich warte schon auf diesen Augenblick und würde die Fahrer beglückwünschen.

End of Live bei einem EV ( Fuel Cell oder BEV ) ist keinesfalls bei 150’000km. Mein deutscher Tesla Kollege hat schon fast 1’000’000km auf seinem Model S. Ich habe bereits 190’000km auf meinem Tesla Roadster und fahre täglich mit ihm. Sicherlich auch noch die nächsten 100’000km.

Hermann Matthes:

Vielleicht sollten wir das Ganze ein bisschen pragmatischer angehen. Ich fahre selten von Moskau nach Madrid. Aber ich steige jeden Tag in einen voll aufgeladenen Plugin-Hybriden. Beim letzten Tanken (30l) stand der Tageskilometerzähler auf über 3700. Macht 1,13€ Sprit und 2€ Strom (aus meiner PV-Anlage) auf 100km.

Ob es sinnvoll ist, jeden Monat Hunderte von Euro auszugeben, nur dass das eigene Fahrzeug für jede Eventualität gerüstet ist, wage ich zu bezweifeln. Wofür gibt es Leihwagen?