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Fraunhofer Studie: Nur mit kleinem Akku sind E-Autos besser als die Brennstoffzelle

Der Vergleich von Fuel Cell, Batterie-elektrischen Antrieb und Diesel im Auftrag der H2 Mobility GmbH ergibt ein differenziertes Bild bei Antrieben: Das E-Auto ist erst ab 150.000 Kilometer im aktuellen Strommix besser als der Diesel und nur mit kleiner Batterie auch besser als die Brennstoffzelle. Fazit: Es braucht beide Konzepte.

Kommt ganz drauf an: Je größer der Akku eines BEV, desto mehr gerät der E-Antrieb ins Hintertreffen. | Foto: H2 Mobility
Kommt ganz drauf an: Je größer der Akku eines BEV, desto mehr gerät der E-Antrieb ins Hintertreffen. | Foto: H2 Mobility
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Redaktion (allg.)
(erschienen bei VISION mobility von Johannes Reichel)

Erst ab einer Reichweite von 250 Kilometer sind Pkw mit Wasserstoff und Brennstoffzelle (FCEV) klimafreundlicher als Batteriefahrzeuge (BEV). Das ist das wesentliche Ergebnis eines differenzierten Lebenszyklus-Vergleichs des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) im Auftrag der H2 Mobility GmbH. Der entscheidende Faktor ist der wesentlich größere CO2-Rucksack, den Batterieautos durch die Produktion der Batterie tragen müssen. Das verhagelt vor allem BEVs mit großem Akku die Bilanz. Als Basisfahrzeuge wurde ein Fuel Cell mit 95 kW und 5,6 kg H2-Tank (Reichweite 500 km) wie der Hyundai Nexo, ein Diesel mit 5,9 l/100 km Verbrauch und 1.750 kg Gewicht sowie zwei BEV mit 60 und 90 kWh Akku (19,5 und 20,4 kWh/100 km Verbrauch) verwendet. Die Werte wurden darüber hinaus mit den Werten dieselgetriebener Pkw verglichen, jeweils im besten, schlechtesten und im Standard-Fall. Die Forscher Instituts schlüsselten detailliert auf, wie viel Material für die Produktion von Batterien, Brennstoffzellen und Wasserstofftanks benötigt wird und was bei der Förderung und der Verarbeitung an Emissionen anfällt.

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. Nicht berücksichtigt wurden allerdings die Optionen der Verwendung synthetischer Kraftsstoffe oder der Weiterverwendung gebrauchter Akkus oder Brennstoffzellen.

Die goldene Mitte: Bei 50-kWh-Akku herrscht ein Patt

Im Ergebnis entspricht der THG-Fußabdruck von Produktion und Recycling eines Brennstoffzellensystems inklusive Tank 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.

Wenn man's richtig anstellt: Grünstrom macht den Unterschied

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% Erdgas und 50% Windstrom) bzw. im Worst Case aus 100 Prozent Erdgas. Bei einer Laufleistung von 150.000 Kilometern überzeugt das Brennstoffzellenfahrzeug in allen Fällen: Selbst im Worst Case (100% H2 aus Erdgas) liegt der THG-Fußabdruck im gesamten Lebenszyklus noch die nächsten 10 Jahre unter dem vergleichbarer Batteriefahrzeuge und ist ebenfalls geringer als bei Dieselfahrzeugen.

Diese liegen ab Werk vorn wegen des niedrigeren Energieaufwands in der Produktion, den die Forscher mit 9.995 kg CO2 ansetzen, zu 16.491 kg CO2 beim Fuel Cell und gar 22.635 kg CO2 bei einem BEV mit großer 90 kWh-Batterie. Nach 200.000 Kilometer spätestens und im "worst case" holen die "Alternativen" den Diesel ein: Sein Betrieb verursacht 45.956 kg CO2, das BEV emittierte im derzeiten, mäßig grünen deutschen Strommix 42.416 kg CO2, das für den schlechten Fall des nur mit Erdgas produzierten Wasserstoffs betriebene Fuel-Cell-Fahrzeug kommt auf 39.128 kg an CO2. Für den Fall der Verwendung ausschließlich von Ökostrom respektive Windstrom für die H2-Herstellung hängen BEV und Fuel Cell den Verbrenner dann gnadenlos ab.

Nicht "entweder oder", sondern "sowohl als auch"

Der Auftraggeber H2 Mobility sieht die Studie als ein Beleg für die Komplementarität von Batterie und Wasserstoff. 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 zudem: Je grüner die Energiequelle, desto besser die Umweltbilanz.

"Wir brauchten den gleichberechtigten Ausbau beider Technologien", postulierte Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstofftechnologien am Fraunhofer ISE.

Die Studie wurde von der H2 MOBILITY, einem Zusammenschluss von Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell und TOTAL, finanziert. Quellen im Bereich batterieelektrische Mobilität sind u.a. „Life Cycle Assessment of a Lithium-Ion Battery Ellingsen“ von Majeau-Bettez, Singh, Srivastava, Valøen und Strømman (2014), die Studie der Agora Verkehrswende (2019) und der Batterieabteilung am ISE. Quellen im Bereich Brennstoffzellenfahrzeuge sind u.a. „Integrated environmental and economic assessment of current and future fuel cell vehicles“ von Miotti, Hofer und Bauer (2017), sowie die Expertenmeinungen aus der Brennstoffzellenabteilung am ISE. Die genauen Ergebnisse der Analyse finden Sie hier.

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