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Im Jahr 2020 sollen 500.000 elektrische Autos auf den deutschen Straßen unterwegs sein, die meisten batteriebetrieben. Für dieses Ziel müssen hohe Summen in den Ausbau von Ladepunkten und in das Stromnetz fließen. Dabei ist noch nicht sicher, ob die Zukunft der Elektromobilität in den Batterien steckt. Auch Fahrzeuge, angetrieben von Brennstoffzellen, versprechen eine Reduzierung der Treibhausgase. Nachteile wie lange Ladezeiten und ein hohes Gewicht fallen dabei nicht an.

Wandeln oder speichern – das Gewicht entscheidet

Brennstoffzellen sind, wie bei Benzin- oder Dieselmotoren, Energiewandler. Sie wandeln Wasserstoff in elektrischen Strom um. Bei der Umwandlung von Energieformen müssen immer Verluste hingenommen werden, meistens in Form von Abwärme. Aus diesen Verlusten ergibt sich der Wirkungsgrad. Die Brennstoffzelle hat in der Well-to-Wheel-Bilanz, also von der Stromerzeugung bis zur Umwandlung in Bewegungsenergie für den Antrieb, einen Wirkungsgrad von ca. 36 %. Dem gegenüber steht die Batterie als Energiespeicher, mit einem Wirkungsgrad von ca. 70 %.

Für die Mobilität auf Basis von Brennstoffzellen muss also mehr Energie produziert werden. Der Unterschied der Wirkungsgrade relativiert sich aber durch das Gewicht der Akkus. Eine Batterie mit Speicherkapazität für 400 km wiegt ungefähr 700 kg. Das Gewicht für Wasserstofftanks für eine ähnliche Reichweite liegt bei etwa 135 kg. Der hohe Wirkungsgrad des Energiespeichers wird mit Gewicht erkauft. Dadurch wird mehr Energie für die Fortbewegung gebraucht. Werden das hohe Gewicht der Batterie und weitere Verluste für die Schnellladefunktion berücksichtigt, gleicht sich die Energiebilanz also beinahe aus.

Positive CO2-Bilanz erst nach 100.000 km

Wer ein E-Auto kauft will meist vor allem eines: seine CO2-Blianz verbessern. Doch schon bei der Produktion einer Batterie mit einer Kilowattstunde Speicherkapazität werden zwischen 150 und 200 Kilogramm CO2 freigesetzt. Zwar ist ein akkubetriebenes Auto damit immer noch umweltschonender als ein vergleichbarer Diesel, dazu muss es laut einer schwedischen Studie aber erst 100.000 km emissionsfrei fahren. Bei einer Lebensdauer von derzeit ca. 500.000 km ist das alles andere als erfreulich.

Geringere Ausbaukosten dank bestehender Tankstellen

Es reicht nicht aus, wenn das eigene Auto sparsam fährt und die Umwelt schont. Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb brauchen Tankstellen. Und bei batteriebetriebenen Fahrzeugen gilt das gleiche für Ladestationen. Die ADAC-Stiftung hat die Ausbaukosten einer Infrastruktur für unterschiedliche Antriebssysteme untersucht und verglichen. Berücksichtigt wurden dabei auch die Kosten neuer Kraftwerke, neuer Energiespeicher und für Transport- und Verteilerwege. Es wurde also auch der Energiemehrbedarf durch den geringeren Wirkungsgrad mit einbezogen.

Der Vergleich zeigt klar: Die Kosten für den Ausbau einer Ladeinfrastruktur liegen bis zum Jahr 2050 deutlich über den Ausbaukosten der Wasserstofftechnologie. Das liegt hauptsächlich an Skaleneffekten, die durch den Bau vieler Wasserstofftankstellen entstehen. Außerdem punkten Tankstellen mit einer höheren Verarbeitungs- bzw. Betankungskapazität.

Der Schlüsselfaktor – regenerative Stromerzeugung

Der wichtigste Faktor für eine möglichst niedrige Ökobilanz ist bei beiden Antrieben die Stromerzeugung. Wird der Strom aus regenerativen Energiequellen bezogen, überzeugen beide Antriebe. Unser Stromnetz ist jedoch nicht auf schwankende Leistungen von regenerativen Energien vorbereitet. Wenn zu viel Strom produziert wird, werden ganze Windparks ausgeschaltet. Das Netz kann den Strom nicht aufnehmen und vor Ort fehlen Speichermöglichkeiten.

So wurden 2018 nach Bericht der Bundesnetzagentur zu Netz- und Systemsicherheitsmaßnahmen 5.250 Gigawattstunden Strom nicht produziert. Die durch gesetzliche Regelungen entstandenen Entschädigungsansprüche für die Betreiber belaufen sich auf über 600 Millionen Euro. Dabei ließe sich das Problem einfach mit einer Elektrolyse vor Ort lösen, an der Elbe stehen erste Anlagen. Der Wasserstoff wird ins Erdgasnetz eingespeist oder in Tanks abtransportiert. Stattdessen bauen Unternehmen große Akkus mit Kapazitäten von mehreren Hundert Megawattstunden. Das führt zum einem zu einer hohen CO2-Belastung bei der Produktion, zum anderen führ der Transport von Strom über weite Strecken zu Übertragungsverlusten. Es geht also Leistung verloren.

Alternative Wege der Mobilität

Die Entscheidung, Brennstoffzellen oder Batterien, wird sicherlich nicht nur aufgrund von Effizienz, CO2-Bilanz oder flächendeckender Infrastruktur getroffen. Doch alles zusammen muss eine neue Möglichkeit der Fortbewegung ergeben. Und das schafft nur die Brennstoffzelle. Dabei sind weitere Vorteile wie kürzere Ladezeiten und eine höhere Reichweite noch nicht eingeschlossen. Bei nüchterner Betrachtung eignen sich Batterien vor allem für kleine Fahrzeuge mit kurzen Reichweiten – und solche Stadtautos eignen sich wiederrum nur als Zweitwagen. Dabei ist es wichtiger als je zuvor, auf öffentliche Verkehrsmittel oder auf das Fahrrad umzusteigen. Und das wäre doch wirklich mal eine Alternative.