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Elektroauto-Studie: Akkus sinnvoller als Brennstoffzellen

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Toyota Mirai – erstes Großserienfahrzeug mit Brennstoffzelle. ca. €  78.000,-. Foto: Toyota

Eine gemeinsame Studie der Stanford University und der TU München (TUM)  hat ergeben, dass batteriebetriebene Elektroautos sinnvoller als Wasserstoff-Brennstoffzellen-Autos sind – besonders, wenn man den CO2-Ausstoß durch den Straßenverkehr drosseln möchte.

Wasserstoff hat den großen Nachteil, dass er eine spezielle Infrastruktur erfordert. Das trägt dazu bei, dass Akkus die deutlich günstigere Lösung für eine grünere Mobilitäts-Zukunft sind – zumindest im sonnigen Kalifornien.

Eine Kostenfrage

Zwar sind sich viele Experten einig, dass Elektromobilität einen wichtigen Baustein für eine grünere Zukunft darstellt. Offen ist aber, was genau die optimale Lösung ist. „Studien wie diese sind nötig, um die kostengünstigsten und effektivsten Wege zur tiefgreifenden Entkarbonisierung des globalen Energiesystem zu finden“, meint Sally Benson, Leiterin des Stanford Global Climate and Energy Project.

Das Team hat daher für die 8.000-Einwohner-Stadt Los Altos Hills in der San Francisco Bay Area verschiedene Entwicklungsszenarien für die Zeit bis 2035 verglichen und dabei den Gesamteinfluss auf den Energieverbrauch der Kommune erfasst.

„Was die Gesamtkosten betrifft, haben wir festgestellt, dass akkubetriebene Elektrofahrzeuge besser für die Emissionsreduktion sind als Brennstoffzellen-Fahrzeuge“, so TUM-Doktorand Markus Felgenhauer.

Ein wesentlicher Nachteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen ist der Studie zufolge, dass die nötige Tank-Infrastruktur sonst keinen wirklichen Mehrwert bringt. Um die entstehenden Mehrkosten aufzuwiegen, müssten letztlich die Fahrzeuge selbst merklich günstiger ausfallen. Doch dürfte auf absehbare Zeit das genaue Gegenteil der Fall sein, so Felgenhauer.

Speicher-Problem

„Ein anderer vermeintlicher Vorteil von Wassersstoff – das Zwischenspeichern überschüssiger Solarenergie – hat sich in unserer Analyse auch nicht entwickelt“, betont Felgenhauer.

2035 würde Los Altos Hills nur sehr wenig der in Wasserstoff gespeicherten Energie für Heizung oder Beleuchtung nutzen. Dabei sollte eben das ein Vorteil sein, der die Anschaffung von Elektrolyseuren zur Wasserstoffgewinnung mittels Solarenergie rechtfertigt. Ohne diese hätten Brennstoffzellen einen schlechten Öko-Stand. Denn die klassische Wasserstoffgewinnung erfolgt aus Erdgas und setzt CO2 frei. Der Einsatz von Akkus dagegen wird CO2-neutraler, sobald es die Netzstromgewinnung wird.
Mit Los Altos Hills hat die Studie freilich ein sonniges, wohlhabendes Städtchen betrachtet, das hohe Solarstrom-Kapazitäten hat und in einem Landkreis mit schon jetzt hohem Elektroauto-Anteil liegt. Doch geht das Team davon aus, dass die Ergebnisse für viele Gemeinden im sonnigen Kalifornien relevant sind. Die Forscher hoffen, in künftigen Studien ein größeres Netzwerk an Gemeinden zu erfassen und weitere Faktoren, die Konsumenten bei der Wahl zwischen Akku und Brennstoffzelle beeinflussen könnten, zu beleuchten.

Quelle: pressetext.com
Elektroautor dazu …

Seit Jahrzehnten wird die Brennstoffzelle von vielen als „die Zukunft der Mobilität“ und als Heils- bringer für alle Energieprobleme gesehen. Bei Fahrzeugen mit diesem Antrieb kommt nur reiner Wasserdampf aus dem Auspuff und das Problem „leerer Akkus“ entgehe man auch – aber ist des- wegen das „Wasserstoffauto“ gleich die bessere Alternative zur Elektromobilität?

Wirkungsgrad weitaus geringer als bei reinen Elektroautos

Auch wenn der Wasserstoffantrieb in Zukunft durch technische Fortschritte effizienter werden sollte, kann dieser nicht annähernd an den hohen Wirkungsgrad eines batterie-elektrischen Wagens heranreichen. Dort wird der Strom praktisch 1:1 an den Motor (abzüglich eines geringen Verlustes an Akku und Leistungselektronik) abgegeben und verwertet, wo hingegen beim Brennstoffzellen-Fahrzeug zum Teil vier mal so viel Energie aufgewendet werden muss, bis der Strom im Motor angekommen ist. Ein aktuelles batterie-elektrisches Auto kommt bei ca. 15 kWh/100km daher in der Summe mit einem Viertel der Energie eines Brennstoffzellen-Fahrzeuges aus.

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Ein weiterer Nachteil der Brennstoffzelle: Neben Elektroantrieb, Akku als Pufferspeicher, H2-Tank nimmt vor allem der Stack (Bündel von Brennstoffzellen) ziemlich viel Platz ein.  Foto: Toyota

Woher kommt eigentlich der Wasserstoff?

Ein Autoantrieb ist so umweltfreundlich wie der Energieträger, der es antreibt. Während Elektro- autos großteils zertifizierten Ökostrom „tanken“ oder mit hauseigener Sonnenkraft fahren, bleibt die Frage: „Woher stammt der Wasserstoff für die Brennstoffzelle“? Derzeit wird dieser meist aus fossilem Erdgas hergestellt. Das erscheint schon daher nicht sinnvoll, da man eigentlich gleich Erdgas in Gasautos tanken könnte. Alternativ kommt bei der Herstellung von H2 das Verfahren der Elektrolyse zur Anwendung. Bei der Umwandlung von Strom zu Wasserstoff und dann wieder zu Strom gehen leider bis zu zwei Drittel der Energie verloren. Ein aktuelles Serienauto mit Brennstoffzelle soll für 500 km Reichweite ca. 6 kg Wasserstoff benötigen. Das entspricht einem Tank-Volumen von ca. 67 Kubikmetern! Für die Herstellung von einem Kubikmeter Wasserstoff per Elektrolyse müssen laut Wikipedia 4,3 bis 4,9 kWh an Strom aufgebracht werden. Macht also ca. 61 kWh pro 100 km, zuzüglich etwa 12% der Energie zum Komprimieren derselben, insgesamt also ungefähr 67 kWh/100 km. Laut Bericht des Umweltbundesamtes zum Strom-Mix 2013 (366 g CO2/kWh) entspricht das knapp 250 g CO2 pro Kilometer. Damit ist das Brennstoffzellen-Fahrzeug eines der klimafeindlichs- ten Fahrzeuge überhaupt.

Infrastruktur der Wasserstofftankstellen im Experimentierstadium

Ein Elektroauto kann man mit den richtigen Kabeln an jeder Starkstromsteckdose oder selbst an Schukosteckdosen aufladen, es gibt tausende öffentliche Ladestationen oder man produziert den Strom selbst mit Photovoltaikmodulen am Hausdach. Beim Aufbau eines Tankstellennetzes für Wasserstoff muss bei Null angefangen werden. Derzeit gibt es in Österreich gerade einmal vier Wasserstofftankstellen (Innsbruck, Linz, Graz und Wien). Zapfsäulen für Wasserstoff sind extrem teuer (ca. 2 Mio. EUR) und der Transport des Wasserstoffs zur Tankstelle muss entweder mit Diesel-Lkws geschehen oder es müssen extra Pipelines dafür errichtet werden. Des weiteren bleibt die Abhängigkeit und Willkür bei der Preisgestaltung von Großkonzernen bestehen, so wie es eben bei Benzin und Diesel seit Jahrzehnten ist. Das alles klingt eigentlich nicht nach Zukunft, oder?

Fazit: Batterie-betriebene Elektroautos mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen sind ziemlich klar, die umweltfreundlichste Technologie für die Mobilität von heute und morgen. Ich fände es wichtig, dass die Elektromobilität mehr forciert und gefördert wird. Weiters sollten interessierte Kunden nicht durch die Wirtschaft und Industrie verunsichert werden, welche Technologie denn nun die richtige sei. Mit diesen Verzögerungstaktiken bremst man nur den technischen Fortschritt und den Wechsel – weg vom Verbrenner – hin zum sauberen Elektrofahrzeug, welches in Kombination mit Ökostrom, PV-Strom, Stromspeichern und späterem Batterie-Recycling ein genialer Kreislauf werden kann. 

11 Comments

  1. Hans Urban says:

    Wozu braucht man denn hier wieder eine neue Studie, das war doch klar.
    Wirkungsgrad Elektrolyse mal Wirkungsgrad Brennstoffzelle = schlecht
    Wirkungsgrad batterieelektrisch = gut

    Und dass ein schlechter Wirkungsgrad in der Kette auch die CO2-Bilanz verhagelt ist auch klar, denn ein schlechter Wirkungsgrad bedeutet bei konstanter Endenergie entsprechend mehr Primärenergie.

    Natürlich brauchen wir auch Elektrolyse, aber für saisonale Speicherung, Denn eine batterieelektrische Speicherung mit 1 bis 3 Jahreszyklen ist halt sehr unökonomisch.
    Da ist dann der schlechte Wirkungsgrad der H2-Kette das kleinere Übel, aber da kostet halt nur die Umwandlung und nicht die Speicherung.

    Interessant ist es, dass Leute, die sich „ums Verrecken“ kein E-Auto kaufen wollen immer das gute Argument benutzen „ich warte bis die Brennstoffzelle kommt“….

    Hans U.

    • Interessant ist es, dass Leute, die sich „ums Verrecken“ kein E-Auto kaufen wollen immer das gute Argument benutzen „ich warte bis die Brennstoffzelle kommt“….

      Das ist genau das, was ich meine mit der Verzögerungstaktik u. Verunsicherung.

      Für die meisten E-Mobilisten ist es klar, dass das BEV gegenüber der Brennstoffzelle das Rennen bereits längst gewonnen hat. Aber für die, die sich weniger mit der Materie beschäftigen, ist es ein Grund, das Thema weiter aufzuschieben. Das bedeutet – diese Leute kaufen sich im schlimmsten Fall nochmal einen „ach so umweltfreundlichen“ TDI.

  2. Pingback: Wasserstoff? Nein, danke! – E(r)fahrungen rund um Elektrisches Autofahren

  3. Als ich Anfang der 70er Jahre noch zur Schule ging, hatte der Vater eines Schulkollegen, Herr B., ein getarntes Versuchsauto mit Brennstoffzellen – eine Sensation. Doch das Fahrzeug hatte viele schwerwiegende Mängel, das größte Problem war die extrem lange Zeit zwischen Inbetriebnahme und Wegfahrbereitschaft. Damals meinte man, in wenigen Jahren würden diese Probleme beseitigt werden und das wäre dann der Durchbruch. Als ich drei Jahre später Herrn B. wieder fragte, was denn jetzt der neueste Stand sei, bekam ich die entwaffnend ehrliche Antwort: „Vergiß es, das wird nie etwas; höchstens für Lokomotiven oder Großanlagen!“
    Herr B. hatte also schon 1975 exakt vorausgesagt, was Sache ist.

    • Danke für den spannenden Kommentar. Hätte nicht gedacht, dass Anfang der 70er schon Versuchsfahrzeuge auf der Straße waren.

      Das Problem, dass man lange nach der Inbetriebnahme nicht wegfahren kann, ist wohl mittlerweile gelöst. Aber das ist nur ein Haar in der Suppe der schwerwiegenden Nachteile.

      Die Brennstoffzelle ist ja auch sehr träge, deswegen brauchen diese Fahrzeuge auch einen Akku als Zwischen-/Puffer-Speicher. Beim Mirai kommt eine 1,6 kWh Nickel-metal hydride-Batterie zum Einsatz, welche schlechter zum recyclen ist als Li-Ion-Akkus.
      Aber vielleicht auch wegen der Trägheit, bis der Stack Strom liefert, hat es früher bei der Inbetriebnahme länger gedauert. … könnte ich mir vorstellen.

      • Danke für ihre Antwort, hätte gar nicht damit gerechnet. – Ja, die TU Wien hat damals in Zusammenarbeit mit einem Elektrokonzern diese Versuche gemacht, man wollte erst nach Erfolg in die Öffentlichkeit gehen – also nie :-) Außer einer Erwähnung im „Hobby“ Technikmagazin passierte nicht viel.
        Ich darf daran erinnern, daß der damals bekannte Rennfahrer Camille Jenatzy den allerersten Geschwindigkeitsrekord (1899!) über 100km/h auf einem BEV erzielte, der zigarrenförmige Wagen hatte den klingenden Namen La Jamais Contente. Noch interessanter ist, daß dieser Rekord bald danach von einem DAMPFWAGEN überboten wurde – Oeuf de Pâques von Serpollet. 120kmh im Jahr 1902 waren eine starke Ansage!

        Doch schon in dieser frühen Zeit machte sich die Erdöllobby unangenehm bemerkbar, so versuchte man immer, die Starts mit Tricks zu wiederholen (Frühstart des Benzin-Konkurrenten etc.), damit die Akkus des BEV möglichst schwach waren. Standard Oil war damals schon übermächtig, das ist die bittere Wahrheit. Wir alle haben also 11 Jahrzehnte lang unvorstellbare Mengen an wertvollen Rohstoffen vertan und die Umwelt versaut für den Gewinn weniger Milliardäre; ist der Homo wirklich sapiens sapiensis??

  4. Wie schon früher geschrieben bedarf es keiner Studie um zu wissen, dass Wasserstoff maximal als Nischenprodukt seine Berechtigung findet.
    Hoch bedenklich ist jedoch, dass Konzerne (siehe zb OMV-Homepage Pressemitteilung 4.8.2014) noch immer Wasserstoff als Trend in der Mobilität sehen obwohl der Wasserstoff schon seit vielen Jahren eine Totgeburt ist…. Auch ich vermute hier eine Verzögerungstaktik um den Diesel länger am Leben zu erhalten, da es ansonsten nur mit „Konzern-strategischer Dummheit“ betitelt werden müsste und sämtlichen Technikern samt Führungspersonen sämtliche Kompetenz aberkannt werden müsste…..

  5. @ hatta: Danke! Genauso ist es, die Konzerne haben uns jahrzehntelang zum Narren gehalten; immer wieder hieß es: Nur noch ein Jahr/zwei Jahre/fünf Jahre * und dann kommt die Revolution. Bis dahin könnt ihr ja noch Diesel und Benzin fahren – und ja nicht aufmucken, gell?!
    * gewünschtes bitte ankreuzen

    • In vielen Fällen ist eine Strategie des Verzögern einhergehend mit Verschlafen. Wie sich die Landschaft der Top-Unternehmen in Europa zeichnen wird, zeigt die (nicht mehr all zu ferne) Zukunft – momentan zeigt der wirtschaftliche Pfeil, ob der unflexiblen Strukturen in Wirtschaft und Politik sehr steil nach unten. In so manchen Fällen scheint der bereits abgefahrene Zug nicht mehr einholbar zu sein.
      Ein nicht nur rasches, sondern sofortiges Umdenken und Handeln wäre europaweit nicht nur notwendig sondern ein absolutes MUSS.
      Wie kann man eigentlich dieses „Verschlafen“ weiter beschreiben? – das Zusammenspiel aus Arroganz, Ignoranz und Trägheit in Konzernstrukturen und Politik ist ein hierzulande gelebter Stil, der Effizienz und vor allem Innovation bremst – wenn nicht gar verhindert. In der schnelllebigen Zeit wie heute sinkt dadurch die Konkurrenzfähigkeit dramatisch. Ergo ist meiner Meinung nach ein solches „Verschlafen“ eher einem vorsätzlichem Wirtschaftlichen Mord gleichzusetzen. Disruptive Innovationen müssen (wenn sie selbst nicht geschaffen werden können) rechtzeitig(!) erkannt und wirtschaftlich und politisch sofort eingeplant werden – wer hier weiter schläft wird im aller besten Fall Trittbrettfahrer und keines Falls Marktführer werden………

  6. Pingback: Meine Beobachtungen zum Thema „nachhaltige Mobilität“ – Mein InterMedia Studium

  7. Markus F says:

    Kennt noch jemand das alte Video Desaster? Damals wurde das schlechtere VHS System gepuscht und setzte sich gegen bessere Systeme durch. Ähnlich sehe ich persönlich die Sache mit Akku betrieb und Brennstoffzellen!

    Die heutigen Akkus enthalten alle Lithium! Dieses wächst aber nicht auf Bäumen! Wenn man sich zum Beispiel mal bei Wikipedia schlau macht so sieht man, das es ein geschätztes, weltweites Vorkommen von mehr als 40 Mio. Tonnen gibt. Also ist es nicht unbegrenzt vorhanden! Dazu kommt noch, das es sehr aufwändig ist dieses zu gewinnen. Daneben ist es auch nicht besonders förderlich für die Gesundheit. Es ist leicht entzündlich sowie zudem auch noch ätzend. Lithium stellt bei seiner Entsorgung ebenso ein Problem dar und wird nach seiner Verwendung zum Sondermüll. Alles in allem sind wir an diesem Punkt schon einmal bei einer sehr ungünstigen Umweltbilanz angelangt.
    Wenn man sich nun noch die Kosten sowie die Verschwendung von Rohstoffen ansieht, die der Ausbau einer vernünftigen Ladestationsinfrastruktur mit sich bringt, könnte man die Hände über dem Kopf zusammenschlagen. Das Laden eines Akkus dauert! Wenn man also davon ausgeht das alle derzeit betriebenen Fahrzeuge weltweit, durch Akku betriebenen Fahrzeuge ersetzt werden sollen und jetzt einmal positiv davon ausgeht das nur 1/10 davon gleichzeitig geladen werden müssen, kann man sich vorstellen, wie es an den Straßen der Zukunft aussieht. Dort wird man denn keine Bäume sondern Ladestation an Ladestation finden.
    Alles in allem sehe ich bei dieser Betrachtung die Industrie als Gewinner und die Natur sowie uns Verbraucher als Verlierer.
    Wenn jemand mag kann er ja mal die Kosten die dies alles mit sich bringt durch Kalkulieren, die Zahl die am Ende herauskommt wird Utopisch sein. Mal abgesehen von den Schäden an der Umwelt durch die enstehenden CO² Emissionen die durch die Gewinnung von Rohstoffen und die Fertigung der Fahrzeuge und Ladestationen sowie der Windräder und Solaranlagen und nicht zuletzt die Entsorgung der Altfahrzeuge entstehen. Übrigens diese Schäden werden wir alle zu spüren bekommen aber Bezahlen werden das nur wir Verbraucher siehe die in den Strompreisen enthaltenen Abgaben (EEG Erneuerbare Energie Gesetz / KWK Kraft-/ Wärme Kopplung).

    Aber wir menschen sind leider nur an „scheinbar“ wichtigen Punkten interessiert wie zum beispiel dem Wirkungsgrad, der bei einem Akku ja so viel höher liegt, was ja schon soooo lange klar war!

    So das war der Akku Bereich oder das VHS System des 21′ Jahrhunderts!!!!

    Wie läuft es denn nun bei Brennstoffzellen ab?

    Kontra:

    Es wird aufgeführt, das der Wirkungsgrad zu niedrig ist!
    Muss ich denn mit über 100 kW durch die Landschaft Brettern und dafür die Belastung der Umwelt außer acht lassen?

    Es wird aufgeführt das es keine Infrastruktur für z.B. Wasserstoff gibt und eine einzelne Betankungsanlage über 2 Mio. € kostet!
    Gibt es derzeit für Akku Strom auch nicht wirklich aber wir Menschen hantieren schon sehr lange mit Gasen. Zum Beispiel könnte man sich die Betankungsanlagen sparen wenn man ein Pfandflaschensystem etabliert wie es zum Beispiel bei technischen Gasen oder im Haushalt bei Wassersprudlern eingeführt wurde. Spart auch Zeit und nimmt dem Gas ein wenig den schrecken!

    Mit Wasserstoff ist man abhängig von der Industrie!
    Die meisten von uns sind keine Eigenheimbesitzer die eine Solaranlagen ihr eigen nennen können. Ein Windrad haben die wenigsten von uns also sind wir alle auch von der Industrie / Stromanbieter abhängig und die Strompreise steigen!

    Fazit!
    Wie man es dreht und wendet, für die Umwelt ist unser bisheriges vorgehen und das von der Industrie geplante, zukünftige Vorgehen ein disaster. Ich denke das wir alle umdenken müssen! Ich bin auch stolzer Besitzer eines Autos, dieses nutze ausschließlich ich selber. Aus Ökologischer Sicht handele ich sowie viele Millionen andere Autofahrer fahrlässig und egoistisch! Wenn uns wirklich daran gelegen wäre, etwas für unsere Umwelt zu tun sollten wir alle dahin gehend agieren, uns von unseren eigenen Autos zu trennen. Vielmehr sollte es unser bestreben sein Systeme zu etablieren, die es uns ermöglichen so Mobil wie nötig zu bleiben. Diese Systeme sollten autonom, flexibel, sicher und Umweltverträglich sein. Wir haben nur diese eine Welt, es gibt für uns nicht die Möglichkeit auf einen anderen Planeten aus zu weichen und selbst wenn es diese Möglichkeit gäbe, stünde Sie uns nicht allen zur Verfügung! Frei nach Professor Harald Lesch „Die Welt hat Mensch und das macht Sie kaputt !“. Also fragt doch nicht nach der effektivsten Methode die Umwelt noch schneller zu zerstören.

    Gruß
    Markus F

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