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

Copyright Abbildung(en): Fraunhofer

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

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Leider geht das Frauenhofer ISE von längst überholten Daten zum CO2 Rucksack einer Fahrzeug-Batterie aus: neuere Daten z. B. von der ETH Zürich. Dadurch wird das Ergebnis und die Schlussfolgerung völlig falsch.

Wenn ich mir diese Riesen Wasserstofftankstelle anschaue, dann hat sich in den Köpfen der Frauenhofer nicht viel geändert. Geradezu altertümlich, dass ich immer noch an eine Tankstelle fahren soll, um Energie zu tanke und dabei noch zu warten, auch wenn es nur 10-15 Minuten sind. Noch einen Umweg in Kauf nehmen muss etc.

Ich habe bei mir zu Hause, in den Hotels, im Office, beim Restaurant, im Einkaufszentrum etc. nur 10s, um meinen Tesla zu laden. ( 5s zu Einstecken, 5s zum Ausstecken und dazwischen schlafe ich, arbeite ich, esse ich, oder kaufe ein. Kein Zeitverlust.

Nota bene, kann ich an all diesen Standorten Solarstrom oder Wasserkraftstrom (in der Schweiz ca. 50%) nutzen.
Tesla ist führend in der möglichst umweltfreundlichen Produktion der Autos in den Gigafactories mit Solarstrom auf dem Dach.
Selbst die Supercharger werden mit Solarstrom beliefert.

Die Festkörperbatterien werden in den kommenden 5 Jahren noch Quantensprünge machen, so dass Reichweiten bei BEV bis 800km oder darüber hinaus zur Selbstverstädlichkeit gehören werden.

Deutschland forsch, alle anderen bauen es.
Ich persönlich finde ein Mix aus Wasserstofffahrzeug und Batterie am sinnvollsten. Kleinere Strecken mit Batterie größere mit Wasserstoff.

Heute hat ein Tesla Model S (kein SUV) mindestens eine vergleichbare Reichweite wie ein Wasserstoffauto.
Die Batterie ist mit 77kWh kleiner als die 90kWh Batterie im Gutachten, der Stromverbrauch ist ebenfalls kleiner.
Dadurch sinkt der CO2 Rucksack entsprechend.
Bei der Wasserstoffherstellung wurde für 100% Regenerativ Windstrom angenommen bei BEV Solarstrom. Windstrom hat aber einen viel niedrigeren CO2 Ausstoss als Solarstrom, im Gutachten 11g/kWh zu 48g kWh.
Durch die Annahme einer Lebensdauer von nur 150000km wird das Wasserstoffauto bevorzugt.

Hi Markus
alles gesagt, was zum Stand der Batterietechnologie gesagt werden kann.
Ich bin aber losgelöst vom Footprint der Meinung, dass beide Technologien ihre Berechtigung haben und in verschiedenen Umgebungen (Schiffe, Flugzeuge, Schwerlastverkehr mit H2) und weiterentwickelt werden können und sollen – im Gegensatz zu den Verbrennern,

Ich bin mit meinem Model S weit über 160.000km…laut diese Studie müsste mein Akku tot sein…dabei habe ich gerade 6% weniger Reichweite als der neu war.
Was passiert mit Brennstoffzellen nach 150.000km? Second Life?
Und die Produktion von Akku wird immer mit ganz „dreckigen“ Strom gerechnet…naja, der Studie Auftraggeber H2 will Wasserstoff vermarkten… wer zahlt der bekommt was er will

Bisher dachte ich immer, dass Fraunhofer-Gesellschafter für Seriosität stehen. Seit dieser Studie nicht mehr. Aus völlig unerklärlichen Gründen vergleicht die Studie Äpfel mit Birnen. So wird bei reinem Ökostrom-Betrieb der Wasserstoff aus Windenergie, die Akkuladung aber aus PV-Strom gewonnen. PV-Strom rechnet die Studie aber mit einem mehr als 4 mal so hohen CO2-Ausstoss (48 gegen 11g CO2). Bei diesen Zahlen kann die Brennstoffzelle einen noch so schlechten Gesamtwirkungsgrad haben, mit diesem Beschiss muss sie gewinnen.

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.

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.

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.

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.

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