Strom, Wasserstoff, E-Fuels: Drei Wege zur klimaneutralen Mobilität?

Strom, Wasserstoff, E-Fuels: Drei Wege zur klimaneutralen Mobilität?

Copyright Abbildung(en): Freudenberg / www.fst.com

Elektroautos brauchen grünen Strom, Brennstoffzellenfahrzeuge benötigen Wasserstoff. Beides gibt es nicht im Überfluss und nun sollen auch noch Verbrennungsmotoren mit synthetischen Kraftstoffen betankt werden. Doch braucht es wirklich drei Wege für eine klimaneutrale Mobilität? Eine Betrachtung.

Haben ist besser als brauchen. Auch wenn sich nicht nachvollziehen lässt, woher dieser Spruch kommt: Der Urheber könnte ein Bau- oder Elektroingenieur des frühen 20. Jahrhunderts gewesen sein. Denn als die Infrastrukturen für die Stromwirtschaft und den Verkehr entstanden, kalkulierte man stets etwas Sicherheit für Unvorhergesehenes ein. Und ziemlich lange ging das ziemlich gut. Die Zeit, in der ein Land volkswirtschaftlich bedeutende Infrastrukturen quasi auf Vorrat anlegen ließ, sind allerdings vorbei. Gleichzeitig zwingt die angestrebte Klimaneutralität zu erheblichen Investitionen. Dem Elektroauto bringt die Tankstelle ums Eck nichts. Und auch wenn der Strom für das E-Auto mangels Wallbox tatsächlich aus der Steckdose kommt – erzeugt werden muss er dennoch.

Erst recht gilt das für den Wasserstoff, mit dem Brennstoffzellenfahrzeuge betankt werden sollen. Übrigens: Synthetische E-Kraftstoffe sprudeln auch nicht aus dem Wüstensand. Die spannende Frage ist nun: Wie lässt sich mit möglichst wenig Geld eine Infrastruktur erschaffen, die einen klimaneutralen Verkehr ermöglicht? Und ist es überhaupt sinnvoll, parallel auf verschiedene Technologien zu setzen und damit auch mehrere Infrastrukturen finanzieren zu müssen? Wie eine unter volkswirtschaftlichen Kosten optimierte Gesamtstrategie für den Verkehr aussehen könnte, analysierten mehrere Studien aus der jüngeren Vergangenheit. Der Automobilzulieferer Freudenberg hat sich deren Ergebnisse angeschaut – und scheinbar aufs richtige Pferd gesetzt …

Strom, Wasserstoff, E-Fuels: Drei Wege zur klimaneutralen Mobilität
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Brennstoffzelle sorgt für Kostenoptimumg

So untersuchte das Forschungszentrum Jülich mehrere „Wege für die Energiewende“: Wie der Titel schon andeutet, ist der Verkehr hierbei nur Teil einer umfassenden Transformation, die zu einer 80- oder, in einem zweiten Set an Szenarien, zu einer 95-prozentigen Verringerung der Treibhausgase führen soll. Die Ergebnisse überraschen teilweise nicht, wurden aber selten so offen artikuliert: Das Ziel macht tatsächlich einen wesentlichen Unterschied. Denn wer mit nur 80 Prozent Reduktion plant, errichtet potenziell Investitionsruinen. Nur ein 95-Prozent-Ziel ermögliche es demnach, das Zweigrad-Ziel des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen und sei damit zukunftssicher.

Für den Verkehr bedeutet das: Es werden ab 2050 keine fossilen Kraftstoffe mehr eingesetzt, auch nicht Erdgas. Rein batterieelektrische Fahrzeuge erreichen allerdings nur 25 Prozent Marktanteil bei den Pkw und sogar weniger als zehn Prozent bei den Lkw. Die Brennstoffzelle soll hingegen in einem Drittel aller Pkw und in drei Viertel aller Lkw für die Fortbewegungsenergie sorgen. Eine Infrastruktur für Erzeugung, Transport und Speicherung des Wasserstoffs müsse ohnehin für Industrieanwendungen geschaffen werden, so die Jülicher Forscher. Sie verweisen aber auch darauf, dass eine 95-prozentige Absenkung kaum ohne Energieimporte in Form von Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen zu schaffen sei. Und sie geben laut Automobilzulieferer Freudenberg auch zu: „Unsere Analysen zeigen, dass schon eine relativ geringe Variation der Herstellkosten zu einer signifikanten Änderung der Wahl der Antriebstechniken führt.“

Wie teuer die klimafreundliche Mobilität für den Kunden wird, hänge vor allem vom Anschaffungspreis für das Fahrzeug ab. Denn die Energieinfrastruktur mit ihren langen Abschreibungszyklen von 20 bis 30 Jahren ist letztlich nicht so kostenintensiv, dass sich daraus eine klare Präferenz für einzelne Antriebsarten ergeben würde. Dies zeige eine Studie der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen, an der mehr als 40 Experten aus verschiedenen Branchen mitgewirkt hatten. Rechnet man jeweils den Bestfall, so ergeben sich für einen Pkw mit Elektroantrieb insgesamt Mobilitätskosten von 29,40 Euro pro 100 Kilometer, mit Brennstoffzelle 29,90 Euro und mit E-Kraftstoffen von 28,40 Euro. Herunter gerechnet wären das weniger als 30 Cent pro Kilometer für ein klimaneutrales Fahrzeug im C-Segment. Klingt zu schön, um wahr zu sein? Richtig. Denn in dieser Rechnung sind keinerlei Steuern und Abgaben berücksichtigt …

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Brennstoffzellensysteme für emissionsneutrale Heavy-Duty-Anwendungen

Freudenberg arbeitet schon länger an eigener Brennstoffzellen-Technologie. Unter dem Produktnamen „Fuel Cell e-Power Systems“ sollen zukünftig Passagierschiffe auf Kreuzfahrt gehen, Yachten in See stechen, Container und Waren über die Ozeane befördert werden. Doch nicht nur zu Wasser: An Land werden Busse mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb Fahrgäste von A nach B und auch Lkws Frachtgüter an ihren Bestimmungsort befördern – so zumindest der Plan des Unternehmens mit Sitz in der Nähe von Mannheim. Freudenbergs Antrieb sei nach eigenen Angaben für all jene, die extreme Power und dauerhafte Verlässlichkeit für mehrere Zehntausend Betriebsstunden wünschen. Doch grundsätzlich ist das nichts Neues. Freudenberg forscht bereits seit 30 Jahren an Brennstoffzellensystemen und -komponenten. So biete das Weinheimer Unternehmen den Herstellern von Heavy-Duty-Applikationen sämtliche Bestandteile einer Brennstoffzellenlösung aus einer Hand an: modular aufbauend, von der einzelnen funktionalen Komponente bis hin zu kompletten Brennstoffzellensystemen, einschließlich aller nötigen Subsysteme (Balance-of-Plant) und Serviceleistungen. Die Expertise umfasse nicht nur die im Verkehr üblichen Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzelle (LTPEM), Freudenberg sei auch in der Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle (HTPEM) technologisch „daheim“.

Eine Besonderheit sei die gebotene Kraftstoffflexibilität. Für Schiffe mit hoher Reichweitenanforderung biete Freudenberg neben klassischen Direkt-Wasserstoff-Systemen auch Systeme mit integrierten Reformersystemen an. Diese ermöglichen den Einsatz von klimaneutral hergestellten Treibstoffen mit höherer Energiedichte wie beispielsweise e-Methanol. Mit dieser proprietären Technologie werde ein klimaneutralen Transport und ein zuverlässiger Einsatz über viele Jahre, beziehungsweise Betriebsstunden, möglich. Das i-Tüpfelchen sollen Hybridsysteme bilden, die die Vorzüge von Batterie und Brennstoffzelle komplementär miteinander verbinden – aufeinander abgestimmt, um minimale Investmentkosten mit maximaler Treibstoffeffizienz und Lebensdauer zu kombinieren. Was die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie angeht, sollte man Freudenberg jedenfalls im Auge behalten …

Quelle: Freudenberg, www.fst.com

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Aus dem Artikel:

„… Der Automobilzulieferer Freudenberg hat sich [mehrere Studien aus der jüngeren Vergangenheit] angeschaut – und scheinbar aufs richtige Pferd gesetzt …“

Da ist der Autor ja anscheinend(!) in eine richtige Sprachfalle getappt –> seine Verwendung von »scheinbar« bedeutet dort nämlich, dass es nur so aussieht – aber eben nicht zutrifft, dass der Zulieferer auf das richtige Pferd gesetzt hätte!

Aber mal zum Inhalt: Die Irreführung durch Freudenberg liegt für mich schon im jeweils 1. Bild der Grafik, der einen Windkraftanlage! Zutreffend ist sie so ja nur in

  • Zeile 1 (reines BEV), in
  • Zeile 2 (Brennstoffzelle) hätten dort schon etwa drei und in
  • Zeile 3 (eFuel) schon bis zu neun Windkraftanlagen abgebildet werden müssen.

Kurz: Im landgestützten Verkehr kann sich aus Effizienz-/Kostengründen (von Insellösungen mal abgesehen) eh nur das reine BEV durchsetzen.

Last edited 5 Monate zuvor by Wolfbrecht Gösebert

Die Daumenregel für grössere Energieverbraucher ist eigentlich relativ einfach:
Heutige Batterien sind super, taugen aber nur für 2-3 Stunden Betriebszeit. Für alles was darüber ist, sind Batterien entweder zu teuer, oder zu schwer, oder beides.
Wenn das Ding noch fliegen soll (z.B. Drohne), fällt die Gewichts-Guillotine natürlich schon viel früher.

Der technische Grund liegt darin, dass sich bei der Batterie Leistung (kW, PS) und Energie (kWh, Betriebsstoff-Menge) nicht separat skalieren lassen (ausser bei der Redox-Flow-Batterie).
Extrembeispiel zur Veranschaulichung: Ein Containerschiff, dass von Shanghai nach Hamburg fährt, könnte als Nutzlast gerade etwa alle Batterien mitführen, die es für die Strecke braucht. Theoretisch hätte es dafür ein Leistung von vielen Millionen PS, aber das braucht es ja nicht.

Für den Strassenverkehr sind E-Fuels vergeudete Energie in finanzielle Ressourcen. Fachleute rechnen mit einem Herstellungspreis von 1-2 Euro/Liter in der Zukunft nach Produktionsskalierung. Dieser Preis ist ohne Transport, Gewinn und Steuern.

Porsche udn Siemens Energie will bis 203026 in Patagonien (Chile) 550 Millionen Liter E-Fuels im Jahr herstellen. Das wäre dann 1/100 des Kraftstoffverbrauchs im deutschen Strassenverkehr (Jahresverbrauch etwa 60 Milliarden Liter).
Laßt uns das doch mal auf die ganze Welt hochrechnen… plus Schiffe und Flugzeuge.

Last edited 5 Monate zuvor by Silverbeard

Interessant ist diese Aussage bzw. Wunsch.

Für den Verkehr bedeutet das: Es werden ab 2050 keine fossilen Kraftstoffe mehr eingesetzt, auch nicht Erdgas. Rein batterieelektrische Fahrzeuge erreichen allerdings nur 25 Prozent Marktanteil bei den Pkw und sogar weniger als zehn Prozent bei den Lkw. Die Brennstoffzelle soll hingegen in einem Drittel aller Pkw und in drei Viertel aller Lkw für die Fortbewegungsenergie sorgen. Eine Infrastruktur für Erzeugung, Transport und Speicherung des Wasserstoffs müsse ohnehin für Industrieanwendungen geschaffen werden, so die Jülicher Forscher.

Es soll also Wasserstoff ganz massiv im Verkehr eingeführt werden, damit die Kosten des Wasserstoffs für die Industrie über den Verkehr mitfananziert werden – die Kleinen zahlen für die Großen.

Doch dann kommt das große „Aber“.

Und sie geben laut Automobilzulieferer Freudenberg auch zu: „Unsere Analysen zeigen, dass schon eine relativ geringe Variation der Herstellkosten zu einer signifikanten Änderung der Wahl der Antriebstechniken führt.“

Wenn Brennstoffzellen, H2-Tanks und / oder der Wasserstoff nicht so günstig werden wie erhofft, dann sind die ganzen H2-Fahrzeuge ein großes Verlustgeschäft und wir sind beim H2 genau so vom Ausland abhängig wie bei den fossilen Energie – also alles wie gehabt und nichts dazu gelernt.

Dann doch lieber BEV, hier können auch die Bürger und kleine Firmen mit PV- und Windkraftanlagen in Verbindung mit dezentralen H2-Speichern und Wärmepumpen in den Gebäuden die Energiewende von unten aufbauen und sich somit günstig mit Wärme und Strom für Haushalt, Gewerbe und Fahrzeuge versorgen.

Nette PR mit hohem BS-Anteil
Finde es nach wie vor schade, dass es scheinbar unkommentiert 1:1 übernommen wird

Netter Versuch. Mein Tipp an Freudenberg: Nicht so lange Studien lesen, bis endlich eine in Übereinstimmung mit der eigenen -völlig falschen- Unternehmensstrategie ist. Es ist absehbar, dass sich Zellen/Packs/Akkus ständig verbessern. Höhere Energiedichten, niedrigerer Preis.

Alles inklusive LKW Fernverkehr wird mittelfristig rein elektrisch fahren. Weil es das einfachste und das billigste ist. Die Weichen sind ja schon auf Massenproduktion gestellt, davon werden auch die LKW profitieren. Wenn die Energiedichten auf 500 Wh pro Kilo gehen und die Preise auf 50€/kWh, ist der Fall ein für alle Mal erledigt und da ist man nicht weit weg von. Und die Forschungsgelder sind riesig.

Wenn man in der Wasserstoffgeschichte bleiben will, geht es nur um Produktionswerke und große Schiffe. Da müsste man dann allerdings preismäßig mit China und dem Rest der Welt mithalten können oder sich über besonders effiziente Technik differenzieren. Und langfristig werden auch die Schiffe rein elektrisch.

Hallo.

Mich wundert etwas wie wenig aufgeschlossen manche Leute hier sind gegenüber anderen Ansätzen als BEV. Warum soll es nicht mehr als eine Lösung für eine CO² freie oder arme Zukunft geben? Wasserstoff als Energiespeicher ist doch trotz der schlechteren Effizienz ein durchaus gangbarer Weg. Warum also nicht den Leuten die Wahl lassen?

Eigenartige finde ich auch das immer so extrem einseitig argumentiert wird. Da wird die schlechte Effizienz von Wasserstoff angekreidet und ein paar Kommentare weiter von Akkus gesprochen die 500Wh/kg Leistung haben bei Preisen von 50€/kWh. Noch werden solche Werte höchstens im Labor erreicht (falls es überhaupt schon einen Prototyp gibt der diese Werte erreicht). Will heißen es braucht auch dort noch Jahre bis zur Serienreife. Ebenso wie derzeit auch an deutlich effizienteren Elektrolyse Verfahren geforscht wird sowie an besseren Brennstoffzellen. Selbst die E-Fuels werden stetig verbessert was Produktions-Effizienz sowie Herstellungskosten angeht. Das soll nicht heißen das die direkte Ladung eines Akkus nicht die effizienteste Lösung ist und vermutlich bleiben wird aber wir sollten einfach nicht den Fehler machen und wieder eingleisig fahren wie bei den Verbrennern. Ein diverserer Ansatz für die Zukunft halte ich für besser als zu versuchen nur auf Akkus zu setzen für Alles.

Für manche Transportarten beispielsweise (Binnenschifffahrt, Hochseeschifffahrt, Mittel- und Langstreckenflüge, schwere LKW’s) wird Wasserstoff und oder E-Fuel einfach nötig bleiben wegen seiner viel höheren Energiedichte.

Einer hat beispielsweise geschrieben das E-Fuels nicht sauberer verbrennen als normaler Kraftstoff. Das stimmt beispielsweise nicht. E-Fuels sind sauberer als normaler Kraftstoff. Sie enthalten immer noch Schadstoffe, keine Frage aber immerhin weniger als normaler Kraftstoff.

Natürlich müssen wir weg vom Verbrenner aber man darf auch nicht vergessen das der Umstieg auf welche Alternative auch immer, seine Zeit braucht. Nicht jeder der auf ein Fahrzeug angewiesen ist und oder nicht bereit ist auf eins zu verzichten, kann sich sofort eine Alternative leisten.
Warum sollte man nicht versuchen Menschen die noch recht junge Verbrenner besitzen, selbige auch noch ein paar Jahre fahren zu können? Da wären die E-Fuels doch ein Ansatz für die Übergangszeit. Klar wird Stand heute noch nicht genug davon hergestellt aber es wäre eine Hilfe für einen CO² ärmeren Umstieg, denn Leute die in den letzten Jahren Autos gekauft haben werden sie noch einige Jahre fahren. Da ist jeder Liter E-Fuel besser als normaler Kraftstoff oder nicht?

Mein nächstes Auto wird in knapp zwei Jahren sehr wahrscheinlich auch ein BEV werden. Nur ich bin trotzdem offen für alle anderen Ansätze für eine CO² arme/freie Zukunft.

Ist mir völlig schleierhaft, wie man praktisch auf Preisparität zwischen BEV, FCEV und e-Fuels kommen kann!
Wenn man alleine den Einsatz an Primärenergie rechnet („well to wheel“, jeweils Strom), braucht das FCEV die dreifache Menge des BEV, der Verbrenner mindestens das achtfache! Somit sollte alleine der vielfache Stromverbrauch einen gewaltigen Preisunterschied ausmachen. Dazu kommt, dass der Strom für das BEV schon ab PV/Windrad/… „gebrauchsfertig“ ist, für die anderen Antriebe aber erst mit aufwendiger Technik umgewandelt werden muss. Und dann muss Wasserstoff oder e-Fuel noch (z.B. aus Patagonien) über tausende Kilometer transportiert werden – sei es mit Schiff oder Pipeline.

Ich lebe in Småland, Schweden. Es gibt bereits eine Wasserstofftankstelle in Mariestad am See Vänern die erfolgreich, unter anderem für 5 Fahrzeuge der Kommune, grün produzierten Wasserstoff bereit stellt.

Geplant sind 26 solcher Anlagen in Schweden.
Hier in Ljungby, Småland ist eine Produktionsanlage für grünen Wasserstoff, betrieben mit Solar- und Windenergie, des Unternehmen Strandmøllan im Bau, und soll noch in diesem Jahr ihren Betrieb aufnehmen.
Ebenso geplant sind zwei Wasserstofftankanlagen in Ljungby (33km von meinem Wohnort entfernt) und in Markaryd (15km von mir entfernt).

Außerdem gibt es einen Zusammenschluß von Oslo, Norwegen über Göteborg und Malmö in Schweden, Kopenhagen, Dänemark bis nach Hamburg für eine Wirtschaftsregion die den Aufbau einer Infrastruktur und einem Netz von Wasserstofftankstellen plant.
Hier der Link: https://stringnetwork.org/

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