KLIMA-FRAGE #6

Sind Wasserstoff oder E-Fuels für Fahrzeuge ein besserer Antrieb als ein batterieelektrischer Antrieb?

Pate der Frage: Prof. Dr. Harald Krause, Technische Hochschule Rosenheim

Vorab ist zu erwähnen, dass es sich auch bei Fahrzeugen mit Wasserstoff als Energieträger meist um Elektromobile handelt.
Mit Wasserstoff wird über eine Brennstoffzelle Strom für einen Elektromotor erzeugt. Das Wasserstofftank ersetzt also die Akkus. Daneben gab es auch Versuche, Wasserstoff in Verbrennungsmotoren einzusetzen, was aber aufgrund des niedrigen Gesamtwirkungsgrades nicht sinnvoll erscheint.

Der Gesamtwirkungsgrad von der Herstellung des Stroms bis zum Antrieb liegt bei Brennstoffzellenfahrzeugen bei etwa 27 bis 31 %. Das liegt an den hohen Verlusten bei der Erzeugung (Elektrolyse), Speicherung und Wiederverstromung in der Brennstoffzelle. Dieser ist deutlich niedriger als bei batterieelektrischen Fahrzeugen mit einem Gesamtwirkungsgrad (Netz-, Speicherverluste und Wirkungsgrad Elektromotor sinsd berücksichtigt) von etwa 64%. Da der Wirkungsgrad eines Benzinmotors bei gut 20 Prozent liegt (ist also eigentlich eine Heizung mit 80% Wirkungsgrad), ist das Elektroauto somit etwa dreimal so effizient (vgl. Liesenkötter 2019 und Faktencheck BMU 2018, Seite 10). In eine Lebenszyklusanalyse müssen auch noch der Energieaufwand für die Herstellung der Fahrzeuge und sonstige Umweltschäden einbezogen werden. Aber auch in diesen Betrachtungen schneiden die batterieelektrischen Fahrzeuge trotz des hohen Aufwands für die Batterieherstellung bereits heute besser ab.

Für sonstige alternative Kraftstoffe gilt im Prinzip das Gleiche. Diese werden entweder aus biologischen Prozessen direkt erzeugt oder aus grünem Wasserstoff synthetisiert. Diese Prozessketten sind grundsätzlich mit hohen Verlusten beaufschlagt.

Im Vergleich zur Nutzung von grünem Wasserstoff im Verkehr ist die direkte Nutzung von erneuerbarem Strom in batterieelektrischen Fahrzeugen somit nicht nur energieeffizienter, sondern auch kostengünstiger und klimafreundlicher. Im Straßenverkehr ist die Nutzung von grünem Wasserstoff sogar die volkswirtschaftlich teuerste Option aller postfossilen Antriebe und Kraftstoffe, die langfristig einen treibhausgasneutralen Verkehr ermöglichen. Wasserstoff im Verkehr sollte daher, wenn überhaupt nur in den Bereichen eingesetzt werden, in denen eine direkte Nutzung von erneuerbarem Strom nicht möglich ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein hoher Energiebedarf oder große Reichweiten erforderlich sind, wie beispielsweise im Seeverkehr, im internationalen Flugverkehr oder unter bestimmten Umständen im Straßengüterfernverkehr (vgl. Umweltbundesamt, FAQs zu Wasserstoff im Verkehr 2021, Frage 1).

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass derzeit im PKW-Bereich batterieelektrische Fahrzeuge und bei Lasttransporten auf langen Strecken Wasserstoffantriebe (höhere Reichweite, geringeres Gewicht) deutliche Vorteile haben.

Nähere Informationen finden Sie unter:
https://www.umweltbundesamt.de/themen/verkehr-laerm/kraftstoffe/wasserstoff-im-verkehr-haeufig-gestellte-fragen
https://www.rosolar.de/elektromobilitaet/
https://www.bmuv.de/en/publication/elektromobilitaet-was-bringt-sie-mir/
https://www.agora-verkehrswende.de/12-thesen/elektromobilitaet-ist-der-schluessel-der-energiewende-im-verkehr/


Literaturverzeichnis:

Umweltbundesamt: Wasserstoff im Verkehr – Häufig gestellte Fragen (FAQs), Juni 2021.

Prof. Liesenkötter/rosolar: Wirkungsgrade von Fahrzeugen im Vergleich, 2019.

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU): Faktencheck zu „Elektromobilität – was bringt sie mir?“, März 2019.

Agora Verkehrswende: These 06 – Elektromobilität ist der Schlüssel der Energiewende im Verkehr:
https://www.agora-verkehrswende.de/12-thesen/elektromobilitaet-ist-der-schluessel-der-energiewende-im-verkehr/