Brennstoffzelle oder Batterie: Was hat die bessere CO2-Bilanz?

Die Forscher verglichen einen Brennstoffzellen-SUV (Hyundai Nexo) mit einem entsprechenden SUV mit rein batterieelektrischen Antrieb, und zwar einmal mit etwa 300 Kilometer Reichweite (60 kWh Akku) und einmal mit einer Reichweite von mehr als 400 Kilometer Reichweite (90 kWh). Berücksichtigt haben Sie dabei Herstellung, Betrieb und Entsorgung über eine Fahrleistung von 150.000 Kilometer.

Dabei bezogen die Experten die Bilanz einmal auf den Zeitraum 2020 bis 2030 und einmal auf die Spanne von 2030 bis 2040, um die abnehmenden Anteile energieintensiver Rohstoffe zur Herstellung einzuberechnen. Für beide Dekaden unterscheidet die Studie außerdem, welcher Strommix für Herstellung und Betrieb bzw. Wasserstofferzeugung maßgeblich ist: der aktuelle, einer, der zu 50 Prozent auf Strom aus regenerativen Quellen setzt und letztlich auf 100 Prozent aus regenerativen Quellen produzierten Strom.

In Summe zeigt sich, dass sowohl das E-Auto mit Batterie (BEV) als auch das Brennstoffzellen-Auto (FCEV) den Diesel irgendwann einholen. Beim BEV mit 90 kWh-Batterie dauert das aber wegen des großen CO2-Rucksacks der Batterieherstellung aber etwa 160.000 Kilometer (Zeitraum: 2020 bis 2030). Für eine schnelle CO2-Reduktion sind also schwere SUVs mit großen Batterien wie Audi E-Tron, Mercedes EQC und Co. nicht das Richtige. Sie geraten bei der CO2-Bilanz auch gegenüber Brennstoffzellen-Fahrzeugen ins Hintertreffen: Ihre höhere Effizienz im Betrieb reicht nicht, um den CO2-Rucksack aus der Produktion zu kompensieren. E-Autos mit kleineren Batterien und Reichweiten (50 kWh und kleiner bzw. ca. 250 Kilometer Reichweite und weniger) sind allerdings CO2-günstiger als Brennstoffzellen-Autos.

Die Ergebnisse im Einzelnen:

• Bei der Herstellung der Fahrzeuge haben die Forscher folgendes errechnet: Die Treibhausgas (THG)-Emissionen sind beim Brennstoffzellenfahrzeug geringer als bei den Batteriefahrzeugen der Untersuchung (60 kWh und 90 kWh Batteriekapazität).
• Die entscheidende Faktoren beim Batteriefahrzeug sind die Zellfertigung und der THG-Footprint des Stroms zum Betrieb. Beim Brennstoffzellenfahrzeug spielen der Platinanteil und der Wasserstofftank die größte Rolle
• In der Gesamtbetrachtung ergibt sich für den Zeitraum 2020-2030: Das Brennstoffzellen-Auto hat THG-Emissionsvorteile – die höhere Effizienz des Batteriefahrzeugbetriebs kompensiert den THG-Nachteil aus dessen Herstellung nicht.
• Die Herstellung von Wasserstoff mittels Windstrom ist der Pfad mit den geringsten Emissionen.
• Für den Zeitraum 2030-2040 hat das Brennstoffzellen-Auto bei vergleichbarer Reichweite THG-Emissionsvorteile, wenn beide Fahrzeuge erneuerbaren Strom nutzen.
• Batteriefahrzeuge mit geringerer Batteriekapazität/Reichweite (ca. < 50 kWh/250 km) haben allerdings THG-Emissionsvorteile gegenüber Brennstoffzellenfahrzeugen.
  © Fraunhofer ISE

  Das E-Auto ist nur besser bei der CO2-Bilanz, wenn die Batterie nicht zu groß ist; NG bedeutet NAtural Gas und heißt, dass der Wasserstoff aus Erdgas gewonnen wird.

Einschränkend geben die Forscher folgendes zu bedenken: Verbesserungspotential bei der Herstellung von Platin, Aluminium, etc., neuartige Tankkonzepte für Wasserstoff, Umweltwirkungen bei der Errichtung der Mobilitätsinfrastruktur, Second-Life-Aspekte für Batterie und Brennstoffzelle wurden nicht berücksichtigt. Sie sprechen sich zudem dafür aus, neben THG-Emissionen weitere Aspekte wie Flächen- und Wasserverbrauch zu betrachten. Sowie andere alternative Antriebsformen wie Plugin-Hybride und synthetische Kraftstoffe.

Die Studie des Fraunhofer-Instituts bestätigt andere Untersuchungen: Je größer Batterie und Reichweite von E-Autos, desto ungünstiger ihre CO2-Bilanz. Für große Reichweiten ist das Brennstoffzellenauto CO2-sparsamer, selbst der Diesel ist erst nach langer Fahrstrecke schlechter. E-Autos mit Batterien kleiner als etwa 50 kWh haben hingegen eine bessere CO2-Bilanz als Wasserstoffautos und selbst mit dem aktuellen Strommix nach 200.000 Kilometern nur etwa ein Drittel des CO2-Äquivalent eines Diesels emittiert.

Keine Aussage trifft die Studie über die Kombination der Technologien in Brennstoffzellen-Plugin-Hybriden, die kurze Strecken batterieelektrisch mit vergleichsweise kleinen Akkus zurücklegen könnten und für weitere Strecken ihre Brennstoffzelle verwenden. Ihr CO2-Rucksack wäre gegenüber einem herkömmlichen Brennstoffzellen-Auto größer, weil die kapazitätsstärkere Batterie (mehr als 20 kWh) bei der Produktion mehr CO2 emittieren würde. Die Batterie des für die Studie zu Grunde gelegten Hyundai Nexo hat hingegen nur 1,5 kWh.

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