Batterie vs. Brennstoffzelle

Zweigleisig in die Zukunft

Zwei Technologien konkurrieren darum, den Verbrennungsmotor abzulösen. Eine vielbeachtete Studie kommt zu dem Schluss, dass beide gebraucht werden: Brennstoffzellenfahrzeuge für die Langstrecke, E-Autos für die City.

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    Mit Wasserstoff angetriebener Zug: Seit September 2018 verbindet das Alstom-Modell die Städte Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde und Buxtehude in Niedersachsen.

    Mit Wasserstoff angetriebener Zug: Seit September 2018 verbindet das Alstom-Modell die Städte Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde und Buxtehude in Niedersachsen.

    Von Denis Dilba

    Und vordergründig spricht ja auch einiges dafür: Das Stromnetz existiert bereits; man müsste bloß noch eine gewisse Zahl zusätzlicher Ladesäulen aufstellen, die mit Ökostrom versorgt werden, und schon stünde dem Durchbruch des reinen Elektroantriebs nichts mehr im Weg. Der hohe Wirkungsgrad ist ein weiteres Argument für diese Art der E-Mobilität – zusätzliche Umwandlungsschritte der Energie entfallen dabei.

    Ganz anders sieht das beim Konkurrenzsystem aus, bei Fahrzeugen mit Brennstoffzelle: Hier muss ein Großteil der Infrastruktur noch gebaut werden, Stand Ende September 2018 gibt es nur 51 Wasserstofftankstellen in Deutschland. Darüber hinaus würden auch sehr viele sogenannte Elektrolyseure gebraucht: Sie nutzen den Stromüberschuss, der an stürmischen Tagen in der Windenergie anfällt, um Wasser in umweltfreundlichen Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten.

    Das hört sich aufwendig und teuer an. Zumindest teurer als das Szenario für den reinen Elektroantrieb.

    Vorteil von Brennstoffzellen gegenüber Batterien: Die Infrastruktur ist günstiger

    Doch tatsächlich verhält es sich genau anders herum. Das haben die Wissenschaftler Martin Robinius und Detlef Stolten vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3) in einer vielbeachteten Studie herausgefunden.

    Institutsleiter Stolten bringt die zentrale Erkenntnis auf den Punkt: „Eine Wasserstoffinfrastruktur, mit der 20 Millionen Brennstoffzellenfahrzeuge versorgt werden können, ist mit Kosten von rund 40 Milliarden Euro etwas günstiger als der Ausbau einer Batterieinfrastruktur. Die kommt unserer Analyse nach auf einen finanziellen Aufwand von 51 Milliarden Euro.“

    Brennstoffzellenfahrzeuge an einer Wasserstofftankstelle in Sachsen: Bislang gibt es deutschlandweit erst 51 solcher Zapfstationen.

    Brennstoffzellenfahrzeuge an einer Wasserstofftankstelle in Sachsen: Bislang gibt es deutschlandweit erst 51 solcher Zapfstationen.

    Für 40 Millionen Autos – das ist ungefähr der gesamte Fahrzeugbestand in Deutschland – gehe die Schere sehr wahrscheinlich noch weiter auseinander, schätzt der Jülicher Experte. Diese Zahlen habe man aber nicht berechnet.

    Das überraschende Ergebnis erklären die Forscher vor allem damit, dass die Wasserstoffinfrastruktur semi-dezentral aufgebaut ist – die Ladeinfrastruktur für Elektroautos dagegen vollkommen dezentral.

    „Das heißt: Wasserstoff kann zu einem Knotenpunkt geliefert werden, also einer Tankstelle, von der aus sehr viele Brennstoffzellenfahrzeuge mit ihrem Kraftstoff versorgt werden können“, erklärt der Systemanalytiker und Brennstoffzellenexperte Stolten. Das Gas sei dort in nur drei Minuten im Tank, dann können die Wasserstoffautos einfach weiterfahren. „So wie wir das heute von unseren Verbrennern mit Benzin und Diesel gewohnt sind.“

    10.000 Wasserstofftankstellen könnten Treibstoff für Deutschlands Autos liefern

    Bei Elektroautos funktioniert das nicht. Abgesehen von den Schnellladesäulen, bei denen die Wartezeit für das Stromtanken in Zukunft rund zehn Minuten betragen soll, wird der Löwenanteil der Ladevorgänge mehrere Stunden dauern.

    Dazu – und das sei laut den Jülicher Forschern entscheidend – müssen für Elektroautos viel mehr Lademöglichkeiten aufgebaut werden. Der Mehraufwand werde anschaulich, wenn man die Wasserstoffinfrastruktur grob mit der heutigen dezentralen Erdgasinfrastruktur vergleicht.

    An dieses Netz ist knapp die Hälfte der deutschen Häuser angeschlossen. „Dafür werden rund 550.000 Kilometer Pipeline benötigt. Für 10.000 Wasserstofftankstellen, die im Jahr 2050 für eine Vollversorgung ausreichen, benötigen wir laut unseren Berechnungen nur rund 50.000 Kilometer Pipeline. Da liegt ein Faktor zehn dazwischen.“

    Tanklaster vor dem Energie-Park in Mainz: Die Power-to-Gas-Anlage wandelt Strom von Windrädern per Elektrolyse in Wasserstoff um.

    Tanklaster vor dem Energie-Park in Mainz: Die Power-to-Gas-Anlage wandelt Strom von Windrädern per Elektrolyse in Wasserstoff um.

    Nun brauche Strom keine Pipelines, sondern Leitungen. „Aber den grundlegenden Effekt des höheren Aufwands für die vielen verteilten Anschlüsse findet man auch in der Strominfrastruktur wieder“, erklärt Stolten.

    Brennstoffzellen für Langstrecken, Batterieautos für die Stadt

    Sollten wir nun also konsequent nur noch auf Wasserstoffautos setzen? Nein, sagen die beiden Forscher, letztendlich würden beide Infrastrukturen gebraucht. Nicht ein Entweder-oder, sondern nur ein Sowohl-als-auch mache eine deutliche Steigerung der Effizienz und die bessere Nutzung von erneuerbaren Energien über den gesamten Verkehrsbereich hinweg möglich.

    „Im Stadtverkehr auf Kurzstrecken und für mittlere Distanzen sind Elektroautos die sinnvollste Lösung“, sagt auch Stolten.  Werden die Fahrzeuge aber schwerer, die Strecken länger und die Geschwindigkeiten höher, blieben die Batterien aber auch in Zukunft zu groß und zu teuer, so der Experte weiter. „In einen Wasserstofftank passt zehnmal mehr Energie pro Volumen als in eine Batterie.“

    Für Brennstoffzellen-Lkw und Wasserstoff in Zügen auf nicht elektrifizierten Strecken sieht Stolten daher besonders großes Potenzial. Und auch in der Luftfahrtbranche werde Wasserstoff als Zwischenprodukt für die Produktion von umweltfreundlichen flüssigen Kraftstoffen benötigt.

    Ein weiteres entscheidendes Argument für den Wasserstoffpfad: Nur auf diese Weise kann Energie im volkswirtschaftlichen Maßstab über längere Zeiträume gespeichert werden, etwa in unterirdischen Salzkavernen. Das sei nötig, um genügend Stromreserven für mehrere Wochen andauernde Dunkelflauten zu haben, sagt Stolten.

    Windenergie könnte das Rückgrat der Verkehrswende werden

    Batteriespeicher, die so viel Energie enthalten, dass ganz Deutschland bei einer Dunkelflaute versorgt werden kann, wenn sich Wind und Sonne rarmachen, würden zu groß und teuer, so die Forscher. Stolten ist davon überzeugt, dass man sich die Ausgaben für die Wasserstoff- und die Elektroinfrastruktur auch leisten kann, wenn man will: „Die 91 Milliarden Euro für beide Infrastrukturen zusammen sind im Vergleich zu anderen Kosten im Energie- und Verkehrssektor vergleichsweise gering. Den ohnehin notwendigen Ausbau der Erneuerbaren in unserem Szenario kalkulieren wir beispielsweise mit 374 Milliarden Euro.“

    Insbesondere für die Windkraft, und hier vor allem im Offshore-Bereich, bedeutet das sehr gute Aussichten für die Zukunft, meint Stolten. Der Experte mahnt aber, die Bevölkerung noch mehr zu informieren und zu beteiligen: „Wir müssen weiter für den existenziellen Bedarf der Windkraft werben. Wenn die Bürger das verstehen, werden sie auch mehr Windräder akzeptieren.“

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