Expertenstreit: Ist Brennstoffzelle oder Akku klimafreundlicher?

Expertenstreit: Ist Brennstoffzelle oder Akku klimafreundlicher?

Ein Gutachten des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme sorgte für kurzem für Aufsehen: Denn die Experten sahen Elektroautos mit Wasserstoff als Energiespender in Sachen CO2-Ausstoß klar im Vorteil gegenüber solchen mit Lithiumionen-Batterie – zumindest auf der Langstrecke. Jetzt kritisiert ein niederländischer Forscher die Studie und spricht von einem „dreckigen Trick“.

E-Mobilität | Von Lothar Kuhn |

Politik und Industrie sollen auf Wasserstoff und die Brennstoffzelle setzen, um die CO2-Emissionen im Verkehr zu senken, sagen die einen. Wir müssen uns allein auf Elektroautos mit Akku konzentrieren, meinen andere – etwas Volkswagen-Chef Herbert Diess. Das Ganze ist alles andere als ein akademischer Streit: Es geht um Milliardeninvestitionen in neue Technik und Fabriken, um den Aufbau der richtigen Infrastruktur mit Wasserstofftankstellen oder Ladesäulen, die Art und Weise wie wir künftig unterwegs sind.

Im Kampf um die richtige Entscheidung, um Fördertöpfe in Berlin und Brüssel, um lukrative Aufträge und Marktanteile spielen Experten und Gutachter eine Schlüsselrolle. Mit ihren Studien und Analysen beeinflussen sie Politiker und Unternehmer. Liefern die Argumente für oder gegen Wasserstoff, für oder gegen den Akku.

So stieß vor kurzem eine Untersuchung des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) wenig verwunderlich schnell auf Kritik: Die Wissenschaftler um Christopher Hebling, Professor und Leiter des Bereichs Wasserstofftechnologien, kamen zu dem Ergebnis: Stromer mit Brennstoffzelle schneiden bei Fahrzeugen mit größerer Reichweite besser ab als solche mit Akku. Und das sogar ein Diesel bei einer Fahrleistung von bis zu 160.000 Kilometern ein Batterie-Auto schlägt, wenn es mit dem normalen Strommix aus dem Netz geladen wird. Lädt der Stromer dagegen reinen Solarstrom, hat der Verbrenner keine Chance (siehe Grafik unten).

Gefälligkeitsgutachten im Sinne des Auftraggebers?

Wichtiger Grund für dieses Ergebnis: Bei der Produktion von Akkus mit hoher Speicherkapazität erzeugen die Fabriken in Asien viel vom Treibhausgas CO2. Auch wenn dann der Batterie-Wagen im Alltag mit Ökostrom sehr klimafreundlich ist, kann er diesen Geburtsfehler nicht mehr wett machen, so die ISE-Forscher. Anders bei kleinen Stadtflitzen mit weniger als 300 Kilometer Reichweite und Akku mit maximal 50 Kilowattstunden Kapazität. Sie schneiden besser als vergleichbare Brennstoffzellen-Fahrzeuge ab, weil die Gewinnung des Wasserstoffs mit Grünstrom energieaufwändig ist.

Auftraggeber der ISE-Analyse ist H2 Mobility, das Unternehmen baut gerade in Deutschland ein Netz an Wasserstofftankstellen auf. Schnell kursierte daher in den Sozialen Medien der Vorwurf des Gefälligkeitsgutachten. Jetzt hat Auke Hoekstra, Wissenschaftler am Department of Mechanical Engineering der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden, nachgelegt, und wirft den Wissenschaftler sogar öffentlich einen „schmutzigen Trick“ und sechs Fehler vor.

Seine Hauptkritik: Im Idealszenario der Freiburger, bei dem nur Erneuerbare Energien zum Einsatz kommen, wird der Wasserstoff ausschließlich mit Windstrom produziert; das Akku-Autos tankt dagegen nur Solarstrom. Damit verglichen die Wissenschaftler Apfel mit Birnen meint Hoekstra, was es als „dirty trick“ bezeichnet. Denn Strom aus Windkraftanlagen ist mit 14 Gramm CO2 pro Kilowattstunde (g/kWh) klimafreundlicher als solcher aus Photovoltaikanlagen (48 g/kWh).

Die Annahmen geben den Ausschlag

Konfrontiert mit dem Vorwurf, erläutern Hebling und sein Koautor Christoph Hank gegenüber EDISON die Gründe für ihre Festlegung: Um Wasserstoff in großem Stil wirtschaftlich zu erzeugen, müssten große Elektrolyseure direkt neben Windparks errichtet werden. Mit deren Strom spalten die Anlagen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Umgekehrt sollten batterieelektrische Fahrzeuge grünen Strom laden, der möglichst nah an ihrem Einsatzort erzeugt wird. Und das sei nun einmal meist die Photovoltaikanlage auf dem Dach des Eigenheims und nicht ein Windrad.

Weiter hinterfragt Hoekstra die Annahme, dass das ISE-Team nur von einer Laufleistung der Fahrzeuge von 150.000 Kilometern ausgeht. Dabei würden doch Diesel 300.000 Kilometer weit kommen und Elektroautos sogar 600.000 Kilometer. Dazu gebe es zwar einzelne Berichte, aber keine belastbaren Untersuchungen im größeren Stil, kontern die Freiburger. Räumen aber ein, dass 200.000 Kilometer Laufleistung auch ein denkbarer Wert sei. Je länger die gefahrene Strecke ist, desto stärker fällt der geringere CO2-Fußabdruck der Akku-Autos im Alltagsbetrieb ins Gewicht.

Heiß diskutiert sind auch die Werte, wie viel Energie erforderlich ist, um eine Batterie zu fertigen, und wie hoch die Energiedichte der Zellen ist und damit der Materialeinsatz. Kritiker Hoekstra wirft dem ISE vor, veraltete Werte zu nutzen. Die von ihm genannten Daten seien zum Zeitpunkt der Analyse aber zum Teil noch gar nicht veröffentlicht gewesen, antworten Hebling und Hank. Sie hätten sich an den Angaben orientiert, wie sie für die Zellfertigung in Asien gelten. Von dort stammen heute die meisten Akkus.

Sicherlich würde der CO2-Rucksack der Akkus künftig kleiner werden, wenn etwa die Gigafactories von Tesla oder Northvolt wie angekündigt arbeiten würden, sagt Hebling. „Aber die Brennstoffzelle steckt auch noch ganz am Anfang ihrer Industrialisierung“, so der Wissenschaftler. Deren Platingehalt etwa werde voraussichtlich noch um die Hälfte sinken. Das Edelmetall zu gewinnen, erfordert ebenfalls viel Energie. Es hilft, Wasserstoffmoleküle zu spalten.

Schließlich hinterfragt Hoekstra noch die Annahmen zum Energiemix in der Studie. Die ISE-Leute haben die für Deutschland prognostizierten Verhältnisse zu Grunde gelegt. Der Niederländer verwendet diejenigen für ganz Europa.

Am Ende kommt der Eindhovener Wissenschaftler zu einem Ergebnis, bei dem das batterieelektrische Fahrzeug in Sachen Klimaschutz besser abschneidet (siehe Grafik unten). Die Freiburger wehren sich aber entschieden gegen den Vorwurf, Fehler gemacht zu haben. „Wir haben schlicht andere Annahmen getroffen“, erklärt Hebling, über die man verschiedener Ansicht sein könne.

Fruchtloser Streit der Experten?

Wer hat nun recht? Vermutlich keine Seite. Weil die Diskussion zeigt, dass selbst geringe Änderungen an den Ausgangsbedingungen sich massiv auf das Ergebnis auswirken. Was ein Indiz sein könnte, das die Prognosemodelle wenig präzise sind.

Zudem haben weder ISE noch Hoekstra wirklich alle Faktoren berücksichtigt. Was passiert mit Batterie und Brennstoffzelle nach ihrem Leben im Auto? Werden sie weiter genutzt, etwas als Energiespeicher bzw. -erzeuger im Eigenheim? „Beides ist ohne weiteres möglich“, sagt Hebling. Und dann sollten beide Systeme am Ende ihrer Lebenszeit idealerweise wiederverwertet werden. Was vermutlich bei der relativ einfach aufgebauten Brennstoffzelle leichter möglich ist als bei einem Lithiumionen-Akku, der aus einem komplexen Gemisch verschiedenster Stoffe besteht.

Und auch der Aufbau der Infrastruktur beeinflusst die Klimabilanz. Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind auf ein Netz an Wasserstofftankstellen angewiesen, Batterie-Stromer auf flächendeckend installierte Ladesäulen.

Ist der Streit der Gelehrten damit sinn- und zwecklos?

Keineswegs, weil die Diskussion klar macht: Batterie- und Brennstoffzellen-Fahrzeuge helfen nur dann, die Erderwärmung zu verlangsamen, wenn sie konsequent mit Erneuerbaren Energien produziert und betrieben werden.

Keine Verkehrswende ohne Energiewende.

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