Batterie vs. Brennstoffzelle

Batterie vs. Brennstoffzelle

Die Zukunft der Mobilität scheint elektrisch. Doch welche Technologie macht das Rennen? Batterien müssen regelmäßig an die Ladesäule. Brennstoffzellen brauchen Wasserstoff von der Tankstelle. Jülicher Forscher haben in einer Studie die Kosten des Infrastrukturausbaus für beide Technologien berechnet. Ein Ergebnis: Ab mehreren Millionen Fahrzeugen ist der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur günstiger.

„Deutschland hat sich ambitionierte, aber notwendige Ziele beim Klimaschutz gesetzt“, sagt Martin Robinius vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3) und einer der Autoren der Studie. „Doch gerade im Verkehrssektor liegen wir noch weit hinter den angestrebten Reduktionen zurück.“ Der Übergang könne mit E-Fahrzeugen gelingen, die ihre Energie aus erneuerbaren Quellen beziehen.

Wenn die Windräder in Deutschlands Norden auf Hochtouren laufen, erzeugen sie viel überschüssigen Strom. Mit diesem Strom könnte man Fahrzeuge antreiben. Die Frage ist, in welcher Form die Energie gespeichert und transportiert werden soll: Batteriebetriebene Elektroautos oder mit Wasserstoff betankte Brennstoffzellenfahrzeuge.

Viele Experten favorisieren Batterie

Beide Technologien stehen derzeit noch am Anfang ihrer Marktentwicklung. Gerade deshalb sei es zentral, die Kosten der zukünftigen Infrastruktur frühzeitig abzuschätzen, um nicht in eine technologische Sackgasse zu geraten: „Setzen wir von Anfang an alles auf nur eine Karte, dürfte es schwierig werden, das System umzustellen, wenn sich die Rahmenbedingungen verändern“, argumentiert Martin Robinius.

Viele Experten favorisieren zurzeit die Batterie – denn das elektrische Netz existiert bereits. Es braucht lediglich mehr Ladesäulen. Außerdem überzeugt ein vollkommen elektrischer Prozess durch einen hohen Wirkungsgrad. Beim Wasserstoff müsste hingegen ein Großteil der Infrastruktur noch aufgebaut werden: Elektrolyseure, die den Strom aus Rekordzeiten der Windenergie nutzen, um Wasser zu spalten. Der entstehende Wasserstoff kann zunächst in unterirdischen Salzkavernen gelagert und dann beispielsweise über ein Pipelinesystem an die Tankstellen verteilt werden.

Die Experten haben beide Szenarien analysiert. Das Ergebnis: Die Rentabilität hängt davon ab, wie viele Fahrzeuge mit Batterie- oder Brennstoffzellenantrieb unterwegs sind. Bei geringen Beständen bis zu einigen Hunderttausend sind die Investitionen in den Infrastrukturausbau nahezu gleich. Der Wasserstoff würde bei diesen Zahlen von der Industrie aus konventionellen Quellen bereitgestellt.

Elektroautos langfristig nicht optimal

Dann dürfte eine Übergangsphase folgen, während der die Erzeugung und Speicherung von grünem Wasserstoff mit Hilfe von Überschussstrom ausgebaut wird. Die Kosten für die dafür notwendigen Elektrolyseure treiben den Preis für den Wasserstoff in die Höhe. Sie ermöglichen es zugleich, saisonale Überschüsse der erneuerbaren Energien in Form von Wasserstoff über längere Zeiten zu speichern – das ist mit der Batterietechnik allein so nicht möglich.

„Elektroautos mit Batterie stellen in dieser Phase den kostenoptimalen Pfad dar, langfristig sind sie aber nicht optimal“, erklärt Martin Robinius. „Ab mehreren Millionen Fahrzeugen beginnt sich das Verhältnis umzukehren.“ Die Studie aus Jülich betrachtet eine Marktdurchdringung von bis zu 20 Millionen Fahrzeugen – knapp die Hälfte des heutigen Bestands. Dann sind die Investitionen in eine Ladesäulen-Infrastruktur mit rund 51 Mrd. Euro höher im Vergleich zur Wasserstoff-Infrastruktur (40 Mrd. Euro). Die Mobilitätskosten hingegen unterscheiden sich in diesem Stadium kaum – sie liegen in beiden Fällen zwischen 4,5 und 4,6 Eurocent pro Kilometer.

Die Gesamtkosten seien in beiden Fällen deutlich geringer als Investitionen in anderen Infrastruktur-Bereichen. Die Studienautoren empfehlen daher, beide Pfade auszubauen. Institutsleiter Prof. Detlef Stolten erklärt: „Wir brauchen beide Infrastrukturen, und wir können sie uns auch leisten: Batterien und Wasserstoff schließen sich nicht gegenseitig aus. Und wir müssen so schnell wie möglich damit beginnen, sie beide aufzubauen. Darin liegt sicher auch eine große Chance für die Innovationsfreudigkeit in unserem Land der Ingenieure.“

Bild: Gesamtkosten für die Infrastruktur von batteriebetriebenen Fahrzeugen („battery-electric vehicles“, BEV) und Brennstoffzellen-Fahrzeugen („fuel cell electric vehicles“, FCEV) in Abhängigkeit vom Fahrzeugbestand („electric vehicles“, EVs) © H2 MOBILITY / Forschungszentrum Jülich, Robinius et al.