Verkehr der Zukunft Welcher Antrieb ist der beste? Es ist eine aufgeladene Debatte: Sind reine Ele
Verkehr der Zukunft Welcher Antrieb ist der beste?
Es ist eine aufgeladene Debatte: Sind reine Elektroautos tatsächlich die bessere Lösung als Fahrzeuge mit Brennstoffzelle und Wasserstoff-Antrieb? Die Fakten sprechen für sich.
Von Werner Eckert, SWR
Bei der Diskussion über die Zukunft des Autos, über Antriebe und Brennstoffe geht es bisweilen hoch her. Die einen werfen der Regierung vor, einseitig Elektroautos zu fördern; die anderen wettern gegen zu viel Aufmerksamkeit für Wasserstoff. Wirtschafts- und Interessenverbände befeuern die Debatte.
Bislang kein Klima-Beitrag des Verkehrs
Fest steht: Einfach weiter Benziner und Diesel herzustellen und zu fahren, ist keine Option. Das liegt zum einen an den internationalen Klimaschutzverpflichtungen, die Deutschland eingegangen ist. Zum anderen will die deutsche Autoindustrie auch in einem Jahrzehnt noch Autos verkaufen, während immer mehr Staaten aus Klimaschutzgründen Verbote für Verbrennungsfahrzeuge erwägen.
Der Verkehr hat in Deutschland in den vergangenen 30 Jahren keinerlei Beitrag zum Klimaschutz geleistet. Er verursacht 20 Prozent der CO2-Emissionen, und ohne klimaneutrale Lösungen wird sich der Gesamtausstoß in absoluten Zahlen weiter erhöhen.
Was verbraucht wie viel Energie?
Das effizienteste System für den privaten Individualverkehr - also für den Pkw - ist rein technisch betrachtet das E-Auto mit Akku. Es setzt die Energie aus einer Kilowattstunde Strom am besten um. Eine Kilowattstunde Strom kommt zu 70 bis 80 Prozent als Antriebsleistung auf die Straße.
Bei dem Umweg über Wasserstoff und die Brennstoffzelle wird doppelt bis dreimal so viel Strom gebraucht, um die gleiche Strecke zurückzulegen. Denn der Wasserstoff ist kein natürlich vorkommender Rohstoff. Er muss mit hohem Energieaufwand hergestellt werden, in der Regel durch Elektrolyse aus Wasser.
Vier- bis fünfmal so viel Strom braucht man, wenn man aus diesem Wasserstoff einen künstlichen Sprit aufbauen will, um damit einen klassischen Verbrennungsmotor anzutreiben. Der hat nämlich einen sehr viel schlechteren Wirkungsgrad als ein Elektromotor. Wasserstoff- und Elektroauto sind indes kein Widerspruch, denn auch das Wasserstoffauto ist ein Elektroauto. Der Unterschied besteht in der Energiespeicherung: Im einen Fall ist es die Batterie, im anderen der Wasserstoff.
Ökologische Kosten der Batterie-Produktion
Die Batterien sind die ökologische Achillesferse des E-Autos - und das nicht nur aufgrund des Einsatzes von Kobalt und Lithium, die für die Produktion benötigt werden. Das Institut für Energie- und Umweltforschung IFEU in Heidelberg gibt an, dass in einer Batterie allein durch die Herstellung bereits etwa fünf bis neun Tonnen Kohlendioxid-Äquivalent stecken, bevor überhaupt der erste Kilometer gefahren ist. Allerdings hat auch das Wasserstoff-Fahrzeug eine Grundlast von etwa fünf Tonnen - wegen der Brennstoffzelle, des aufwändigen Wasserstofftanks und der dort ebenfalls vorhandenen, wenn auch kleineren Batterie.
Entgegen älteren Studien ist das E-Auto schon beim aktuellen Energiemix im deutschen Stromnetz auch unter Klimagesichtspunkten die mit Abstand effizienteste Lösung - und diese Zahlen werden sich wegen der rapiden Entwicklung bei den Batterien und dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien im Strommix deutlich weiter zugunsten des Elektroantriebs verschieben.
Woher kommt die Energie?
Nur "grüne" Energie, also Strom aus CO2-neutralen Quellen, hilft gegen den Klimawandel. Das ist im Zweifel Wind- oder Solarstrom, denn die Menge an Wasserkraft und Biogas ist nachhaltig kaum steigerbar. Wenn man zehn Millionen Autos in Deutschland batterieelektrisch fahren lassen will, sind dafür rund fünf Prozent mehr Strom erforderlich als heute; bei Wasserstoff und Brennstoffzelle sind es etwa 15 bis 20 Prozent.
Ein Vorteil von Wasserstoff ist aber, dass er international über weitere Distanzen gehandelt werden kann, per Schiff oder Pipeline. Damit kann Solar- oder Windstrom aus Südamerika, von der arabischen Halbinsel oder aus Nordafrika zur Hydrolyse genutzt werden. Allerdings muss sichergestellt werden, dass es genügend Energie für die Versorgung der Bevölkerung mit sauberer Energie und Wasser gibt. Auch hier muss der Wasserstoff "grün" sein, um wirklich die Klimabilanz zu verbessern.
Und was ist mit Biosprit?
Tatsächlich sind aktuell schon etwa sechs Prozent dessen, was an Kraftstoff auf der Straße verfahren wird, "Biosprit": Im Benzin sind bis zu fünf Prozent Ethanol und im Diesel bis zu sieben Prozent chemisch behandeltes Pflanzenöl. Die Frage ist, wie viel davon nachhaltig produziert werden kann; denn grundsätzlich verdrängt der Anbau von Energiepflanzen immer Nahrungsmittelpflanzen. Deshalb ist dieser Weg nur begrenzt gangbar. Er führt zu Urwaldabholzung und anderen Umweltproblemen.
Anders sieht das bei Reststoffen wie Abfallholz und Stroh aus. Allerdings sehen selbst die Vertreter der Biosprit-Branche dort nur begrenzte Möglichkeiten: Theoretisch ergäbe sich daraus Sprit für maximal 20 Prozent der Pkw in Deutschland. Hinzu kommt, dass eine Nutzung von Bio-Treibstoffen aus Pflanzenresten zwar durchaus die Klimabilanz der vorhandenen Benzin- und Dieselautos schnell verbessern könnten. Doch führt das möglicherweise auch dazu, dass umfassende Lösungen lange hinausgezögert werden.
Wird der Markt es regeln?
Einen "freien Markt" wie aus dem Lehrbuch gibt es bei Energiethemen selten. Der Grund: Staaten schaffen frühzeitig Fakten und stellen Weichen in die eine oder andere Richtung, indem sie sich für Investitionen in eine bestimmte Infrastruktur entscheiden und entsprechende Branchen subventionieren.
Wenn beispielsweise bei Lastwagen statt Oberleitungssystemen an den Autobahnen mit staatlicher Förderung ein Netz von Wasserstofftankstellen aufgebaut wird, dann könnte das auch die Systementscheidung für Pkw beeinflussen. Allerdings stellt die Politik derzeit mithilfe mehrerer Maßnahmen die Weichen für eine Antriebswende hin zur E-Mobilität im Individualverkehr - zum Beispiel mit der Förderprämie für E-Autos oder dem Ausbau des Schnellladenetzes.
Derzeit ist es deutlich teurer, ein Wasserstoff-Auto zu fahren als ein Elektroauto - und zwar sowohl das Fahrzeug selbst, als auch beim Energieverbrauch. Wie sich dies weiter entwickeln wird, hängt jedoch stark von politischen Entscheidungen ab.
Der Branchenverband Hydrogen Council rechnet damit, dass Wasserstofftankstellen noch in diesem Jahrzehnt billiger werden könnten als vergleichbare Strom-Ladekapazitäten. Dabei geht der Verband davon aus, dass die Autofahrer bereit sind, erheblich höhere Preise für Wasserstoff zu zahlen als die Industrie.
Die Energie-Expertin Claudia Kemfert vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) geht hingegen von Mehrkosten von 450 bis 500 Milliarden Euro bis zum Jahr 2050 aus, falls die Brennstoffzelle das vorherrschende Antriebssystem werden würde - eben wegen des erhöhten Energiebedarfs bei der Herstellung des Wasserstoffs, aber auch wegen der teureren Fahrzeuge.
Viele Energieformen sind nötig
In der Debatte über die Mobilität der Zukunft wird gelegentlich übersehen, dass Pkw bei der Energiewende nur ein Aspekt sind. Auch die Industrie, der Wohnungssektor und der Flugverkehr stehen in Konkurrenz um "saubere" Energie. Dabei ist die vorherrschende Meinung in der Wissenschaft, dass Reststoffe wie Stroh und Holz und grüner Wasserstoff in der Industrie dringender gebraucht werden als im privaten Verkehr. Die Stahlproduktion etwa kann nur auf diesem Wege klimaneutral werden. Flugzeuge und Schiffe werden entweder auf Wasserstoff setzen oder weiterhin flüssige Energieträger - also synthetisches Kerosin aus Wasserstoff oder aus Pflanzenölen und Zucker - brauchen. Dagegen kann der Privat-Pkw effizienter direkt mit Strom fahren.
Bei Lkw ist die Lage noch unübersichtlich. Nach einer Studie des Bundesverkehrsministeriums wären Oberleitungen entlang der Autobahnen die kostengünstigste Variante; es gibt einzelne Pilot-Strecken. Alternativ könnte aber hier auch die Brennstoffzelle und ein Netz von Wasserstofftankstellen eine adäquate Lösung sein. Die Entscheidung, in welches System Staat und Wirtschaft investieren wollen, steht noch aus.
Probleme durch Lärm und Feinstaub
Die Bundesregierung setzt bei der Verkehrswende sehr unterschiedliche Schwerpunkte. Sie unterstützt den Erwerb von E-Autos und beschleunigt den Ausbau der Ladeinfrastruktur, hat aber mit ihrer Wasserstoffstrategie auch die Erzeugung und Verwertung von H2 im Blick. Um beide Energieformen klimaneutral herstellen zu können, wird der Ausbau der Erneuerbaren Energien vorangetrieben.
Eine echte Verkehrswende bestünde allerdings nicht nur im Umstieg auf klimaneutrale Antriebsformen; lediglich ein Teil der ökologischen Probleme durch den Verkehr lassen sich dadurch lösen. Eine reine "Antriebswende" ändert nämlich wenig an Feinstaub-, Lärm- und Stauproblemen. Dazu müsste sich der Verkehrsträger-Mix verändern - hin zu Bus und Bahn - und das Verkehrsaufkommen insgesamt sinken.
Tagesschau 23.2.2021
Es ist eine aufgeladene Debatte: Sind reine Elektroautos tatsächlich die bessere Lösung als Fahrzeuge mit Brennstoffzelle und Wasserstoff-Antrieb? Die Fakten sprechen für sich.
Von Werner Eckert, SWR
Bei der Diskussion über die Zukunft des Autos, über Antriebe und Brennstoffe geht es bisweilen hoch her. Die einen werfen der Regierung vor, einseitig Elektroautos zu fördern; die anderen wettern gegen zu viel Aufmerksamkeit für Wasserstoff. Wirtschafts- und Interessenverbände befeuern die Debatte.
Bislang kein Klima-Beitrag des Verkehrs
Fest steht: Einfach weiter Benziner und Diesel herzustellen und zu fahren, ist keine Option. Das liegt zum einen an den internationalen Klimaschutzverpflichtungen, die Deutschland eingegangen ist. Zum anderen will die deutsche Autoindustrie auch in einem Jahrzehnt noch Autos verkaufen, während immer mehr Staaten aus Klimaschutzgründen Verbote für Verbrennungsfahrzeuge erwägen.
Der Verkehr hat in Deutschland in den vergangenen 30 Jahren keinerlei Beitrag zum Klimaschutz geleistet. Er verursacht 20 Prozent der CO2-Emissionen, und ohne klimaneutrale Lösungen wird sich der Gesamtausstoß in absoluten Zahlen weiter erhöhen.
Was verbraucht wie viel Energie?
Das effizienteste System für den privaten Individualverkehr - also für den Pkw - ist rein technisch betrachtet das E-Auto mit Akku. Es setzt die Energie aus einer Kilowattstunde Strom am besten um. Eine Kilowattstunde Strom kommt zu 70 bis 80 Prozent als Antriebsleistung auf die Straße.
Bei dem Umweg über Wasserstoff und die Brennstoffzelle wird doppelt bis dreimal so viel Strom gebraucht, um die gleiche Strecke zurückzulegen. Denn der Wasserstoff ist kein natürlich vorkommender Rohstoff. Er muss mit hohem Energieaufwand hergestellt werden, in der Regel durch Elektrolyse aus Wasser.
Vier- bis fünfmal so viel Strom braucht man, wenn man aus diesem Wasserstoff einen künstlichen Sprit aufbauen will, um damit einen klassischen Verbrennungsmotor anzutreiben. Der hat nämlich einen sehr viel schlechteren Wirkungsgrad als ein Elektromotor. Wasserstoff- und Elektroauto sind indes kein Widerspruch, denn auch das Wasserstoffauto ist ein Elektroauto. Der Unterschied besteht in der Energiespeicherung: Im einen Fall ist es die Batterie, im anderen der Wasserstoff.
Ökologische Kosten der Batterie-Produktion
Die Batterien sind die ökologische Achillesferse des E-Autos - und das nicht nur aufgrund des Einsatzes von Kobalt und Lithium, die für die Produktion benötigt werden. Das Institut für Energie- und Umweltforschung IFEU in Heidelberg gibt an, dass in einer Batterie allein durch die Herstellung bereits etwa fünf bis neun Tonnen Kohlendioxid-Äquivalent stecken, bevor überhaupt der erste Kilometer gefahren ist. Allerdings hat auch das Wasserstoff-Fahrzeug eine Grundlast von etwa fünf Tonnen - wegen der Brennstoffzelle, des aufwändigen Wasserstofftanks und der dort ebenfalls vorhandenen, wenn auch kleineren Batterie.
Entgegen älteren Studien ist das E-Auto schon beim aktuellen Energiemix im deutschen Stromnetz auch unter Klimagesichtspunkten die mit Abstand effizienteste Lösung - und diese Zahlen werden sich wegen der rapiden Entwicklung bei den Batterien und dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien im Strommix deutlich weiter zugunsten des Elektroantriebs verschieben.
Woher kommt die Energie?
Nur "grüne" Energie, also Strom aus CO2-neutralen Quellen, hilft gegen den Klimawandel. Das ist im Zweifel Wind- oder Solarstrom, denn die Menge an Wasserkraft und Biogas ist nachhaltig kaum steigerbar. Wenn man zehn Millionen Autos in Deutschland batterieelektrisch fahren lassen will, sind dafür rund fünf Prozent mehr Strom erforderlich als heute; bei Wasserstoff und Brennstoffzelle sind es etwa 15 bis 20 Prozent.
Ein Vorteil von Wasserstoff ist aber, dass er international über weitere Distanzen gehandelt werden kann, per Schiff oder Pipeline. Damit kann Solar- oder Windstrom aus Südamerika, von der arabischen Halbinsel oder aus Nordafrika zur Hydrolyse genutzt werden. Allerdings muss sichergestellt werden, dass es genügend Energie für die Versorgung der Bevölkerung mit sauberer Energie und Wasser gibt. Auch hier muss der Wasserstoff "grün" sein, um wirklich die Klimabilanz zu verbessern.
Und was ist mit Biosprit?
Tatsächlich sind aktuell schon etwa sechs Prozent dessen, was an Kraftstoff auf der Straße verfahren wird, "Biosprit": Im Benzin sind bis zu fünf Prozent Ethanol und im Diesel bis zu sieben Prozent chemisch behandeltes Pflanzenöl. Die Frage ist, wie viel davon nachhaltig produziert werden kann; denn grundsätzlich verdrängt der Anbau von Energiepflanzen immer Nahrungsmittelpflanzen. Deshalb ist dieser Weg nur begrenzt gangbar. Er führt zu Urwaldabholzung und anderen Umweltproblemen.
Anders sieht das bei Reststoffen wie Abfallholz und Stroh aus. Allerdings sehen selbst die Vertreter der Biosprit-Branche dort nur begrenzte Möglichkeiten: Theoretisch ergäbe sich daraus Sprit für maximal 20 Prozent der Pkw in Deutschland. Hinzu kommt, dass eine Nutzung von Bio-Treibstoffen aus Pflanzenresten zwar durchaus die Klimabilanz der vorhandenen Benzin- und Dieselautos schnell verbessern könnten. Doch führt das möglicherweise auch dazu, dass umfassende Lösungen lange hinausgezögert werden.
Wird der Markt es regeln?
Einen "freien Markt" wie aus dem Lehrbuch gibt es bei Energiethemen selten. Der Grund: Staaten schaffen frühzeitig Fakten und stellen Weichen in die eine oder andere Richtung, indem sie sich für Investitionen in eine bestimmte Infrastruktur entscheiden und entsprechende Branchen subventionieren.
Wenn beispielsweise bei Lastwagen statt Oberleitungssystemen an den Autobahnen mit staatlicher Förderung ein Netz von Wasserstofftankstellen aufgebaut wird, dann könnte das auch die Systementscheidung für Pkw beeinflussen. Allerdings stellt die Politik derzeit mithilfe mehrerer Maßnahmen die Weichen für eine Antriebswende hin zur E-Mobilität im Individualverkehr - zum Beispiel mit der Förderprämie für E-Autos oder dem Ausbau des Schnellladenetzes.
Derzeit ist es deutlich teurer, ein Wasserstoff-Auto zu fahren als ein Elektroauto - und zwar sowohl das Fahrzeug selbst, als auch beim Energieverbrauch. Wie sich dies weiter entwickeln wird, hängt jedoch stark von politischen Entscheidungen ab.
Der Branchenverband Hydrogen Council rechnet damit, dass Wasserstofftankstellen noch in diesem Jahrzehnt billiger werden könnten als vergleichbare Strom-Ladekapazitäten. Dabei geht der Verband davon aus, dass die Autofahrer bereit sind, erheblich höhere Preise für Wasserstoff zu zahlen als die Industrie.
Die Energie-Expertin Claudia Kemfert vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) geht hingegen von Mehrkosten von 450 bis 500 Milliarden Euro bis zum Jahr 2050 aus, falls die Brennstoffzelle das vorherrschende Antriebssystem werden würde - eben wegen des erhöhten Energiebedarfs bei der Herstellung des Wasserstoffs, aber auch wegen der teureren Fahrzeuge.
Viele Energieformen sind nötig
In der Debatte über die Mobilität der Zukunft wird gelegentlich übersehen, dass Pkw bei der Energiewende nur ein Aspekt sind. Auch die Industrie, der Wohnungssektor und der Flugverkehr stehen in Konkurrenz um "saubere" Energie. Dabei ist die vorherrschende Meinung in der Wissenschaft, dass Reststoffe wie Stroh und Holz und grüner Wasserstoff in der Industrie dringender gebraucht werden als im privaten Verkehr. Die Stahlproduktion etwa kann nur auf diesem Wege klimaneutral werden. Flugzeuge und Schiffe werden entweder auf Wasserstoff setzen oder weiterhin flüssige Energieträger - also synthetisches Kerosin aus Wasserstoff oder aus Pflanzenölen und Zucker - brauchen. Dagegen kann der Privat-Pkw effizienter direkt mit Strom fahren.
Bei Lkw ist die Lage noch unübersichtlich. Nach einer Studie des Bundesverkehrsministeriums wären Oberleitungen entlang der Autobahnen die kostengünstigste Variante; es gibt einzelne Pilot-Strecken. Alternativ könnte aber hier auch die Brennstoffzelle und ein Netz von Wasserstofftankstellen eine adäquate Lösung sein. Die Entscheidung, in welches System Staat und Wirtschaft investieren wollen, steht noch aus.
Probleme durch Lärm und Feinstaub
Die Bundesregierung setzt bei der Verkehrswende sehr unterschiedliche Schwerpunkte. Sie unterstützt den Erwerb von E-Autos und beschleunigt den Ausbau der Ladeinfrastruktur, hat aber mit ihrer Wasserstoffstrategie auch die Erzeugung und Verwertung von H2 im Blick. Um beide Energieformen klimaneutral herstellen zu können, wird der Ausbau der Erneuerbaren Energien vorangetrieben.
Eine echte Verkehrswende bestünde allerdings nicht nur im Umstieg auf klimaneutrale Antriebsformen; lediglich ein Teil der ökologischen Probleme durch den Verkehr lassen sich dadurch lösen. Eine reine "Antriebswende" ändert nämlich wenig an Feinstaub-, Lärm- und Stauproblemen. Dazu müsste sich der Verkehrsträger-Mix verändern - hin zu Bus und Bahn - und das Verkehrsaufkommen insgesamt sinken.
Tagesschau 23.2.2021