HZwei-Blog

Betankung mit Wasserstoff versus elektrisches Laden

Untersuchte Versorgungsinfrastrukturen, Quelle: © H2 MOBILITY / FZ Jülich

Elektrische Antriebe sind der Schlüssel zu einem klimafreundlichen Verkehr, basierend auf erneuerbaren Energien. Die lokale Emissionsfreiheit des Verkehrs ist eine weitere wichtige Voraussetzung, um zukünftig die Lebensqualität vor allem in Ballungszentren erheblich zu verbessern. Sowohl Batterie- als auch Brennstoffzellenfahrzeuge erfüllen diese wichtigen Kriterien. Für beide Technologiepfade sind jedoch neue Infrastrukturkonzepte notwendig.

Die vom Forschungszentrum Jülich durchgeführte Studie umfasst eine detaillierte Auslegung und Untersuchung der notwendigen Infrastrukturen für unterschiedliche Marktdurchdringungen von batterieelektrischen Fahrzeugen sowie von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen in Deutschland. Sie beantwortet die Frage, wie hoch die Investitionen, Kosten, Wirkungsgrade und Emissionen der jeweiligen Infrastrukturen zur Versorgung von einigen Hunderttausend bis hin zu mehreren Millionen Fahrzeugen mit Strom oder Wasserstoff sind.

Aktuell stehen beide Technologien noch am Anfang ihrer Marktentwicklung. Die Auslegung sowie die Anpassung der benötigten Infrastruktur an die jeweilige Marktdurchdringung der Fahrzeuge ist bislang unklar. Weiterhin müssten die Infrastrukturen auch Optionen zur Integration von Stromüberschüssen bieten, welche zukünftig in von erneuerbaren Energien dominierten Energiesystemen entstehen werden.

Die Studie beinhaltet neben der detaillierten Auslegung der Infrastrukturen auch die Offenlegung der getroffenen Annahmen. Hierdurch wird eine transparente Grundlage geschaffen, die im weiteren Werdegang anhand neuer Erfahrungswerte angepasst werden kann und eine faktenbasierte Diskussion ermöglicht.

Ergebnisse

Die Szenarioanalysen zeigen, dass die Investitionen in den Infrastrukturausbau für beide Technologiepfade bei geringen Beständen bis hin zu einigen Hunderttausend Fahrzeugen nahezu gleich sind. Zunächst würde dabei in der Übergangsphase eine Umstellung der Wasserstofferzeugung auf die ausschließliche Nutzung von regenerativem Überschussstrom erfolgen, welche durch den Bau von saisonalen Wasserstoffspeichern zur Überbrückung von 60 Tagen flankiert würde. Dieses Konzept ermöglicht die Versorgung mit grünem Wasserstoff. In der Anfangsphase wären hierfür allerdings höhere Investitionen erforderlich als bei der Ladeinfrastruktur.

Für das Laden der Batteriefahrzeuge ist in der Studie keine saisonale Speicherung in der Stromversorgung berücksichtigt, die für eine sichere Versorgung mit 100 % erneuerbarem Strom notwendig wäre. Vergleicht man nun die kumulierten Investitionen beider Konzepte für eine hohe Marktdurchdringung von 20 Mio. Fahrzeugen, liegen die Investitionen für eine Ladeinfrastruktur mit rund 51 Mrd. € deutlich höher im Vergleich zur Wasserstoffinfrastruktur (rund 40 Mrd. €, s. Abb. 2).

Die resultierenden kilometerspezifischen Kosten sind bei hohen Marktdurchdringungen für beide Versorgungskonzepte annähernd gleich. Sie liegen im Durchschnitt bei 4,5 Eurocent pro Kilometer für das elektrische Laden und bei 4,6 Cent/km für Wasserstoff. Da die elektrische Erzeugung (Elektrolyse) und Speicherung des Wasserstoffs die Nutzung von sonst nicht nutzbarem erneuerbarem Strom direkt vor Ort ermöglicht, wird die geringere energetische Effizienz des Wasserstoffpfades annähernd durch die niedrigeren Kosten des Überschussstrombezugs ausgeglichen.

Für das Szenario mit 20 Millionen Brennstoffzellenfahrzeugen werden 87 TWh Überschussstrom für die Elektrolyse und zusätzlich 6 TWh Strom aus dem Netz (Transport und Verteilung des Wasserstoffs) benötigt. Das Laden von 20 Millionen Batteriefahrzeugen erfordert 46 TWh Strombezug aus dem Verteilnetz. Die Effizienz der Ladeinfrastruktur und der Fahrzeuge ist höher, aber die Flexibilität der Stromnachfrage ist auf kürzere Zeiträume begrenzt. Die Überschussstrommenge im unterstellten Energieversorgungsszenario mit hohen erneuerbaren Anteilen übersteigt daher den Bedarf zur Versorgung von 20 Millionen Fahrzeugen in beiden Infrastrukturpfaden um den Faktor drei bis sechs.

Download: http://hdl.handle.net/2128/16709

Autoren: Dr.-Ing. Martin Robinius, Prof. Dr.- Ing. Detlef Stolten, beide vom Forschungszentrum Jülich, Institut für Energie- und Klimaforschung

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