Wasserstoff versus Batterie

Prof. Volker Quaschning
Prof. Volker Quaschning

Prof. Volker Quaschning macht seit Monaten mit vielen öffentlichen Beiträgen auf die Klimaproblematik aufmerksam und unterstützt aktiv die Fridays-for-Future-Kids, indem er beispielsweise die Scientists-for-Future-Gruppe ins Leben gerufen und dadurch für eine wissenschaftliche Begleitung der Jugendbewegung gesorgt hat. Mitte August veröffentlichte er einen Faktencheck zu der Frage: Welches Auto hat die beste Klimabilanz?

In diesem Zusammenhang ging er auch der These nach, für den Klimaschutz sollten wir besser auf das Brennstoffzellenauto anstatt auf das Batterieauto setzen. Dazu schreibt er:

Hydrogenics

Für den Betrieb eines Brennstoffzellenautos muss erst einmal Wasserstoff hergestellt und auf hohen Druck gebracht werden. Im Auto selbst muss dieser dann mit Hilfe einer Brennstoffzelle zurückverstromt werden. Beides verursacht hohe Verluste, sodass ein Brennstoffzellenauto fast dreimal so viel Strom zum Herstellen des nötigen Wasserstoffs braucht wie ein Batterieauto zum Laden der Batterien. Wenn man also beide Fahrzeugvarianten vergleichen möchte, muss man beim Brennstoffzellenauto auch den Herstellungsaufwand für den Wasserstoff berücksichtigen. Dafür fällt der hohe Herstellungsenergieaufwand für die Batterie weg. Unterm Strich unterscheidet sich am Ende die Klimabilanz beider Fahrzeugvarianten kaum [Ste19].

Derzeit wird ein Großteil des Wasserstoffs in Deutschland aus Erdgas gewonnen. Vorteile für den Klimaschutz lassen sich damit nicht generieren. Wollten wir alle Autos durch Brennstoffzellenautos ersetzen und den Wasserstoff durch erneuerbare Energien in Deutschland gewinnen, müssten wir auch fast dreimal so viele Windkraft- und Solaranlagen aufstellen. Zumindest für das Aufstellen der nötigen Windkraftanlagen fehlen in Deutschland aber die dafür benötigten Standorte [Qua16]. Bei der Wasserstofflösung wären wir also auf den Import von regenerativem Wasserstoff angewiesen. Dies in den für den Klimaschutz erforderlichen Zeitfenstern zu realisieren, dürfte schwer werden. Außerdem wird die Wasserstofflösung wegen der hohen Verluste am Ende auch teurer sein als die Batterievariante.

Darum ist es sehr wahrscheinlich, dass die Wasserstofflösung vor allem bei Fahrzeugen mit hohen täglichen Fahrleistungen wie LKWs, Bussen oder Autos für extreme Vielfahrer zum Einsatz kommt. Das normale Auto für durchschnittliche Anwendungen wird künftig mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Batterieauto sein. Umweltnachteile gibt es dadurch nicht.

www.volker-quaschning.de/artikel/Fakten-Auto/


Autor: Prof. Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin

10 Gedanken zu “Wasserstoff versus Batterie

  1. In 2001 wollte Daimler die A-Klasse mit Brenndtoffzelle und Batterien bringen. Dann explodierte was bei BMW und es wurde sehr Still um den Wasserstoff. In 2002 schenkte DAIMLER die vom Steuerzahler finanzierten Brennstoffzellenbusse ohne Wartungs- und Service-Vertrag an verschiedene Städte und feuerte die Entwickler und Monteure. Die Busse standen rum und landeten im Museum oder der Schrottpresse. Wohin mit dem vielen Platin aus Katalysatoren. Soviel Ohrringe und Uhren kann keiner brauchen. Also rein in die Brennstoffzellen. Luftmassenmesser und elektrische Turbolader gleich mit, die im Verbrenner nicht mehr gebraucht werden. So kann die Zulieferwirtschaft weiter Ihre Technik verkaufen, welche in keinem Elektroauto benötigt wird. Schlussendlich macht die Brennstoffzellen keinen Antrieb, sondern nur die Energieversorgung. Einen Elektrischen Speicher (oft Li-Ionen-Batterie, Supercaps gibt es von Maxwell, Dir hat ja Tesla einverleibt) wird neben dem Wasserstoff auch noch benötigt. Sind also neben dem DC/DC Wandler fürs laden der erforderlichen Li-Ionen Batterie einfach mehr Komponenten, die entwickelt und gewartet werden müssen. Achja die Autowerkstätten werden umgeschult Brennstoffzelle und Drucktanks zu warten, prüfen und zu tauchen wie die heutigen Verbrenner, da die Lebensdauer nicht so lange ist. Welcher Michel dass schlussendlich bezahlen soll ist klar.

    Mindestens 10-100x mehr Investitionen fließen derzeit in die Batterie-Fertigung und Entwicklung, als in die Brennstoffzellen und den Wasserstoff. In weiteren 20 Jahren können wir nochmal darüber sprechen, dann zeigt sich wer das Rennen gemacht hat.

    Eine Kiste mit explosivem, brennbarem Gemisch im Blech-oder Kunststoff-Tank, eine mit Drucktanks und Li-Ionen-Batterie oder der reine Batterie-elektrische Einsatz.

    Es wird sich meiner Einschätzung wie mit den Fahrrädern geschehen, das Elektrorad und nicht der schwere klobige Elektro-Roller als Massentransportmittel in Europa, Asien und durchsetzen.

    Somit bleibt zu sagen, im Kfz-Bereich wird sich bei fairen Randbedingungen der Batterie-elektrische Speicher und Antrieb klar durchsetzen.

  2. Derzeit entsteht in der ASEAN-Region wohl der größte Freihandelsraum auf diesem Planeten und ich bin immer wieder verwundert darüber, dass dies in vielen Berichten zum Thema Wasserstoffgesellschaft nicht thematisiert wird.

    Derzeit haben mit Hyundai und Toyota zwei der größten Industriekonzerne, sowie Japan und Südkorea auch politisch ganz klare Ambitionen was Wasserstoff angeht. Bereits jetzt könnte man sich vermutlich die H2-PV-Anlage für die Toyota-Gabelstapler in den Keller stellen und jeden Tag ca. 9 kg Wasserstoff erzeugen. Das reicht für 2x volltanken eines Mirai oder ca. 1.000 bis 1.200 km Reichweite.

    Ich sehe in Deutschland vielmehr das Problem, dass wir nicht groß genug denken oder vernetzt genug. Man könnte problemlos die Nordsee-Windräder Wasserstoff aus dem umliegenden Meer erzeugen lassen und auf entsprechenden Stationen in LOHC umwandeln. Das ist nicht brennbar und kann problemlos durch bestehende Gasleitungen gepumpt werden oder per Brennstoffzellen-Schiff bzw. LKW transportiert werden. Da würden z. T. die Verluste gar nicht so viel ausmachen und wenn man die Sektoren bzw. Gebäude und industrielle Anwender intelligent koppelt, wäre das vermutlich auch alles machbar.

    Einzig, es fehlt in meinen Augen der politische Wille dazu, da man es sich wegen der engstirnig gesehenen Wählerstimmen nicht mit dem Bürger verscherzen will oder sich nicht wirklich gegen die Lobbyisten im Bundestag durchsetzen mag. Man kann dies prima an den mangelnden Transpararenzregistern erkennen oder der ewigen Ausflüchte, man bräuchte Heerscharen an Beratern in den Gremien, weil man den Kontakt zur Wirtschaft benötige. Merkwürdig ist nur, wir haben massivste Investitionsstaus in Bildung, Infrastruktur und beim Militär/Bundeswehr/Polizei/Gesundheitswesen, etc. p.p. Nur die Gewinne, Abschreibungen und Vererbungen bei Unternehmen bleiben seit Jahrzehnten faktisch unangetastet, da der Bürger mit zig Umlagen alles finanzieren soll.

    Also, erfreuen wir uns doch einfach an der freien deutschen Autobahn und prügeln dort mit 200 km/h in den Sonnenuntergang. Unsere Kindeskinder werden es uns noch zynisch danken und lernen am besten schon mal die Sprachen der ASEAN-Region – dort, wo man ggf. gerade einfach, weiter, denkt, als hierzulande in Good Old Germany. 😉

  3. Was wir dringend benötigen für den Ausbau der E-Mobilität, wenn wir die alternativen Energien, Sonne, Wind, Wasserkraft weiter ausbauen, sind Stromspeicher. Gab es da nicht ein Leuchturmprojekt von der EU für Graphen Vorschung mit 1 Milliarde Fördergeld?
    Wo ist das Geld? Und wo wird geforscht?
    Denkt man doch mit phisikalischen Stromspeichern kann man zwischen 2 dimensionalen Graphenschichten die Elektronen direkt einlagern das bei jeder Temperatur sehr schnell und millionenfach mal fast verlustfrei möglich. Auch könnten diese Stoffe als Stromleiter bei Zimmertemperatur Supraleitung erreichen. So müsste die Stromleitung vom Norden nach Süden ausgeführt werden.
    Schon vor 8 Jahren habe ich unter Youtube unter „physikalische Stromspeicher“ eine Anlage mit der Vorstufe von Graphenschichten den SuperCups vorgestellt.

  4. Beide Verfahren werden wir wohl benötigen. Aber warum stecken wir 500 Millionen EUR in die Batterieforschung? wo sie doch in Asien 30 Jahre Vorsprung haben?
    Wäre es nicht viel besser das in die Entwicklung von synthetischen Kraftstoffen zu investieren? mit denen auch CO2 aus der Luft gezogen wird!
    Dieser Kraftstoff wird aus CO2 aus der Luft und mit Ökostrom erzeugt.
    Leider nur eine kleine Anlage im KIT in Karlsruhe 10 Liter / Tag und in Island 200 Liter / Tag.
    Aber in Norwegen geplant eine Anlage mit 25 000 Liter / Tag.
    Immer wird behauptet CO2 ist für die Klimakatastrophe verantwortlich. Warum holen wir es dann nicht mit moderner Technik aus der Luft? und für synthetischen Kraftstoffe steht das ganze Versorgungssystem fertig da.
    Aber unsere Lobbyisten und unsere Regirung wollen lieber 1 Million neue
    E-Ladestadionen bauen?

  5. Ich sehe ein wachsendes Problem darin, dass in vielen Köpfen die Erwartung entsteht, da kommen bald viele, preisgünstige „Wasserstoffautos“, und so lange wollen sie ihren Verbrenner weiter fahren. Das hemmt sehr stark den Umstieg auf E-Mobilität in Deutschland.
    Ohne Zweifel werden wir Wasserstoff brauchen, wenn nach dem nötigen Ausbau von Sonnen- und Windkraft Stromangebot und Stromnachfrage immer weiter auseinander laufen und wir Speicher im großen Umfang brauchen. Dort, und in seiner Rückverstromung sehe ich einen vernünftigen Einsatz von Wasserstoff.
    Nicht aber in einem Einsatz in Pkw. Das Model 3 von Tesla fährt real gute 400 – 500 km, lädt am Supercharger in 20 Minuten wieder auf und kostet 45.000 bis 55.000 €. Es ist damit 20.000 € billiger als ein Hyundai Nexo und 30.000 € billiger als ein Toyota Mirai, und leistungsstärker allemal.
    Batterieelektrische Autos (BEV) kosten nicht nur weniger, sowohl in Anschaffung, als auch im Betrieb, sie sind auch viel einfacher aufgebaut als Brennstoffzellenautos (FCEV). Die Entscheidung ist doch längst gefallen: 200.000 BEV in Deutschland und einige hundert (FCEV), fast alle von Lobby-Verbänden und Händlern zugelassen. Schenkt den Umstiegswilligen reinen Wein ein, und sagt ihnen, dass es keine kleinen, billigen Wasserstoffautos geben wird.

    • Toyota hat schon angekündigt, dass Wasserstoffautos in der nächsten Generation soviel kosten werden, wie ein Hybrid heute. Wir reden von etwa 30.000 EUR. Bei Hyundai dürfte es ähnlich aussehen.
      Bis es soweit ist, kann die Zeit genutzt werden, um Strom regenerativ herzustellen. Sonst lädt auch der BEV weiter Kohlestrom.

      Abgesehen davon: ein einseitiger Umstieg auf BEV bringt ganz andere Probleme mit sich. Vor allem der gewaltige CO2-Rucksack bei der Batterieproduktion, der große Rohstoffbedarf und die kritische ökologische und soziale Situation bei der Rohstoffproduktion.
      Ihre Lobhudelei des BEV kann ich daher überhaupt nicht teilen.

  6. Hier wurde mal wieder der Gesamtkontext nicht betrachtet. Beispiel: Wie sieht es denn mit dem Strom aus, der derzeit abgeregelt wird, für den wir aber EEG-Umlage bezahlen? Die Menge dieses Stroms steigen jedes Jahr an. Eigentlich müsste man diese zu Ungunsten der Batterie werten, denn nur mit Wasserstoff wird die Erzeugung und der Verbrauch entkoppelt.
    Mal abgesehen davon, scheinen viele sich der Illusion hinzugeben, man könnte die gesamte notwendige Energie in Deutschland erzeugen. Das wird nie der Fall sein. Wir werden also auch zukünftig auf Energieimporte angewiesen sein. Aber wie soll z.B. der Solarstrom aus Australien zu uns gelange? Richtig, in Form von Wasserstoff. Wenn wir in in 20 Jahren ein weltweiten Handel mit Wasserstoff haben, dann wird Wasserstoff so billig sein, dass sich die Frage Batterie oder Wasserstoff gar nicht mehr stellt.

  7. Besser die Synergien beider Techniken nutzen, statt sie gegeneinander wegzuargumentieren. H2 und weitere chemische Energieträger sind prima für die 182-Tage Durststrecke im Winterhalbjahr. Und Akkus sind super effizient als Kurzzeitspeicher (~24h). Wir brauchen beide! Zugegeben, für die herkömmliche Mobiltät sind die Energiedichten beider (bzgl. Masse und Volumen) eher überschaubar. An weiteren Parametern (der einfachste wäre der derzeitige Energieverbrauch von Autos jenseits der 5L/100km) gibt es spannende Optimierungsaufgaben für jeden KFZ-Entwickler, um einmal positiv und motivierend heranzugehen 😉

  8. Der Fehler liegt darin, dass es sich um dreifache Einmalinvestition handelt, die sich amortisiert. Wären dafür Batterien geladen worden, würde man auch dreifache Batterien brauchen, um das zu verwenden. Ausserdem ist die Lebenszeit der Batterien zu berücksichtigen. In 24 Jahren 3 Batterien plus Recyclingkosten, die höher sein dürften als die Neuproduktion. So unbestimmt wie mit dem Atommüll, nur nicht so tödlich.

  9. Der Haupttenor aller Wasserstoff-Protagonisten muss also heute auf dem Ausbau der EE-Nutzung liegen, um die nötige erneuerbare Energie für „grünen Wasserstoff“ überhaupt erst einmal bereitstellen zu können.
    Da mit einem größeren Markteintritt von H2-BSZ-Kfz erst ab 2030 gerechnet wird, dürfte sich das Zeitfenster für H2-BSZ-PKW schon geschlossen haben.
    Daran ändert auch ab 2020 der neue Toyota Mirai nichts, wenn von Toyota mit (zukünftigen) maximalen Jahresstückzahlen von 30.000Einheiten operiert wird.
    Dies fertigt Tesla in einem Monat (!) allein vom Tesla Model3 …

    Es ist also sehr realistisch, sich mehr auf die stationären Anwendungen von Wasserstoff zu fokussieren, wo ein höherer Gesamtwirkungsgrad erreichbar ist und bspw. als saisonales Speichermedium auch eine tragfähige Zukunftsoption besteht.

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