Forschung

Wasserstoff oder Batterie?

31.01.2018 - Elektromobilität benötigt den Ausbau von zwei verschiedenen Infrastrukturen.

Die Zukunft der Mobilität ist elektrisch. Doch noch ist unklar, welche Techno­logie unter der Motorhaube das Rennen machen wird: Batterien, die regel­mäßig an eine Ladesäule gehängt werden müssen, oder Brennstoff­zellen, die Wasser­stoff von der Tankstelle benötigen. Die Kosten für die jeweilige Infra­struktur hängen stark davon ab, wie viele Fahrzeuge versorgt werden müssen. Ein Vergleich, den Experten vom Forschungs­zentrum Jülich angestellt haben, zeigt: Ab mehreren Millionen Fahrzeugen ist der Aufbau einer Wasserstoff­infra­struktur günstiger. Beide Techno­logien sind notwendig, um die Verkehrs­wende erfolg­reich zu meistern

Abb.: Vergleichs-Szenario: Umstieg auf erneuerbare Energien mit Batterie und Brennstoffzelle. (Bild: H2 Mobility, FZJ, M. Robinius et al.)

Abb.: Vergleichs-Szenario: Umstieg auf erneuerbare Energien mit Batterie und Brennstoffzelle. Bitte zum Vergrößérn klicken. (Bild: H2 Mobility, FZJ, M. Robinius et al.)

„Deutschland hat sich ambi­tionierte, aber notwendige Ziele beim Klima­schutz gesetzt“, sagt Martin Robinius vom Jülicher Institut für Energie- und Klima­forschung. „Doch gerade im Verkehrs­sektor liegen wir noch weit hinter den ange­strebten Reduk­tionen zurück.“ Der Übergang zu emissions­armen Fahrzeug­flotten könne aber gelingen durch E-Fahrzeuge, die ihre Energie aus erneuer­baren Quellen beziehen, argu­mentiert der Wirtschafts­ingenieur. Wenn die Windräder in Deutsch­lands Norden auf Hochtouren laufen, erzeugen sie so viel Strom, dass das Netz ihn nicht aufnehmen kann. Mit diesem Strom könnte man Fahr­zeuge antreiben. Von zentraler Bedeutung dürfte es dabei sein, in welcher Form die Energie gespeichert und trans­portiert wird: Sollen zukünftig batterie­betriebene Elektro­autos über unsere Straßen rollen oder Brennstoff­zellen­fahrzeuge, die mit Wasserstoff betankt werden?

Beide Techno­logien stehen derzeit noch am Anfang ihrer Markt­entwicklung. Gerade deshalb sei es von zentraler Bedeutung, 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. Die Jülicher Studie, die vom Gemeinschafts­unternehmen H2 Mobility beauftragt wurde, soll hier für Orien­tierung sorgen.

Viele Experten favo­risieren zurzeit die Batterie, denn das elek­trische Netz existiert bereits. Es müsste bloß eine gewisse Menge an weiteren Lade­säulen aufgestellt werden. Außerdem überzeugt ein voll­kommen elektrischer Prozess durch einen hohen Wirkungs­grad. Das sieht beim Wasser­stoff anders aus: Ein Großteil der Infra­struktur muss noch aufgebaut werden: Das sind zum einen Elektro­lyseure, die den Strom aus Rekord­zeiten der Wind­energie nutzen, um Wasser zu spalten. Der Wasser­stoff, der dabei entsteht, kann zunächst in unter­irdischen Salz­kavernen gelagert werden, um dann beispiels­weise über ein Pipeline­system an die Tank­stellen verteilt zu werden.

Abb.: Gesamtkosten für die Infrastruktur von batteriebetriebenen Fahrzeugen (BEV) und Brennstoffzellen-Fahrzeugen (FCEV) in Abhängigkeit vom Fahrzeugbestand (EVs) (Bild: H2 Mobility, FZJ, M. Robinius et al.)

Abb.: Gesamtkosten für die Infrastruktur von batteriebetriebenen Fahrzeugen (BEV) und Brennstoffzellen-Fahrzeugen (FCEV) in Abhängigkeit vom Fahrzeugbestand (EVs). Bitte zum Vergrößérn klicken. (Bild: H2 Mobility, FZJ, M. Robinius et al.)

Die Experten aus Jülich haben beide Szenarien ana­lysiert und kommen zu dem Ergebnis: Die Renta­bilität hängt davon ab, wie viele Fahrzeuge mit Batterie- oder Brennstoff­zellenantrieb auf den Straßen unterwegs sind. Die Inves­titionen in den Infra­struktur­ausbau sind für beide Techno­logien bei geringen Fahrzeug­beständen bis zu einigen Hundert­tausend nahezu gleich. Der Wasser­stoff würde in diesem Zeitraum noch von der Industrie aus konven­tionellen Quellen bereit­gestellt werden. Es dürfte dann 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. Gleich­zeitig ermög­lichen diese es, saisonale Überschüsse der erneuer­baren Energien in Form von Wasser­stoff über längere Zeiten zu speichern, was mit der Batterie­technik alleine so nicht möglich ist.

„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 zwanzig Millionen Fahrzeugen, was knapp der Hälfte des heutigen Bestands entspricht. Dann sind die Inves­titionen in eine Ladesäulen-Infra­struktur mit rund 51 Milliarden 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 Forscher empfehlen daher, beide Pfade auszubauen. „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“, erklärt Instituts­leiter Detlef Stolten.

FZJ / JOL

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