Für das Erreichen der Klimaschutzziele muss der Verkehrssektor die durch den Einsatz von fossilen Kraftstoffen verursachten Treibhausgas-Emissionen drastisch senken. Mit Verbrennermotoren ist das unmöglich. Doch wie groß ist der Treibhausgas-Fußabdruck von alternativen Antriebskonzepten? Forscher des ISE haben einen Lebenszyklus-Vergleich von Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen durchgeführt.
Die Studie untersuchte die Treibhausgas (THG)-Emissionen bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung von Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeugen mit Reichweiten ab 300 km für die Zeiträume 2020 bis 2030 und 2030 bis 2040. Die Wissenschaftler des ISE haben in ihrer Studie detailliert aufgeschlüsselt, wie viel Material für die Produktion von Batterien, Brennstoffzellen und Wasserstofftanks benötigt wird und was bei der Förderung und der Verarbeitung an Emissionen anfällt.
Im Betrieb ist die Energiequelle für Strom und Wasserstoff entscheidend. Den Annahmen der vom Berliner Think Tank AGORA Verkehrswende veröffentlichten Studie folgend, hat das Fraunhofer ISE Solarstrom (Ladung zu Hause an der Photovoltaikanlage) als Optimum für das Batterieauto angenommen. Im Best Case-Szenario für Wasserstoff wird dieser aus 100 % Windenergie erzeugt. Verglichen wurden aber auch erzeugte Emissionen beim Laden mit dem unguten deutschen Strommix sowie die Wasserstoffproduktion im Mixed Case (50 % Erdgas und 50 % Windstrom) bzw. im Worst Case aus 100 % Erdgas.
Das Ergebnis der Fraunhofer Studie zum Lebenszyklus-Vergleichs von Elektrofahrzeugen mit höherer Reichweite ist eindeutig: Der THG-Fußabdruck von Produktion und Recycling eines Brennstoffzellensystems inklusive Tank entspricht etwa dem eines Elektroantriebs mit einer 45-50 kWh Speicherkapazität. Für Autos mit größeren Batterien werden mehr THG ausgestoßen als für das Brennstoffzellensystem in einer vergleichbaren Leistungsklasse.
Ab einer Reichweite von 250 km sind Pkw mit Wasserstoff und Brennstoffzelle (FCEV) klimafreundlicher als Batteriefahrzeuge (BEV). Der entscheidende Faktor ist der wesentlich größere CO2-Rucksack, den Batterieautos durch die Produktion der Batterie tragen müssen.
Bei einer Laufleistung von 150.000 km überzeugt das Brennstoffzellenfahrzeug in allen Fällen, die THG-Emissionen des Brennstoffzellenfahrzeugs liegen unter denen vergleichbarer Batteriefahrzeuge (90 kWh Batterie), die mit dem deutschen Strommix angetrieben werden. Selbst im Worst Case (100 % H2 aus Erdgas) liegt der THG-Fußabdruck im gesamten Lebenszyklus noch die nächsten zehn Jahre unter dem vergleichbarer Batteriefahrzeuge und ist ebenfalls weitaus geringer als bei Dieselfahrzeugen. Fossil betriebene Selbstzünder weiden viel höhere THG-Emissionen auf.
Die Studie zeigt auch, dass sich Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeuge in idealer Weise ergänzen. Für große Reichweiten sind Brennstoffzellenfahrzeuge klimafreundlicher und für geringe Reichweiten Batteriefahrzeuge, so Dr. Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstofftechnologien am Fraunhofer ISE. Im Zeitraum 2020-2030 haben Brennstoffzellenfahrzeuge zum Beispiel einen besseren THG-Fußabdruck als Batteriefahrzeugen mit einer Batteriekapazität größer als 45 kWh.
Schlussfolgerung. Die Studie ist ein Beleg für die Komplementarität von Batterie und Wasserstoff. Fahrzeuge mit mittleren bis kleineren Batterien (< 50 kWh Speicherkapazität) und Reichweiten bis 250 km senken die Emissionen im Verkehr. Für höhere Reichweiten haben Brennstoffzellenfahrzeuge aus Sicht des Klimaschutzes zunehmende Vorteile. Sowohl für Batterie also auch für Wasserstoff gilt: Je grüner die Energiequelle, desto besser die Umweltbilanz.
Die Studie des Fraunhofer ISE wurde von der H2 MOBILITY Deutschland finanziert. Quellen im Bereich batterieelektrische Mobilität sind u.a. „Life Cycle Assessment of a Lithium-Ion Battery Ellingsen“ von Majeau-Bettez, Singh, Srivastava, Valøen und Strømman (2014), die Studie der Agora Verkehrswende (2019) und der Batterieabteilung am ISE. Quellen im Bereich Brennstoffzellenfahrzeuge sind u.a. „Integrated environmental and economic assessment of current and future fuel cell vehicles“ von Miotti, Hofer und Bauer (2017), sowie die Expertenmeinungen aus der Brennstoffzellenabteilung am ISE. Quelle: ISE / DMM
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