Klage Autobahn A39, Spendenaufruf, Verkehrswende, Elektroautos

Aktuelle BUND-Broschüre 2019: Raus aus dem Verkehrskollaps

- rein in eine entspannte und klimafreundliche Mobilität für alle

Die aktuelle, sehr informative Broschüre können Sie hier herunterladen.

Dazu aktuell: WDR-Doku vom 4.6.2019:

"Kann das Elektroauto die Umwelt retten?"

Dieser Dokumentarfilm setzt sich umfassend mit den Vor- und Nachteilen des Elektroautos in Bezug auf die Umwelt auseinander. Fairerweise sollte aber darauf hingewiesen werden, dass nicht nur die Rohstoffgewinnung für die Batterien, sondern auch die Erdölförderung weltweit in hohem Maße umweltschädigend ist. Der Film zeigt einmal mehr, dass wir mit der Art unserer aktuellen Mobilität - immer mehr, immer schwerere und PS-stärkere Autos - die Umwelt sehr stark belasten - gleichgültig, ob die Autos elektrisch oder mit Verbrennungsmotor angetrieben werden. Auch diese Recherche kommt zu dem Schluss, dass wir eine andere Art der Mobilität, also eine Verkehrswende, dringend benötigen!

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Wie klimafreundlich sind elektrifizierte Pkw - und warum wir eine Verkehrswende brauchen

von Dr.-Ing. Reinhard Schrader, BUND-Kreisgruppe Gifhorn; Februar 2018

Inhalt:

1. Die Klimaschutzziele der Bundesregierung

2. Die Studie des Umweltbundesamtes fordert eine Verkehrswende

3. Der Autokäufer entscheidet über die Klimafreundlichkeit seines Fahrzeugs

4. Wie klimafreundlich sind die verschiedenen Verkehrsmittel?

5. Welchen Beitrag zum Klimaschutz können Elektroautos leisten?

5.1 Pkw mit Hybridantrieb

5.2 Pkw als Plug-In-Hybrid

5.3 Elektroautos (batterieelektrische Fahrzeuge): Wichtiger Baustein für eine klimafreundliche Mobilität der Zukunft

5.4 Brennstoffzellen-Fahrzeuge

5.5 Innovative, umweltfreundliche Elektroautos kleinerer Startup-Firmen

1. Die Klimaschutzziele der Bundesregierung

Laut der Studie "Klimaschutzbeitrag des Verkehrs bis 2050" des Umweltbundesamtes von 2016 [1] ist es das Ziel der Bundesregierung, die Treibhausgasemissionen über alle Sektoren bis 2020 um 40 Prozent, bis 2030 um 55 Prozent, bis 2040 um 70 Prozent und bis 2050 um 80-95 Prozent (jeweils gegenüber 1990) zu senken. Die folgende Grafik (Daten: Umweltbundesamt [2]) zeigt, dass bereits das erste Ziel voraussichtlich deutlich verfehlt wird:

Bild 1.1: Eigene Grafik auf Basis der Daten des Umweltbundesamtes [2]

Die Grafik zeigt, dass insgesamt der Treibhausgasausstoß in Deutschland seit 1990 zwar verringert werden konnte, der Verkehrsektor aber praktisch keinen Beitrag dazu leisten konnte: Nach einem zwischenzeitlichen Anstieg befanden wir uns 2015 in etwa auf dem Niveau von 1990, und folgende Faktoren lassen aktuell eher wieder einen Anstieg des CO₂-Ausstoßes erwarten:

Die ungebrochene weitere Zunahme des Güterverkehrs;
Die Tendenz zu immer leistungsstärkeren und schwereren Pkws: So steigt der Anteil der SUVs an den Zulassungszahlen ständig an: Beispielsweise will die Marke VW den SUV-Anteil ihrer Flotte von aktuell 13,7 % bis zum Jahr 2020 auf 40 % (!) erhöhen [3]. Der Klimaschutzgedanke scheint bei Autofahrern und Pkw-Herstellern eine immer geringere Rolle zu spielen.

2. Die Studie des Umweltbundesamtes fordert eine Verkehrswende

Um überhaupt eine Chance zu haben, die oben genannten Klimaziele der Bundesregierung noch zu erreichen, schlagen die Autoren der UBA-Studie [1] folgende drastische Maßnahmen vor:

Bild 2.1: Eigene Grafik auf Grundlage der UBA-Studie

Damit die Umstellung des Verkehrs auf erneuerbare Energie überhaupt gelingen kann, sind zwei Dinge erforderlich:

Der Anteil der erneuerbaren Energien an der gesamten Energieerzeugung und an der Stromerzeugung muss weiter deutlich erhöht werden. Im Jahre 2016 betrug in Deutschland der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung 31,7% (der Anteil im Verkehrsektor nur 5,2%) [4]. Durch die politischen Entscheidungen der letzten Jahre wurde die Energiewende allerdings eher ausgebremst (siehe aktuelle Forderungen des BUND an die Politik).
Der Energiebedarf des Verkehrssektors muss durch ambitionierte Maßnahmen zur Verkehrswende deutlich verringert werden.

3. Der Autokäufer entscheidet über die Klimafreundlichkeit seines Fahrzeugs

Auch in der momentanen Situation, wo die Neuzulassungen von Pkw noch absolut von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor dominiert wird, bestimmt der Autofahrer die Klimafreundlichkeit seines Fahrzeuges im Wesentlichen durch seine Kaufentscheidung. Das wird in der folgenden Abbildung deutlich.

Das Foto der Abbildung wurde auf dem Parkplatz eines Supermarktes aufgenommen und zeigt einige typische Fahrzeugklassen, zwischen denen der Autokäufer die Wahl hat. Anstelle der wenig aussagekräftigen Herstellerangaben zum Verbrauch nach NEFZ-Fahrzyklus wurden durchschnittliche Verbrauchswerte zugrundegelegt, die mehrere Hundert Autofahrer für ihr Fahrzeug auf dem Portal www.spritmonitor.de anhand ihrer Betankungen ermittelt haben. Die Verbräuche (Liter/100 km) wurden in CO₂-Ausstoß (g/km) umgerechnet (CO₂-Rechner siehe hier).

Bild 3.1: Realistischer CO2-Ausstoß nach Fahrzeugklassen. Die abgebildeten Fahrzeuge stehen nur beispielhaft für ihre Fahrzeugklasse. Foto und Grafik: Dr. Reinhard Schrader

Die Abbildung zeigt deutlich, dass der Autofahrer mit seiner Kaufentscheidung in hohem Ausmaß bestimmt, wie klimafreundlich oder klimaschädlich er unterwegs ist. Mit jedem Fahrzeug der aufgeführten Klassen kann eine Person (besser wäre: mehrere gleichzeitig) schnell, komfortabel und mit ausreichend Platz für das Gepäck von A nach B kommen - aber je nach Fahrzeugwahl bis zu 3mal klimaschädlicher unterwegs sein!

Auch wenn man in Rechnung stellt, dass der CO₂-Ausstoß bei der Herstellung des Hybridfahrzeugs etwas höher ist, weil er zusätzlich Elektromotoren und einen - allerdings relativ kleinen - Akku benötigt, so kann man davon ausgehen, dass dies durch den deutlich geringeren Kraftstoffverbrauch im Betrieb mehrfach wieder ausgeglichen wird.

Erstaunlich ist auch, dass die tatsächlichen Kraftstoffverbräuche, die auf spritmonitor.de dokumentiert sind, beim gleichen Fahrzeugmodell, egal ob es mit Benzin- oder Dieselmotor unterwegs ist, meist nur zu geringfügigen Unterschieden im CO₂-Ausstoß führen. Das mag damit zusammenhängen, dass pro Liter verbrannten Diesel ca. 14% mehr CO₂ freigesetzt wird als pro Liter Benzin. In der Praxis des täglichen Fahrbetriebs wirkt sich der bessere Wirkungsgrad des Dieselmotors offenbar nur sehr wenig auf den CO₂-Ausstoß aus. Daher ist die Aussage der Autoindustrie, der Diesel sei zur Rettung des Klimas unbedingt notwendig, kritisch zu hinterfragen.

Außerdem macht die Abbildung die besondere Klimaschädlichkeit des - leider sogar internationalen - Trends zu immer mehr SUVs deutlich. Eine zunehmende Zahl der Autokäufer scheint sich über die Umweltfreundlichkeit ihrer Fahzeuge kaum noch Gedanken zu machen - und die Autohersteller bedienen dieses Trend. Obwohl wir auch bei uns in Deutschland zunehmend unter Klimaextremen wie Starkregenereignissen, Überschwemmungen und Stürmen zu leiden haben, ist eine weitere Zunahme des SUV-Käufe zu verzeichnen: Im Januar 2017 erreichten die SUVs in Deutschland bereits einen Markanteil von 25,5% [5], und die Marke VW den SUV-Anteil ihrer Flotte von aktuell 13,7 % bis zum Jahr 2020 auf 40 % (!) erhöhen [3]. Eine klimapolitische Geisterfahrt, der die Politik endlich Einhalt gebieten sollte.

4. Wie klimafreundlich sind die verschiedenen Verkehrsmittel?

Im Jahre 2015 brachte das renommierte UPI-Institut (Umwelt- und Prognose-Institut) als ausführliche Studie den UPI-Bericht 79 "Ökologische Folgen von Elektroautos - Ist die Förderung von Elektro- und Hybrid-Autos sinnvoll ?" [6] heraus. In der folgenden Grafik ist dargestellt, welche CO₂-Freisetzung laut der Studie bei den verschiedenen Verkehrsmitteln erfolgt, wenn eine Person einen Kilometer weit transportiert wird. Bei dieser ganzheitlichen Betrachtung wurde auch die CO₂-Freisetzung mit berücksichtigt, die bei der Herstellung des Fahrzeugs und der Bereitstellung des Kraftstoffs bzw. des Stroms bei Elektroautos anfällt.

Bild 4.1 Grafik: Dr. Reinhard Schrader, auf Grundlage der CO2-Emissionsdaten des UPI-Berichts 79 aus dem Jahre 2015

Aus der Grafik kann man folgende Schlüsse ziehen:

Nach Fahrrad und Pedelec ("Elektrofahrrad") sind die öffentlichen Verkehrsmittel wie Bus und Straßenbahn nach wie vor die klimafreundlichsten Verkehrsmittel.
Auch wenn man den aktuellen Strommix (Ökostromanteil) des Jahres 2015 zugrunde legt und die CO₂-Freisetzung bei der Fahrzeugherstellung berücksichtigt, kann das Elektroauto schon 2015 durchaus mit den Autos mit Verbrennungsmotor mithalten.Weitere Ausführungen zum Elektroauto siehe Kapitel 5.
Bei Straßenbahn und Elektroauto, beim Bus bei zunehmender Elektrifizierung, kann der CO₂-Ausstoß noch deutlich gesenkt werden, wenn der Ökostromanteil in Zukunft deutlich erhöht und vor allem der Anteil fossiler Energieträger (Kohle, Erdgas) bei der Stromerzeugung reduziert wird.
Interessanterweise geht aus den Ergebnissen der Studie nicht hervor, dass Diesel-Pkws klimafreundlicher als Benzin-Pkws sind.

Für die weiteren Verkehrsmittel Bus, Bahn und Flugzeug ist hinsichtlich der CO₂-Freisetzung folgendes festzustellen (siehe Veröffentlichungen des Umweltbundesamtes von 2010, zitiert in [7]:

Reisebus, Linienbus, die Bahn im Nah- und Fernverkehr stoßen - im Vergleich zum Pkw - nur halb so viel CO₂ pro Person und zurückgelegtem Kilometer ("Personenkilometer") aus, wobei Reisebus und Bahn-Fernverkehr noch günstiger liegen.
Das Flugzeug hat - ebenfalls gerechnet pro Personenkilometer - gegenüber den anderen Verkehrsmitteln eine verheerend schlechte Klimabilanz, nämlich fast eine doppelt so schlechte Klimawirkung wie der Pkw. Deshalb ist die ständige Zunahme des Flugverkehrs, die durch die Billigflieger noch angeheizt wird, eine sehr negative aktuelle Entwicklung. Daher setzt sich der BUND in seinem aktuellen Forderungspapier dafür ein, die Subventionen für Kerosin abzuschaffen.

5. Welchen Beitrag zum Klimaschutz können Elektroautos leisten?

5.1 Pkw mit Hybridantrieb

Pkw mit Hybridantrieb sind folgendermaßen aufgebaut:

Sie besitzen einen Verbrennungsmotor und zusätzlich einen Elektromotor sowie eine relativ kleine zusätzliche Batterie (Akku).

Beim (elektrischen) Bremsen arbeitet der Elektromotor als Generator und speist die Bewegungsenergie des Fahrzeugs in den Akku ein. Im Gegensatz zu einem normalen Pkw, wo die Bewegungsenergie beim Bremsen in Form von Wärme verloren geht, ermöglicht der Hybridantrieb eine Bremsenergie-Rückgewinnung (Rekuperation).

Die im Akku gespeicherte Bremsenergie kann beim Anfahren oder Beschleunigen genutzt werden, um über den Elektromotor den Verbrennungsmotor zu unterstützen. Dadurch kann eine Kraftstoffersparnis von 20...25% und mehr erreicht werden. Auch können Hybridfahrzeuge bei vollem Akku ca. 2...3 km rein elektrisch zurücklegen.

Ein gut ausgelegter Hybrid-Pkw ist im realen Fahrbetrieb - besonders im Stadtverkehr und auf der Landstraße - deutlich sparsamer und damit klimafreundlicher als ein vergleichbarer Benzin- oder Diesel-Pkw ohne Hybridantrieb. Insbesondere der Toyota Prius, der seit über 20 Jahren konsequent in Richtung Sparsamkeit weiterentwickelt wurde, erzielt in der Kompaktklasse ("Golfklasse") unerreicht niedrige Werte beim CO₂-Ausstoß. Bitte vergleichen Sie selbst die Verbräuche auf www.spritmonitor.de , einer Website, auf der private Autofahrer ihre Kraftstoffverbräuche dokumentieren. Hier kann man über entsprechende Filter ("erweiterte Suche") die Verbräuche verschiedener Fahrzeuge herausfiltern.

Der Mehrpreis (wegen des zusätzlichen Elektromotors und kleinen Akkus) liegt maximal in der Größenordnung dessen, was Kunden bereit sind, für einen SUV gleicher Größenklasse mehr auszugeben. Während der SUV wegen des um 1/3 höheren Verbrauchs zusätzliche Kosten und einen höheren CO₂-Ausstoß verursacht, kann ein gutes Hybridfahrzeug gegenüber einem konventionellen Pkw Einsparungen in gleicher Größenordnung bringen!

Die europäischen Autobauer haben diese sinnvolle Übergangstechnologie zu reinen Elektroauto vollkommen verschlafen und bieten fast keine entsprechenden Modelle in der Kompaktklasse an. Immerhin haben sie für "das nächste Jahrzehnt" „Mikrohybrid“-Fahrzeuge mit 48 V Bordnetzspannung und einer relativ kleinen Batterie angekündigt, die bei einem Mehrpreis von ca. 1000 € eine Benzinersparnis von 25% bringen sollen [8].

Da Hybrid-Pkw (Vollhybrid) nur sehr kleine zusätzliche Akkus besitzen (s. Bild 5.1.1), spielen ökologische Aspekte der Batterieherstellung hier nur eine untergeordnete Rolle.

Bild 5.1.1: Stand Dezember 2017. Grafik: Dr. Reinhard Schrader

5.2 Pkw als Plug-In-Hybrid

Ein Pkw als Plug-In-Hybrid ist technisch sehr ähnlich wie ein Hybrid-Pkw aufgebau. Allerdings besitzt er eine deutlich größere Batterie (Akku, siehe auch Bild 5.1.1), die auch über einen Stecker am Stromnetz aufgeladen werden kann (deshalb Plug-In-Hybrid). Damit ist das Fahrzeug eine Mischung aus konventionellem Pkw mit Verbrennungsmotor und Elektroauto.

Die Vorteile dieses Antriebskonzeptes sind folgende:

Das Fahrzeug besitzt eine ähnlich große Reichweite wie ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.
Die Fahrzeug können rein elektrisch - je nach Modell - 20...80 km rein elektrisch zurücklegen, Modelle der Kompaktklasse ("Golfklasse") typischerweise ca. 50 km. Damit könnte z.B. ein Berufspendler bzw. Menschen, die überwiegend Kurzstrecken zurücklegen, aber auch häufig lange Strecken fahren müssen, auf der Kurzstrecke relativ umweltfreundlich rein elektrisch fahren. Besonders dann, wenn Ökostrom "getankt" wird. Dazu müssten kurze Strecken allerdings konsequent elektrisch gefahren und das Fahrzeug regelmäßig an einer Steckdose aufgeladen werden, was manchen Fahrern erfahrungsgemäß zu unbequem ist.
Auch im Verbrennermodus ist das Fahrzeug relativ sparsam (und setzt damit weniger CO₂ frei), da die Hybridtechnik eine Bremsenergierückgewinnung ermöglicht.

Als Nachteile sind zu nennen:

Wegen der zusätzlichen Baugruppen (Elektromotoren, mittelgroße Batterie/Akku, Steuerung) sind die Fahrzeuge erheblich teurer als mit reinem Verbrenner-Antrieb. Bei einem Fahrzeug der Kompaktklasse ("Golfklasse") macht der Mehrpreis ca. 10.000...15.000 € aus.
Bei der Verbrauchsangabe brauchen die Hersteller den Energiegehalt der aufgeladenen Batterie nicht zu berücksichtigen, so dass völlig unrealistische, sehr niedrige CO₂-Werte und Verbräuche angegeben werden (z.B. für einen Mercedes S600 Plug-In Hybrid 65 g CO₂/100 km, was einem Benzinverbrauch von 2,8 l/100 km entspricht).

Diese Regelung ermöglicht es der Industrie, Luxuslimousinen und SUVs durch eine relativ hohe elektrische Reichweite … auf niedrige CO₂-Werte schönzurechnen [9] und damit den offiziellen Flottenverbrauch zu senken.

5.3 Elektroautos (batterieelektrische Fahrzeuge): Wichtiger Baustein für eine klimafreundliche Mobilität der Zukunft

Reine Elektroautos (batterieelektrische Fahrzeuge) entnehmen ihre Antriebsenergie (sowie die für Heizung und Nebenantriebe benötigte Energie) elektrischen Batterien (Akkus), die am Stromnetz aufgeladen werden. Nach dem aktuellen Stand der Technik ergeben sich dabei folgende Vor- und Nachteile:

Vorteile von Elektro- gegenüber Verbrenner-Autos:

Keine Schadstoffemission vor Ort – vorteilhaft in smog- oder feinstaubbelasteten Städten.
Elektrisches Antriebskonzept ermöglicht Bremsenergie-Rückgewinnung (Rekuperation).
Bei Aufladung mit Ökostrom gute bis sehr gute Klimabilanz.
Geringe Betriebskosten durch geringen Energieverbrauch (realistisch 20…25 kWh, entspricht 2…2,5 Liter Diesel /100 km) und geringe Wartungskosten (wartungsfreier Elektromotor statt wartungs- und verschleißintensiver Verbrennungsmotor mit Ölwechsel, Zündkerzen- und Zahnriemenwechsel, höherem Verschleiß von Bremsen, Auspuff usw.).

Nachteile von Elektro- gegenüber Verbrenner-Autos:

Zurzeit noch deutlich höherer Anschaffungspreis, der aber durch staatlichen Zuschuss sowie geringere Betriebskosten zum Teil wieder ausgeglichen wird.
Geringere Reichweite (wobei die große Reichweite der Verbrenner-Autos von vielen Fahrern nur selten benötigt wird).
Eine ausreichende Ladeinfrastruktur ist in Deutschland erst noch im Aufbau.

Während viele Autokäufer bei der Anschaffung eines Elektroautos noch sehr zurückhaltend sind, schreibt das Öko-Institut in einer Veröffentlichung aus dem Jahre 2017: "Generell verringern sich die Vorbehalte deutlich mit zunehmender Praxiserfahrung. ... Private Nutzer von Elektroautos sind laut einer Umfrage des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) sogar zu 97 Prozent zufrieden bis sehr zufrieden. ... Einen großen Vorteil gegenüber konventionellen Pkws sehen die Fuhrparkmanager in der geringen Wartungsintensität der Elektrofahrzeuge. " [10]

In letzter Zeit wurde in den Medien die Klimafreundlichkeit von Elektroautos wegen der relativ schlechten Klimabilanz der Batterieherstellung häufiger infrage gestellt. Dies ist jedoch differenziert zu betrachten, wie Berichte von Umweltforschungsinstituten der letzten Jahre zeigen.

So veröffentlichte das renommierte UPI-Umwelt- und Prognose-Institut, Heidelberg, im Jahre 2015 den UPI-Bericht 79 "Ökologische Folgen von Elektroautos - Ist die Förderung von Elektro- und Hybrid-Autos sinnvoll?" Bei der Betrachtung des CO₂-Ausstoßes in g/Person und km wurden für verschiedene Verkehrsmittel sowohl die Fahrzeugherstellung als auch der Betrieb des Fahrzeugs inklusive Vorkette, d.h. einschließlich des CO₂-Ausstoßes durch die Bereitstellung des Kraftstoffes bzw. der Stromerzeugung, berücksichtigt, siehe Bild 5.3.1.

Bild 5.3.1: Vergleich der CO2-Gesamtemissionen von Pkw mit verschiedenen Antrieben. Unter Verwendung von Daten des UPI-Berichts Nr. 79 [6] (Grafik: Dr. Reinhard Schrader, BUND)

Das Öko-Institut veröffentlichte 2017, dann in einer aktualisierten Fassung vom 16.02.2018 ein "Memo" mit dem Titel "FAQ Elektromobilität: Elektromobilität - Faktencheck" [10]. Dort ist unter anderem zu lesen:

"Elektrofahrzeuge haben bereits heute eine positive Klimabilanz – selbst wenn dazu die Stromproduktion und Fahrzeugherstellung berücksichtigt werden. Durch technologische Fortschritte und einem konsequenten Fortführen der Energiewende wird sich der Vorteil weiter vergrößern."

Die Forscher machen aber auch deutlich, dass sich deutliche Vorteile hinsichtlich der CO₂-Bilanz erst vor allem bei kleinen bis mittelgroßen Elektroautos ergeben: "Rein batterieelektrische Fahrzeuge schneiden besser ab als Plug-In-Hybride oder Elektrofahrzeuge mit Range-Extender, einem kleinen benzinbetriebenen Zusatzmotor zur Überbrückung. Dennoch unterschreiten diese Varianten die Treibhausgasemissionen eines Dieselfahrzeugs. Bei diesen „Mischformen“ sollte im Sinne des Klimaschutzes ein möglichst hoher elektrischer Fahranteil gegeben sein. Die Reduktion der Klimawirkung von etwa einem Drittel gegenüber ihrem konventionellen Pendant weisen vor allem kleine und mittlere Elektrofahrzeuge auf, während es bei großen Fahrzeugen mit den üblicherweise angebotenen sehr großen Batteriekapazitäten und Reichweiten von 300 bis 400 Kilometern nur rund zehn Prozent sind."

Diese Aussagen wurden in die folgende, eigene Grafik mit eingearbeitet:

CO2-Bilanz von Elektroautos im Vergleich zu Verbrenner-Autos in Abhängigkeit von der Batteriegröße. Aussagen des Öko-Instituts aus [10] wurden eingearbeitet. Grafik: Dr. Reinhard Schrader

Entsprechend führen die Forscher des Öko-Instituts weiter aus: "Dennoch sollten jetzt die Weichen richtig gestellt werden, um den Klimaschutzbeitrag weiter zu erhöhen. Etwa indem ein möglichst hoher Anteil sehr sparsamer, rein batterieelektrischer und bedarfsgerecht dimensionierter Elektrofahrzeuge in der Fahrzeugflotte angestrebt und erreicht wird.
Darüber hinaus sollte der Pkw-Bestand insgesamt verringert werden – etwa durch Carsharing-Angebote, die Verlagerung auf den öffentlichen und den nicht-motorisierten Verkehr."

Fazit: Es reicht nicht aus, alle heutigen Pkw auf Elektroantrieb umzustellen. Wir müssen wieder zu kleineren, in ihrer Reichweite angepassten Autos kommen! Außerdem muss das Verkehrssystem effektiver werden und das Verkehrsaufkommen unbedingt reduziert werden sowie die besonders umweltfreundlichen öffentlichen Verkehrsmittel gestärkt werden!

Wir brauchen also dringend eine Verkehrswende!

5.4 Brennstoffzellen-Fahrzeuge

Viele große Pkw-Hersteller forschen seit Jahrzehnten an Brennstoffzellen-Antrieben, zu kaufen gibt es weltweit erst wenige Serienmodelle, deren Stückzahlen eher bescheiden sind. Wie arbeitet ein solcher Brennstoffzellen-Antrieb?

Betankt wird das Fahrzeug mit Wasserstoff. Um genügend davon im Fahrzeug speichern zu können, werden kohlefaserverstärkte Hochdrucktanks verwendet, die mit Drücken bis zu 700 bar (!) betrieben werden. Angeblich sind diese Tanks so sicher konstruiert, dass auch bei Unfällen keine Explosion droht.

Der Wasserstoff reagiert in einer Brennstoffzelle mit dem Sauerstoff der Luft zum "Abfallprodukt" Wasser, wobei die Brennstoffzelle direkt elektrische Energie liefert, die aus der "chemischen" Energie stammt, die im Wasserstoff steckt.

Mit der elektrischen Energie aus der Brennstoffzelle kann nun der elektrische Antriebsmotor des Fahrzeugs betrieben werden. Um die Bremsenergie des Fahrzeugs zu nutzen (Rekuperation), werden - wie beim Hybridantrieb - kleinere Akkus verbaut, die die zurückgewonnene Bremsenergie zwischenspeichern und bei Bedarf wieder dem Elektroantrieb zur Verfügung stellen.

Vereinfacht gesprochen, ist ein Brennstoffzellenauto ein Elektroauto mit bordeigener Stromerzeugung aus Wasserstoff, das - wie jedes Hybrid- oder Elektroauto - auch die zurückgewonnene Bremsenergie nutzt.

Zurzeit sind für diese Antriebsart folgende Vorteile zu erkennen:

Keine Emissionen vor Ort - aus dem Auspuff kommt nur Wasserdampf.
Wasserstoff ist ein relativ gut speicherbarer Energieträger.
Relativ hohe Reichweite aktueller Modelle von 500 km und mehr.
Geringer Zeitbedarf für das Tanken.

Es sind aber auch folgende Nachteile zu nennen:

Bereits produzierte Fahrzeuge sind (noch) sehr teuer, z.B. kosten Mittelklasse-Fahrzeuge zwischen 52.000 und 80.000 €.
Das Tankstellen-Netz ist weltweit noch sehr dünn: Anfang 2018 gab es in Deutschland ca. 40 Wasserstofftankstellen, bis Ende 2023 sollen immerhin mehr als 400 Stationen verfügbar sein. Zum Vergleich: Anfang 2018 gibt es in Deutschland ca. 900 Erdgas-Tankstellen, ein Netz, das noch als ziemlich dünn gilt.
Der Bau einer Wasserstofftankstelle erfordert, vor allem wegen der Hochdrucktanks, hohe Investionen von ca. 2 Mio. € pro Tankstelle.

Die Umweltverträglichkeit der Brennstoffzellen-Autos hängt entscheidend davon ab, wie der Wasserstoff hergestellt wird.

Der Verfasser einer Studie der Schweizer Forschungseinrichtung "Empa" aus dem Jahr 2015, die in dem Artikel "Brennstoffzelle und Ökobilanz" [11] zitiert wird, macht laut dem Artikel u.a. folgende Aussagen:

"Es habe ökologisch und wirtschaftlich keinen Sinn, so die Empa, Strom aus dem europäischen Netz zu zapfen, daraus per Wasser-Elektrolyse Wasserstoff herzustellen und damit Autos zu betanken. Zwar wird derzeit industrieller Wasserstoff überwiegend direkt aus Erdgas gewonnen, doch auch dies bringe der Brennstoffzelle praktisch keinen Umweltvorteil."

"Noch immer haben laut Empa konventionelle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor aus Umweltaspekten die Nase vorn. Auch im Öko-Vergleich zu Elektroautos habe die Brennstoffzelle wegen der doppelten, ineffizienten Energieumwandlung derzeit keine Chance. Wer mit dem gleichen Strom direkt die Batterie seines Elektroautos lade, fahre sparsamer und somit auch umweltfreundlicher."

"In Zukunft könnte das jedoch anders aussehen, sagt Notter. Sobald eine Gesellschaft ihren Strom überwiegend aus Sonne, Wind und Wasser produziert, wird ein Brennstoffzellenauto konkurrenzfähig – denn es verschlingt bei der Herstellung weniger Ressourcen als ein batteriebetriebenes Elektroauto, hat eine wesentlich grössere Reichweite und kann schneller betankt werden."

Und als Ergebnis einer Ökobilanzierung (auf Basis des EU-Strommixes von 2015, wobei der deutsche Strommix heute schon klimafreundlicher ist): "Zieht man den aktuellen EU-Strom-Mix als Vergleich heran, dann hat der Benzin-Kleinwagen mit einem angenommenen Verbrauch von 6,1 l/100 km nach 150000 km Fahrleistung die Nase vorn. Das mit EU-Strom geladene Elektroauto erzeugt eine leicht höhere Umweltbelastung – vergleichbar mit 6,4 l/100 km Benzinverbrauch. Ein Brennstoffzellen-Kleinwagen, dessen Wasserstoff mit EU-Strom erzeugt wird, wäre heute bei weitem die schlechteste Option. Das Auto würde den gleichen Umwelteffekt erzeugen wie ein Luxus-Sportwagen mit einem Benzinverbrauch von 12,1 l/100 km."

Ob die Herstellung eines Brennstoffzellen-Autos gegenüber einem batterieelektrischen Autos um soviel umwelt- und klimafreundlicher ist, dass die systembedingte schlechte Energieeffizienz des Brennstoffzellenautos dadurch ausgeglichen wird, müssten weitere Studien klären. Vergleicht man die Energieeffizienz des batterieelektrischen mit dem Brennstoffzellenauto, so kommt man laut Wikipedia [12] zu folgendem Ergebnis (Bild 5.4.1):

Vergleich des Gesamtwirkungsgrades eines batterieelektrischen und eines Brennstoffzellen-Autos. https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ABattery_EV_vs._Hydrogen_EV.png https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8d/Battery_EV_vs._Hydrogen_EV.png MovGP0 at English Wikipedia [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons Die Textangaben des Originalbildes wurden aus dem Englischen ins Deutsche sinngemäß übersetzt. Der Wirkungsgrad Stromnetz zu Motor des Brennstoffzellen-Autos, der sich aus der Multiplikation der Einzel-Wirkungsgrade ergibt, wurde von 43 auf 46 % korrigiert.

Diese Grafik kann man folgendermaßen interpretieren:

Nehmen wir einmal an, unser elektrischer Strom würde in Zukunft zu 100% aus erneuerbaren Energiequellen produziert. Dann würden beim Betrieb sowohl des batterieelektrischen Autos als auch des Brennstoffzellenautos praktisch keine Schadstoffe freigesetzt. Allerdings würde - mit der gleichen Menge Energie aus dem elektrischen Stromnetz - ein batterieelektrisches Auto fast doppelt so weit fahren wie ein Brennstoffzellenauto.

Ob dieser erhebliche Nachteil durch andere Vorteile des Brennstoffzellenautos, wie etwa eine umweltfreundlichere Herstellung oder eine bessere Speicherbarkeit des Energieträgers Wasserstoff ausgeglichen wird, wäre noch genauer zu erforschen.

Zum heutigen Zeitpunkt könnte es allenfalls sinnvoll sein - trotz der hohen Umwandlungsverluste - "überschüssigen" Windstrom, d.h. zu bestimmten Zeiten wegen eines momentanen Überangebots nicht ins Netz einspeisbaren Windstrom, in Wasserstoff umzuwandeln. Das ist natürlich besser, als den Strom gar nicht zu nutzen. Für die Zukunft ist allerdings zu hoffen, dass unser Stromversorgungssystem so intelligent gestaltet werden kann, dass "überschüssiger" Windstrom kaum noch anfällt.

Für schwerere Verkehrsmittel, wie Lkw jenseits von Autobahnen, Bahnen auf nicht elektrifizierten Strecken, Schiffe oder Flugzeuge, die wohl auch in Zukunft nicht batterieelektrisch betrieben werden können, könnte ein Brennstoffzellenantrieb eventuell Sinn machen.

5.5 Innovative, umweltfreundliche Elektroautos kleinerer Startup-Firmen

Auch kleine Elektroautos der großen Automobilhersteller sind momentan (Stand 2018) aufgrund ihrer hohen Preise (z.B. ab 22.000 € Listenpreis für einen Zweisitzer oder 27.000 € für einen kleinen Viersitzer) für viele Autokäufer unattraktiv.

Dagegen bietet z.B. ein Startup aus Aachen, das bereits das elektrische Auslieferungsfahrzeug für die Post entwickelte, eine preisgünstige Alternative an. Um das Fahrzeug kostengünstig anbieten zu können, hat man die bestellbaren Zusatzausstattungen reduziert und konzentriert sich bei der Ausstattung auf das Wesentliche.

Der kleine Kurzstrecken-Flitzer ist als 4-Sitzer mit variablem Kofferraum konzipiert und besitzt alle wesentlichen Sicherheitsmerkmale. Aus Umweltsicht ist erfreulich, dass der Käufer zwischen 3 Varianten wählen kann, die an den tatsächlichen Bedarf angepasste Batteriegrößen, Reichweiten und Motorleistungen bieten. Damit kann eine Überdimensionierung der Batterie, deren herstellungsbedingte CO₂- und Umwelt-Belastung mit ihrer Größe steigt, vermieden werden. Das Fahrzeug soll 2018 in die Serienproduktion gehen.

Batteriekapazität Reichweite (Stadt) Motorleistung Kaufpreis (geplant)

14,9 kWh 104 km 20 kW 15.900 €

17,9 kWh 114 km 40 kW 17.400 €

23,9 kWh 154 km 60 kW 19.900 €

Für die Umwelt kontraproduktiv wäre es allerdings, wenn Menschen, die vorher öffentliche Verkehrsmittel benutzt haben, nun auf einen solchen Stadtflitzer umsteigen würden.

Bild 5.5.1: Elektroauto mit Hochleistungs-Solarzellen auf der gesamten Karosseriefläche. (Hersteller-Pressefoto)

Ein besonders innovatives Konzept hat ein Startup von drei umweltbewegten jungen Leuten aus München entwickelt: Die gesamte Karosseriefläche wurde mit Hochleistungs-Solarzellen bestückt, die im Hochsommer elektrische Energie für bis zu 30 km Fahrstrecke pro Tag einsammeln, von April bis September immerhin für mehr als ca. 20 km pro Tag. Pro Jahr soll dieses Fahrzeug über seine Solarzellen Strom für mehr als 5000 km Fahrstrecke erzeugen können. Die eingesammelte elektrische Energie kann auch über Schuko-Steckdosen am Fahrzeug genutzt werden oder über eine Typ2-Steckdose an andere Elektroautos weitergegeben werden.

Das Kompaktklasse-("Golfklasse"-)Auto ist auf einen hohen Nutzwert hin konzipiert: Es besitzt 5 Sitze, 5 Türen, einen großen Laderaum und ist sogar mit Anhängerkupplung erhältlich; es verfügt auch über alle grundlegenden Sicherheitsausstattungen. Preislich soll es - einschließlich Batterie für echte 250 km Reichweite - für unter 26.000 € angeboten werden. Dies wird durch weitgehende Verwendung von auf dem Zuliefermarkt erhältlichen Komponenten, durch eine Beschränkung auf das Wesentliche und nur eine angebotene Variante mit nur einer Farbe erreicht werden. Das Fahrzeug soll 2019 auf den Markt kommen.

Durch seine bordeigene Energiegewinnung über Solarzellen und die noch maßvolle Batteriegröße dürfte dieses Auto - gegenüber Autos von vergleichbarer Größe mit Verbrennungsmotor - auch beim heutigen Strommix bereits große ökologische Vorteile aufweisen.