Klimavergleich Wann die Brennstoffzelle das Batterieauto schlägt

Autos, die von einer Brennstoffzelle oder einer Batterie angetrieben werden, stoßen im Betrieb kein CO2 aus. Emissionsfrei sind sie aber nicht. Welche Technologie besser fürs Klima ist, zeigt nun eine Studie.
Welche Technik wird sich durchsetzen?

Welche Technik wird sich durchsetzen?

Foto: David McNew/ Getty Images

Brennstoffzellen- oder Batterieauto, was ist die bessere Technologie für die Zukunft? Diese Frage spaltet Autofahrer und Hersteller. Während Toyota und Hyundai auf die Brennstoffzelle setzen, will etwa VW dem batterieelektrischen Fahrzeug zum Durchbruch verhelfen. Beide Technologien versprechen, den Verkehr klimafreundlicher zu machen - doch welche verursacht weniger CO2?

Ein Toyota Mirai an einer Wasserstofftankstelle

Ein Toyota Mirai an einer Wasserstofftankstelle

Foto: Toyota

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat die Treibhausgasemissionen des Brennstoffzellenautos im Auftrag des Wasserstoff-Infrastrukturunternehmens H2 Mobility mit denen eines Batteriefahrzeugs und auch denen eines Diesel-Pkw verglichen. Die Studie , die dem SPIEGEL vorliegt, zeigt vor allem eines: Wasserstoff ist nicht besser als die Batterie - aber beide sind klimafreundlicher als der Diesel.

Elektroauto überholt ab knapp 160.000 Kilometern den Diesel

Für die Studie haben Wissenschaftler die gesamte Lebensdauer mehrerer Modellfahrzeuge verglichen, also sowohl Herstellung, Betrieb und Recycling berücksichtigt. Getestet wurden ein Brennstoffzellenfahrzeug mit 95 kW Leistung, 5,6 Kilogramm Tankkapazität und einer Reichweite von über 500 Kilometern vergleichbar mit dem Hyundai Nexo sowie ein Dieselauto mit einem Verbrauch von 5,9 Litern auf 100 Kilometer und Gewicht von 1.750 Kilogramm vergleichbar mit dem Hyundai Tucson 1.6 CRDi und mehrere Batteriefahrzeuge:

  • Eines mit 60 kWh Batteriekapazität und einem Verbrauch von 19,5 kWh auf 100 km (Gewicht: 2044 Kilogramm), ungefähr vergleichbar mit einem Opel Ampera-e
  • Ein 90-kWh-Fahrzeug mit rund 400 Kilometer Reichweite und einem Verbrauch von 20,4 kWh auf 100 km (Gewicht: 2266 Kilogramm) ähnlich dem Jaguar I-Pace

Frisch ab Werk liegt der Diesel im Ökorennen vorne, denn seine Herstellung verursacht 9995 Kilogramm CO2, die eines Brennstoffzellenfahrzeugs aber 16.491 Kilogramm - und die eines E-Autos mit einer 90 kWh-Batterie sogar 22.635 Kilogramm. Nach 200.000 gefahrenen Kilometern muss sich der Diesel der Studie zufolge jedoch beiden Antrieben geschlagen geben. Denn während sein Betrieb mit 45.956 Kilogramm Kohlenstoffdioxid zu Buche schlägt, sind es für die beiden Alternativen selbst im ungünstigsten Fall weniger: Das Batterieauto hat bis dahin mit dem derzeitigen deutschen Strommix 42.416 Kilogramm CO2 ausgestoßen - und das mit ausschließlich aus Erdgas gewonnenem Wasserstoff betriebene Brennstoffzellenfahrzeug 39.128 Kilogramm.

Bei den alternativen Antrieben hängt der CO2-Fußabdruck vor allem von der Herstellung der Batterien beziehungsweise speziellen Wasserstofftanks und der Produktion des Stroms oder Wasserstoff ab. Dadurch schlägt der Diesel bei einer Laufleistung von 150.000 Kilometern das größere Batterieauto - allerdings nur, wenn der Wagen mit dem aktuellen Strommix betrieben wird und die Batterie CO2-intensiv hergestellt wurde. Lädt man den Wagen dagegen mit Solarstrom, erzeugt er deutlich weniger Kohlenstoffdioxid als der Diesel. Für diesen Vergleich haben die Forscher verschiedene Szenarien für die Brennstoffzelle, aber auch das klassische Elektroauto durchgerechnet:

  • Für den Betrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs wurde sowohl das schlechteste Szenario, bei dem Erdgas zur Wärmeerzeugung und zur Wasserstoffproduktion genutzt wird, als auch die H2-Produktion ausschließlich mithilfe von Windenergie sowie eine Mischform aus beiden Methoden errechnet
  • Beim Betrieb des Batterieautos wird zwischen dem aktuellen Strommix und der Aufladung mit reinem Solarstrom unterschieden

Auch für die Herstellung und Entsorgung der Antriebe wurden unterschiedlich CO2-intensive Szenarien berücksichtigt, und zwar eine Standardvariante sowie ein bester und schlechtester Fall mit sehr niedrigen beziehungsweise sehr hohen Emissionen:

  • die Herstellung einer 95 kW starken Brennstoffzelle verursacht im schlimmsten Fall 7253 Kilogramm CO2, im Standardfall 5770 kg und im besten Fall 4399 kg, abhängig von der Produktion der nötigen Rohstoffe wie Platin und Kohlefaser
  • der Bau eines Batteriepakets mit einer Akkukapazität von 90 kWh sorgt im Standardfall, bei dem mit dem Strommix der heutigen Produktionsländer gerechnet wird, für 11.914 Kilogramm CO2
  • im schlechtesten Fall steigt dieser Wert durch den Strommix der Produktionsländer der Studie zufolge auf 15.815 kg Kohlenstoffdioxid, im besten Fall, in dem nur Solarstrom für die Herstellung verwendet wird, wären es 6722 Kilogramm

Damit schneidet das Brennstoffzellenfahrzeug besser ab als das Batterieauto - allerdings nur bei vergleichbaren Reichweiten. Denn dann könne die höhere Effizienz des Batterieautos den CO2-Nachteil aus der Herstellung im Vergleich zum Wasserstofffahrzeug nicht kompensieren, so die Autoren.

Elektroautos mit kleineren Batterien sorgen der Studie zufolge dagegen für weniger Treibhausgasemissionen als ein Wasserstoffauto. Die Grenze liege hier bei 50 kWh Batteriekapazität sowie rund 250 Kilometern Reichweite. Auf langen Strecken sei dagegen die Brennstoffzelle im Vorteil. "Wir brauchen den gleichberechtigten Ausbau beider Technologien", fordert deshalb Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstofftechnologien am Fraunhofer ISE.

Entscheidend für die tatsächlichen Emissionen des Batterieautos sei die Fertigung der Batteriezellen sowie der Ursprung des Stroms für den Betrieb, so die Autoren. Bei der Brennstoffzelle seien es dagegen die Art der Herstellung des Wasserstoffs sowie die Produktion der Tanks des Wagens. Allerdings wurden einige Faktoren in der Studie nicht berücksichtigt, zum Beispiel der Einsatz synthetischer Kraftstoffe in Dieselmotoren und die Möglichkeit der weiteren Verwendung gebrauchter Batterien oder Brennstoffzellen.

Zusammengefasst: Eine Studie des Fraunhofer ISE zeigt, dass Brennstoffzellenautos klimafreundlicher sind als Batteriefahrzeuge mit ähnlicher Reichweite. Dafür schneiden E-Autos mit kleinen Batterien besser ab als Wasserstofffahrzeuge. Die Grenze liegt der Studie zufolge bei einer Kapazität von 50 kWh. Beide Alternativen sind allerdings klimafreundlicher als der Diesel - wenn sie länger als 150.000 Kilometer gefahren werden. Ihr CO2-Fußabdruck hängt jedoch stark von dem der Produktion der Batterien beziehungsweise des Wasserstoffs ab.