Nachdem wir uns in Teil 1 unserer kleinen Serie damit beschäftigt haben, was deutsche Autobauer auf dem Gebiet der Elektroautos, sei es Batterie oder Wasserstoff, im Angebot oder geplant haben, werfen wir in Teil 2 einen genaueren Blick auf die Batterien, bzw. Brennstoffzellen und deren Reichweiten, und reißen das Thema Umweltfreundlichkeit an.

HIER geht es zu Teil 1 der Serie über Mobilität der Zukunft – Batterie oder Wasserstoff oder beides?

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Batterie

Die Reichweite einer Batterie wird in erster Linie durch die Ladekapazität, bzw. das Managementsystem bestimmt. Unangefochtener Spitzenreiter auf diesem Gebiet ist, dank des ausgeklügelten Managementsystems, noch immer Tesla. Mit dem Model S kommt man mit dem entsprechenden Akku bis zu 600 Kilometer weit ohne nachzuladen. Allerdings kostet diese Version mit der 100-kWh-Batterie auch stolze 86.800 Euro. Ein BMW i3s kommt mit einer Batterieladung der 42,2-kWh-Batterie dagegen nur rund 340 Kilometer weit. Dafür kostet er mit der Basisausstattung aber auch weniger als halb so viel wie der Tesla: 41.600 Euro. Ein Auto mit Brennstoffzelle hat dagegen eine Reichweite von etwa 500 km, der neue Toyota FCHV-adv soll sogar 800 km mit einer Tankfüllung erreichen.

Zur Zeit kommen in Elektroautos fast ausschließlich Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz, da sie eine hohe Energiedichte besitzen und man sie sehr oft laden kann, ohne dass sich die Kapazität entscheidend verringert. Auch hier ist Tesla wieder Spitzenreiter. Elon Musks Unternehmen konzipiert die Motoren für eine Laufleistung von etwa 1,6 Millionen Kilometern. Eine Batterie im Model 3 hält in der Regel bis zu 800.000 Kilometern. Deutsche Hersteller gehen von einer von einer Akku-Lebensdauer von 100.000 bis 200.000 Kilometern aus.

Zur Herstellung der Akkus werden jedoch zahlreiche Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Grafit benötigt, die beinahe komplett aus dem Ausland importiert werden müssen. Da die meisten dieser Rohstoffe nicht unendlich verfügbar sind, sind sie teuer, was sich auch auf den Preis der Akkus niederschlägt. So kostet die Batterie für einen Klein- oder Mittelklassewagen im Schnitt 10.000 Euro, für einen Tesla 20.000 Euro.

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CO2-Bilanz

Nun stellt sich auch die Frage, inwieweit ein Zero-Emissions-Auto dann auch wirklich absolut keine Umweltbelastung mehr darstellt. Die Antwort ist einfach: Es gibt kein Zero-Emissions-Auto, da beim Abbau der Rohstoffe jede Menge CO2 freigesetzt wird. Das schwedische Umweltministerium hat in einer Studie herausgefunden, das pro Kilowatt Speicherkapazität eines Akkus zwischen 150 und 200 Kilo CO2 entstehen.

Außerdem muss auch der Strom zum Ladern der Batterien erst mal produziert werden und das ist in Deutschland alles andere als Emissionsfrei. Der deutsche „Strommix“ bezieht die Energie immer noch zum größten Teil aus Kohlekraftwerken, was dazu führt, dass ein „lokal emissionsfreies“, von einem Akku angetriebenes Elektroauto, laut einer Studie von Daimler heute mit 87,0 g/km CO2 belastet ist.

Etwas besser sieht das in Ländern wie Frankreich aus, wo der Strom auch aus einem Mix kommt, da allerdings hauptsächlich aus Atomkraftwerken. Wie hier die endgültige Umweltbilanz aussähe, wenn man das Problem der Lagerung ausgebrannter Stäbe miteinbezieht, sei dahingestellt.

Die beste CO2-Bilanz gäbe es natürlich, wenn der Strom rein aus erneuerbaren Energien kommen würde. Wie in Costa Rica. Das kleine mittelamerikanische Land bezieht sage und schreibe mehr als 99 Prozent seines gesamten Strombedarfs aus regenerativen Energien. Der größte Teil des Stroms (78 Prozent) entsteht aus Wasserkraft, jeweils rund zehn Prozent aus Wind und Erdwärme, Sonnen- und Bioenergie haben nur einen verschwindend geringen Anteil von knapp einem Prozent.

Ebenso wenig Emissionsfrei wie Batterie-Elektroautos sind aufgrund der Art der Stromerzeugung auch Elektroautos mit Wasserstofftank.

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Brennstoffzelle

Während bei der Gewinnung der Rohstoffe und der Herstellung von Akkus jede Menge Schadstoffe in die Umwelt abgegeben würde, würde ein Auto mit Brennstoffzelle lediglich Wasserstoff verbrennen, der absolut unschädlich für das Klima sei und sei saher umweltfreundlicher als ein Batterieauto. So argumentieren die Befürworter des Wasserstoffmotors.

In einer Brennstoffzelle entsteht durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Strom, der dann an den Motor weitergegeben wird. Bei dieser chemischen Reaktion entstehen keine Schadstoffe, die austreten, und das Auto gibt lediglich Wasserdampf an die Umwelt ab. Dadurch ist das Brennstoffzellenauto, ebenso wie das Batterieauto, „lokal emissionsfrei“. Dabei stellt sich nur ein kleines Problem: Man braucht erst mal Strom, um Wasserstoff zu produzieren.

Wasserstoff ist kein natürliches Element, kann nicht einfach gewonnen werden und muss daher produziert werden. Diese Herstellung geschieht durch eine sogenannte „Elektrolyse“. Dabei werden die Atome von Wasser (H2O) mit viel Strom in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) aufgespalten. Erst dadurch kann in der Brennstoffzelle wieder Strom entstehen, wenn der Wasserstoff durch den Sauerstoff der Luft wieder zu Wasser wird und die dabei im Wasserstoff gespeicherte Energie in Elektrizität umwandelt.

Durch den Kohle-lastigen Strommix in Deutschland hätten die Wasserstoffautos somit eine weit schlechtere CO2-Bilanz als Batterieautos. Außerdem wandelt das Batterieauto laut Zahlen von Transport & Environment 73 Prozent des ursprünglich erzeugten Stroms in Vortrieb um, das Brennstoffzellenauto dagegen nur 22 Prozent. Weitere Energie wird verbraucht, um den Wasserstoff, wie auch Benzin und Diesel, zu den Tankstellen zu transportieren, für die Kühlung und für die Kompression; erst bei der Herstellung und dann bei der Lagerung in den Tankstellen. Alles in allem muss nach neuesten Zahlen für den Betrieb eines Wasserstoffautos zehn Mal so viel Energie eingesetzt werden wie für den Betrieb eines Batterieautos. Somit würden 870 Gramm CO2 für 100 Kilometer Fahrtstrecke zu Buche schlagen.

Hierzu sei aber gesagt, dass diese Berechnungen natürlich auch auf Werten des deutschen Strommixes beruhen und bei Strom aus erneuerbaren Energien völlig anders aussehen würden.

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Energiegewinnung aus Auspuff, Bremsen und Solarzellen

Warum aber nicht während der Fahrt die Batterie aufladen? In der Formel 1 ist seit der Einführung der Hybridmotoren 2014 eine Technik im Einsatz, die genau das bewirkt. Die MGU-H (Motor Generator United – Heat) ein Motor, der mit dem Turbolader verbundenen ist und die Energie der Abgase in elektrische Energie umwandelt. Die MGU-K (Motor Generator United – Kinetic) wandelt die Wärme um, die beim Bremsen ensteht und gibt sie beim Beschleunigen wieder ab.

Beim Straßenauto ist es möglich, die kinetische Energie, die bei der Bewegung der Radfedern entsteht, zu gewinnen. Oder man macht es wie Toyota mit dem Prius PHV und bestückt die Karosserie des Fahrzeugs mit Solarzellen, die die Reichweite erhöhen. Alles gute Möglichkeiten, die CO2-Bilanz des „lokal emissionsfreien“ Autos noch weiter zu verbessern.

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