Im dritten und letzten Teil unserer kleinen Serie über Elektroautos mit Batterie oder Wasserstoffantrieb stellen wir die Antriebskonzepte erneut gegenüber, gehen auf die jeweiligen Gefahren ein und ziehen ein Fazit, welche Variante die wohl größeren Zukunftschancen hat.

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Brennstoffzellen werden billiger

Audi arbeitet gemeinsam mit Hyundai an der Entwicklung von Serienautos mit Brennstoffzelle. „Bis 2025 werden wir deutlich mehr als 20 elektrifizierte Modelle im Angebot haben: Plug-in-Hybride, Elektroautos und ein erstes Modell mit Brennstoffzelle in Kleinserie“, sagte Audi-Chef Bram Schot im vergangenen Jahr. „Mit dem Ziel, zur Mitte des nächsten Jahrzehnts führende Premiummarke für Elektroautos zu sein und 800.000 E-Autos pro Jahr zu verkaufen.“ Dr. Nikolai Ardey, der Leiter des „Powertrain Development” bei den Ingolstädtern, ging noch einen Schritt weiter und meinte, dass die momentan noch sehr hohen Kosten für ein Auto mit Brennstoffzelle signifikant gesenkt werden könnten.

„Wenn man nach 2025 auf eine Stückzahl von ungefähr 100.000 Einheiten pro Jahr kommt, was für einen Konzern wie Volkswagen eine durchaus erreichbarer Größe ist, kann man schon davon ausgehen, dass sich der Preis für eine Brennstoffzelle ungefähr auf ein knappes Drittel bis ein Viertel reduzieren lässt“, sagte Arday im Interview mit Springer Professional.

Der Mercedes EQC © Daimler

Aktuell kostet der Toyota Mirai laut Liste knapp 80.000 Euro, ein Hyundai Nexo rund 10.000 Euro weniger. Ein großer Kostenfaktor dabei ist die Brennstoffzelle, da dafür unter anderem das seltene und daher extrem teure Platin verwendet wird. Laut Professor Christian Mohrdiek, Geschäftsführer der Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH und verantwortlich für die Brennstoffzellenentwicklung im Daimler-Konzerns, sei Platin jedoch „nicht mehr der größte Kostenfaktor bei der Entwicklung der Brennstoffzelle“.

Auch von Volkswagen kommen diesbezüglich positive Nachrichten, denn in Zusammenarbeit mit der Universität Stanford hat der Konzern ein neues Verfahren entwickelt, mit dem die Platinatome extrem dünn auf einer Kohlenstoffoberfläche verteilt werden können. Dank dieses neuen Verfahrens kann die Menge des verwendeten Platins auf einen Bruchteil reduziert werden, was wiederum auch die Kosten entscheidend senkt.

Batterien – je mehr Reichweite, desto teurer

Für ein elektrisch angetriebenes Auto muss man als Käufer ebenso weit tiefer in die Tasche greifen als für eines mit Verbrennungsmotor. Der Grund dafür ist in erster Linie die Batterie, bzw. deren Kapazität. Je mehr Kilowattstunden, desto größer die Reichweite und desto höher der Preis. Deshalb kostet die Batterie für einen Tesla mit bis zu 600 Kilometern Reichweite – wie bereits in Teil unserer Serie erwähnt – auch 20.000 Euro, während die für ein Auto mit halber Reichweite auch nur halb so teuer ist.

Unterschiede gibt es auch bei der veranschlagten Lebensdauer von 100.000 Kilometern bis 800.000 Kilometern. Obwohl die Lithium-Ionen-Akkus auch bei häufigem Laden kaum einen Memory-Effekt haben, verliert der Akku eines Autos im Laufe seines Lebens ebenso an Ladekapazität wie die Batterie eines Handys. Wie schnell dieses Nachlassen der Kapazität geschieht, hängt neben der Anzahl der Ladezyklen auch davon ab, wie nachgeladen wird, per Schnellladung oder mit normaler Geschwindigkeit. Außerdem spielen auch Faktoren wie Außentemperatur und Fahrweise eine Rolle. Nach etwa acht bis zehn Jahren sind die Batterien zwar immer noch funktionsfähig, die Ladekapazität verringert sich im Laufe der Zeit jedoch auf 70 bis 80 Prozent.

© Toyota

Problem Batterien-Recycling

Und selbst Akkus, die in Autos nicht mehr verwendet werden, können zum Beispiel als Zwischenspeicher für Strom aus erneuerbaren Energien dienen um den, beispielsweise durch Windkraftwerke, überschüssig produzierten Strom zu speichern und zu einem späterem Zeitpunkt wieder ins Netz einzuspeisen. Irgendwann stellt sich aber die Frage, was tun mit ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien? Zur Zeit werden nur etwa 50 Prozent der Akkus recycled und das Lithium mit großem Aufwand wieder extrahiert.

Es gibt jedoch bereits Ansätze, diese Problem langfristig zu lösen. Das US-amerikanische Unternehmen EnZinc entwickelt als Alternative zum Lithium-Ionen-Akku eine spezielle Nickel-Zink-Batterie. Dabei ermöglicht es die 3D-Zink-Schwammstruktur der Batterie, mehr als die dreifache Energie von Blei-Säure-Batterien mit der zwei- bis dreifachen Lebensdauer zu liefern, während sie etwa gleich viel kostet. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus bietet sie die gleiche Energie und Lebensdauer bei etwa der Hälfte der Kosten. Laut des Unternehmens aus dem kalifornischen San Anselmo ist die Batterie vollständig recycelbar und viel sicherer in der Anwendung als Blei- oder Lithium-Batterien.

Explosionsgefahr bei Batterie und Wasserstoff?

Nachdem vor einigen Wochen zum zweiten Mal in relativ kurzer Zeit ein Tesla Model S offenbar urplötzlich in Flammen stand, fachte das die Diskussion um die Sicherheit von Elektroautos an. Ein großes Thema war/ist dabei auch die Frage, was passiert bei einem Unfall? Wie hoch ist das Risiko, eines Brandes? Laut eines Berichts des ADAC, „vergleichsweise gering, da aktuelle Elektroautos bei einem Unfall genauso sicher sind wie herkömmliche Autos und das Hochvoltsystem in der Regel nach einem Unfall mit Auslösung des Airbag abgeschaltet wird.“

Der Automobilclub hatte einen Crashtest-Vergleich vom elektrisch angetriebenen Volkswagen e-up! mit dem normalen VW up! durchgeführt und am Ende an beide Autos 5 Sterne vergeben. Die elektrische Abschaltung des Hochvolt-Systems beim e-up! reagierte innerhalb von Millisekunden auf den Unfall und trennte über ein Relais die Verbindungsleitung zwischen Batteriepack und Hochvolt-Leitungen zum Elektroantrieb. „Die Batterie entzündete sich nicht, es bestand keine Brandgefahr.“

© Toyota

Sorgen machen sich Verbraucher auch über die Sicherheit der Wasserstoffautos, insbesondere, nach der Explosion einer Wasserstofftankstelle in Norwegen vor knapp einem Monat. Hersteller beteuern jedoch, dass Autos mit Brennstoffzelle nicht gefährlicher seien als herkömmliche Diesel- oder Benzinfahrzeuge. Im Gegenteil. „Auch wenn Wasserstoff hochentzündlich ist, besteht bei einem Unfall keine erhöhte Gefahr. Vielmehr sind wasserstoffbetriebene Fahrzeuge sicherer als konventionelle Benziner“, betont Toyota auf seiner Website. Denn, wie ein Test der Universität Miami gezeigt habe, explodiere Wasserstoff nicht.

„Nachdem die Wissenschaftler einem Benzintank sowie einem Wasserstofftank ein Leck zugefügt hatten, setzten sie die Fahrzeuge in Brand. Am Wasserstofftank entstand zwar eine Stichflamme – diese verpuffte jedoch komplett nach oben und erlosch sehr schnell“, erklären die Japaner. „Der Großteil des Autos blieb unbeschadet. Denn Wasserstoff verflüchtigt sich rasch und die Fahrzeugkabine ist zudem gegen austretenden Wasserstoff gesichert. Der Benziner hingegen brannte vollständig aus.“ Ein Leck am Wasserstofftank, das zu einem Brand führen könnte, sei zudem sehr unwahrscheinlich. Und selbst wenn ein Leck auftreten sollte, würden die Sensoren den austretenden Wasserstoff erkennen und das Fahrzeug würde automatisch abgeschaltet.

Fazit: Batterie oder Wasserstoff?

Wie sieht es nun mit den Kosten fürs Tanken bei Batterie und Wasserstoff aus? Letzterer kostet pro Kilogramm 9,50 Euro. Der Verbrauch liegt bei rund einem Kilo für 100 Kilometer, was dazu führt, dass das H2-Auto nicht günstiger ist als ein herkömmlicher Verbrenner. Anders beim Batterie betriebenen Auto. Laut einer Berechnung des ADAC kommt ein solches E-Auto pro Monat um 30 Euro günstiger, wenn man einen Preis von 1,30 je Liter Sprit und 28 Euro-Cent pro Kilowattstunde zugrunde legt. Ein Punkt also für das Batterieauto.

Der nächste Punkt geht ebenso eindeutig an das Batterieauto: Das der Lademöglichkeiten. In Deutschland stehen mehr als 15.000 Ladestationen für Batterieautos gerade mal 71 Zapfsäulen für Wasserstoff gegenüber.

Bei der Zeit an der Zapfsäule gewinnt dagegen das Brennstoffzellenauto, das mit einer Zeit von drei bis fünf Minuten im Grunde ebenso schnell betankt werden kann, wie ein Benziner oder Diesel. Das Laden eines Batterieautos hängt von der Kapazität der Batterie und der Art des Ladens ab. An der heimischen Steckdose dauert es zwischen acht und 14 Stunden, an einer öffentlichen Schnell-Ladestation zwischen 30 und 60 Minuten, wenn das Auto für diese Ladesäulen geeignet ist.

Solare Wasserstofftankstelle © Fraunhofer ISE

In puncto Reichweite kommen die Batterieautos den rund 500 Kilometern der Wasserstoffautos näher oder haben sie bereits überholt. Mit dem aktuellen Tesla Model 3 kommt man, je nach Fahrweise, rund 560 Kilometer weit ohne nachladen zu müssen. Also unentschieden.

Bezüglich Umweltfreundlichkeit liegen beide Antriebsarten – zumindest in Deutschland – ziemlich gleichauf, da die Stromproduktion in beiden Fällen gleich umweltschädlich ist. Allerdings kommt beim Brennstoffzellauto dazu, dass der Wasserstoff zu den Tankstellen transportiert werden muss, was eine weitere Belastung der Umwelt bedeutet. Diese Tankstellen müssen auch erst eingerichtet werden. Deren Bau kommt auf jeweils etwa 1.000.000 Euro, während man zum Laden der Batterieautos lediglich weitere Ladestationen aufstellen muss. Vorteil Batterie.

Abschließend sei die „Gefahr“ angesprochen, dass eine Umstellung auf E-Autos zu einem Kollaps der Stromnetze führen würde. Berechnungen zufolge sieht es so aus, dass für die Erzeugung von zehn Litern Treibstoff, egal ob Diesel oder Benzin, von „Well-to-Wheel“, also von der Quelle bis zur Zapfsäule, 100 Kilowattstunden Energie nötig sind. Mit diesen zehn Litern kommt ein Auto mit Verbrennungsmotor im Schnitt 100 Kilometer weit. Ein Tesla käme mit dem gleichen Aufwand fünf Mal so weit, oder fünf Elektroautos kämen jeweils 100 Kilometer weit. Und da Elektroautos ja Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ersetzen und nicht dazukommen würden, könnte all die Energie zum Laden verwendet werden, die zur Erzeugung von Benzin oder Diesel nicht mehr gebraucht würde.

Aktuell hat also das Batterieauto die Nase noch leicht vorne, vielleicht ist aber auch Mercedes mit dem GLC F-CELL auf dem besten Weg, der Brennstoffzellen- und Batterietechnik zu einem Plug-in-Hybrid kombiniert und beide Antriebskonzepte haben eine Zukunft…

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