Batterie vs. Brennstoffzelle – warum BEVs das Rennen machen

Noch beherrschen Verbrenner die Automobilindustrie. Das Tanken der fossilen Brennstoffe ist simpel und gewohnt. Jüngste Daten deuten jedoch darauf hin, dass die Dominanz zu Ende geht. Was wird uns in Zukunft bewegen - Batterie- oder Brennstoffzellen-Technik?

Brennstoffzellen-Technik von Toyota: Mirai fahren ist komfortabel - Mirai betanken eher nicht... | Foto: Toyota
Brennstoffzellen-Technik von Toyota: Mirai fahren ist komfortabel - Mirai betanken eher nicht... | Foto: Toyota
Thomas Kanzler

Im Jahr 2021 meldete der Nachrichtendienst Bloomberg, dass die Produktion und der Verkauf von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ihren Höhepunkt erreicht haben. Weitere im selben Jahr veröffentlichte Untersuchungen bestätigte, dass der weltweite Verkauf von Verbrennern im Jahr 2020 seinen Höhepunkt erreicht hat.

Die größte Sorge im Zusammenhang mit der kontinuierlichen Nutzung von Fahrzeugen mit Benzin- oder Dieselmotoren ist die Umweltverschmutzung. Ein durchschnittlicher Verbrenner-SUV stößt 269,2 g CO2 pro Kilometer aus (Wert aus 2021). Unter den immer zahlreicher werdenden Alternativen sind batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) und wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) die beliebtesten und weltweit akzeptierten Fahrzeuge.

Unterschiedliche Funktionsweise von BEVs und FCEVs

Die meisten BEVs werden mit Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) betrieben. Aufgrund ihrer Kompaktheit und hohen Dichte werden diese Batterien in der Regel unter den Fahrzeugsitzen untergebracht, um eine angemessene Gewichtsverteilung zu ermöglichen. Die Batterien werden aufgeladen, indem das Fahrzeug an eine externe Stromquelle angeschlossen wird. Außerdem sind die Fahrzeuge mit Ladegeräten ausgestattet, die den Wechselstrom der Stromquelle in Gleichstrom umwandeln, der dann die Batterie auflädt.

Die primäre Energiequelle von FCEVs ist Wasserstoff - das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Wie BEVs werden FCEVs mit Strom betrieben und benötigen keine fossilen Brennstoffe. Ihre Funktionsweise unterscheidet sich jedoch von derjenigen der BEVs. Die Brennstoffzelle des Fahrzeugs ist ähnlich aufgebaut wie die einer Batterie - mit einer Kathode und einer Anode für die Elektrolyse. Der bordeigene Brennstoffzellentank wird mit komprimiertem Wasserstoff gefüllt. Anstatt das Gas zu verbrennen, bringt die Brennstoffzelle es über die Anode mit einem Katalysator in Kontakt. Die Wasserstoffatome werden in Protonen und Elektronen aufgespalten. Die Elektronen sammeln sich an und werden dem Motor zugeführt, der das Fahrzeug antreibt. Bei diesem Prozess wird nur Wasser als Nebenprodukt freigesetzt.

Wirkungsgrad und Laden

Einer der wichtigsten Faktoren, die die Wahl des besten Fahrzeugs bestimmen, ist die Reiseeffizienz. Heutige BEVs erreichen in der Regel einen Wirkungsgrad zwischen 70 und 80 Prozent. FCEVs hingegen erreichen durchschnittlich einen Wirkungsgrad zwischen 25 und 35 Prozent.

Obwohl beide Fahrzeugtypen mit Strom betrieben werden, sind nur BEVs aufgrund ihrer Netzanbindung in der Lage, intelligent aufzuladen und V2G zu nutzen (Vehicle to Grid – Fahrzeug kann Energie ins Stromnetz speisen). Aufgrund der Vorteile des intelligenten und V2G-Ladens bedeutet dies zusätzliche Punkte für BEVs. Das Laden der Fahrzeuge zu überwachen und zu verwalten und außerhalb der Spitzenlastzeiten zu laden und überschüssige oder ungenutzte Energie an das Netz zurück zu verkaufen wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Diese Vorzüge tragen sowohl zur Nachhaltigkeit des Netzes als auch zum Geldbeutel der EV-Besitzer bei.

Kosten und Betrieb

Die Anschaffung eines BEV ist weit günstiger als eines der wenigen am Markt befindlichen Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Zudem gab es 2021 weltweit nur 539 Wasserstofftankstellen. Diese Knappheit ist unter anderem auf den komplexen Prozess der Verpressung von Wasserstoff für die Automobilnutzung zurückzuführen. Diese Faktoren machen die Betankung von Wasserstoff teuer.

Im Gegensatz dazu gibt es im Jahr 2021 weltweit etwa 1,3 Millionen öffentlich zugängliche Ladestationen für Elektrofahrzeuge.

CO2-Abdruck

Sowohl BEVs als auch FCEVs haben ihren Kohlenstoff-Fußabdruck, da die Netze, die die Batterien der EVs aufladen, erhebliche Mengen an CO2 für die Stromerzeugung verbrauchen, und die Wasserstoffproduktion durch die umgekehrte Elektrolyse von Wasser große Mengen an CO2 in die Atmosphäre freisetzt.

Im Jahr 2021 veröffentlichte Forbes eine Studie, in der die CO2-Fußabdrücke dieser Fahrzeugtypen analysiert wurden. Laut der Studie haben BEVs im Vereinigten Königreich einen CO2-Fußabdruck von 36 g/km CO2. Das FCEV-Äquivalent dieses Fahrzeugs hat einen CO2-Fußabdruck von 82 g/km.

Was bedeutet das?

Bei unseren Testfahrten mit dem aktuellen Toyota Mirai in München und Umgebung zeigten uns, wie schwierig es ist, Wasserstoff zu tanken. Von den wenigen Möglichkeiten, überhaupt zu tanken, waren dann noch einige Wasserstoff-Tankstellen entweder komplett außer Betrieb oder funktionierten nicht ordungsgemäß. Im Vergleich dazu ist das (noch lückenhafte) Ladenetz für die Stromer schon fast komfortabel.

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