Was wird sich durchsetzen: Batterie oder Brennstoffzelle?

In diesem Beitrag wollen wir uns mit der Mutter aller Fragen beschäftigen, die die Transportbranche in diesen Tagen und Monaten beschäftigt: Welche Antriebstechnik wird sich durchsetzen? Batterie oder Brennstoffzelle? Wir liefern hier eine verbindliche Antwort, mit der Sie leben können und vermutlich auch leben müssen. Denn mehr werden Sie in den nächsten Jahren nicht zu hören bekommen.

Zuwenig zu spät?

Klimaaktivisten weisen (wohl) nicht zu Unrecht darauf hin, dass die Maßnahmen, welche die Politik in Sachen Klimaschutz auf allen Ebenen beschlossen oder zumindest als Absichtserklärung formuliert haben, nicht weit genug gehen. Zu wenig zu spät, ist ihr vernichtendes Urteil. Man hätte die Ziele ambitionierter formulieren und die Zeitspanne der Umstellung auf eine klimaneutrale Wirtschaft  nicht so lange strecken sollen. Dies mag in Bezug auf das Erreichen des 1,5 Grad Zieles tatsächlich stimmen. Hinsichtlich der technischen Möglichkeiten und der damit verbundenen Umstellung der Infrastruktur, ist diese Forderung vermutlich naiv.

 

Das Problem ist nicht, dass die Politik jetzt zu langsam und zu zögerlich reagiert. Die eigentliche Ursache für das aktuelle Dilemma ist, dass sich Wirtschaft und Politik die letzten 40 Jahre geweigert haben, das Problem ernst zu nehmen und die entsprechenden Gelder für Entwicklung und Forschung bereitzustellen. Jetzt hinken wir den potenziellen Möglichkeiten hinterher und stecken noch mitten in der technischen Entwicklung.

Besonders deutlich wird dies im Bereich der Antriebstechnik für Lastkraftwagen (LKW) und Nutzfahrzeuge. Viele Betriebe mit einem entsprechenden Fuhrpark sind verunsichert, weil sie nicht sicher sind, für was sie sich entscheiden sollen. Sind nun die batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge die Zukunft des Güterverkehrs, oder werden die LKWs künftig eher mit Brennstoffzellen bestückt werden?

Wir stehen erst am Anfang der Entwicklung

Beide Technologien haben Vor- und Nachteile. Eines verbindet sie allerdings: Sie befinden sich beide noch im Entwicklungsstadium. Zumindest was deren Einsatz bei LKWs und anderen Nutzfahrzeugen betrifft. Das bedeutet allerdings nicht, dass das vorhandene Angebot noch nicht praxistauglich wäre. Es ist nur so, dass wir uns in der Entwicklung noch nicht in der Endphase befinden, sondern wahrscheinlich noch große Sprünge sehen werden.

Weshalb sollte man sich also jetzt schon für den einen oder den anderen Weg entscheiden? Ist es nicht sinnvoll abzuwarten, um zu sehen, welche Technik sich schlussendlich durchsetzen wird?

Genau diese Überlegungen sind es, welche verunsicherte Flottenbetreiber davon abhalten, den Schritt in den klimaschonenden Güterverkehr zu gehen. Manch eine/einer mag auch diese Unsicherheit vorschieben, um den eigentlichen Unwillen zur Umstellung auf eine klimaverträgliche Technik zu verbergen. Den meisten fehlt es aber tatsächlich an der notwendigen Orientierung, um schwerwiegende finanzielle Entscheidungen zu treffen.

Batterie oder Brennstoffzelle – eine Gegenüberstellung

Pro & Kontra Batterie

Der Vorteil der Batterie ist, dass der Wirkungsgrad im Vergleich zu klassischen Verbrennungsmotoren sehr hoch ist. Anders ausgedrückt: Pro investierte Energieeinheit bekomme ich mehr Laufweite.

Elektromotoren sind schon seit hundert Jahren in Betrieb und deshalb in der Entwicklung schon sehr weit bzw. sehr effizient. Ihr Aufbau ist vergleichsweise einfach, weshalb weniger Geld für den Unterhalt der Maschine investiert werden muss.

Der Nachteil der batteriebetriebenen Elektromotoren liegt in der Batterie. Während wir die Motoren weitgehend ausentwickelt haben, stehen wir im Bereich der Batterietechnologie noch ziemlich am Anfang. Noch sind die Teile zu schwer (was die Nutzlast und die Reichweite reduziert), die Kapazitäten zu gering (was deren Einsatz im Langstreckenbereich erschwert) und die Produktion alles andere als
umweltfreundlich.

Der Wirkungsgrad der Batterie ist außerdem stark von der Außentemperatur abhängig. Bei niedriger Temperatur laufen die chemischen Prozesse ungünstig, weshalb viel Energie für das Heizen des Energieträgers verloren geht.

Dazu kommt, dass Batterien noch immer auf knappen und damit teuren Materialien basieren, womit eine unerwünschte Abhängigkeit von Drittstaaten einhergeht. Außerdem gibt es Vorbehalte in Bezug auf die Sicherheit, und die Frage der Entsorgung ist ebenfalls noch nicht abschließend geklärt.

Der größte Nachteil in den Augen vieler Transportunternehmen ist jedoch die lange Ladezeit der Batterien. Wenn ein Fuhrpark auf batteriebetriebene Elektrofahrzeuge umgestellt wird, muss nicht nur in die Infrastruktur (LKWs und ggf. Ladestationen) investiert werden, sondern auch in ein ganz neues Zeitmanagement im Betrieb der Fahrzeuge. Denn bei LKWs im Batteriebetrieb müssen die jeweiligen Lademöglichkeiten der geplanten Strecken mit den gesetzlich geforderten Ruhezeiten der Fahrer in Abstimmung gebracht werden.

So wie es aussieht, können die meisten dieser Schwachpunkte irgendwann beseitigt werden. Nur im Moment sind sie eben die Realität, vor der ein Unternehmer oder eine Unternehmerin die Augen nicht verschließen kann.

Pro & Kontra Brennstoffzelle

Die auf Wasserstoff basierende Brennstoffzelle bietet bereits heute ähnliche Reichweiten wie ein gewöhnlicher dieselbetriebener LKW. Entsprechend stellt die Umstellung auf Wasserstoff eine deutlich geringere organisatorische Hürde dar als dies bei batteriebetriebenen Fahrzeugen der Fall ist. Vorteilhaft ist auch, dass man bei Brennstoffzellen ähnlich kurze Betankungszeiten hat wie bei Diesel.

Der Nachteil von Brennstoffzellen liegt in erster Linie in der Energieeffizienz. Es ist heute noch aufwändig, Wasser durch Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Während ein batteriebetriebenes Fahrzeug rund 70% seiner eingesetzten Energie in Bewegung umwandeln kann,
sind es bei einem Dieselmotor nur etwa 30 Prozent. Und bei einer Brennstoffzelle sogar nur 20 bis 30 Prozent. Das ist ein Problem, weil es uns aktuell noch an der notwendigen klimaschonenden Energie fehlt. Für den Fuhrparkbetreiber macht dies eine Brennstoffzelle aber auch teuer.

Zu erwähnen ist auch, dass die Infrastruktur für das Betanken mit Wasserstoff schon aufgrund der Sicherheitsvorschriften höhere Investitionen (und Raumbedarf) erfordert, als dies bei der Batterie der Fall ist.

Auch bei der Brennstoffzelle muss man aber festhalten, dass wir uns sowohl bei der Aufspaltung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff als auch bei der Brennstoffzelle selber immer noch in einem dynamischen Entwicklungsprozess befinden, welcher noch längst nicht abgeschlossen ist.

Das Flaschenhalsproblem Infrastruktur

Beiden Antriebsvarianten für einen klimaschonenden Kraftfahrzeugbetrieb gemein ist das Problem, dass die notwendige flächendeckende Infrastruktur erst in Ansätzen vorhanden ist. Was wiederum zu der Empfehlung führt, dass die Fuhrunternehmen sich mit dem Gedanken tragen sollten, sich so weit wie möglich von externen Versorgern unabhängig zu machen. Damit dies geschieht, hat der Bund mit den KsNI-Förderprogrammen auch eine extrem attraktive Förderung von Investitionen in die Infrastruktur vorgesehen (bis zu 85% Zuschüsse – max. 25 Millionen).

Batterie oder Brennstoffzelle – wer macht das Rennen?

Wie Sie sehen konnten, liegt im Bereich der klimaschonenden Antriebsformen für Transport- und Nutzfahrzeuge noch vieles im Unklaren. Trotzdem kann man schon heute eine ziemlich verbindliche Aussage darüber machen, welche Variante sich am Ende durchsetzen wird: Beide!

Zumindest in den ersten Jahren und Jahrzehnten werden beide Antriebsvarianten ihren Markt und ihren Einsatzbereich haben. Um das zu verstehen, müssen Sie lediglich die Vor- und Nachteile von Batterie und Brennstoffzelle analysieren.

Wo machen Batterien bei LKWs und Nutzfahrzeugen Sinn?

Solange die Ladezeiten von Batterien lang und die Reichweiten vergleichsweise klein sind, können diese im Langstreckenbetrieb nicht effizient eingesetzt werden. Punkt.

Natürlich ist es möglich, die Reichweiten zu erhöhen, aber es bleibt so oder so der enorme Planungs- und Koordinationsaufwand von Routen, Ladestationen, Ladedauer und Ruhezeiten der Fahrer. Das gilt selbst dann, wenn die dazu notwendige Infrastruktur (Stichwort LKW-Standplätze mit entsprechenden Ladekapazitäten) tatsächlich einmal vorhanden sein sollte. Batteriebetriebene Nutzfahrzeuge mit einer jährlichen Laufleistung von bis zu 50.000 km werden deshalb lediglich für die Feinverteilung von Waren und Gütern attraktiv sein. Dies hat zwei Vorteile: Die schweren Batterien (die Reichweite und Nutzlast belasten) können kleiner gehalten werden und das Aufladen kann am
eigenen Betriebsstandort erfolgen.

Wann sind Wasserstoff- / Brennstoffzellen die richtige Wahl bei LKWs und Nutzfahrzeugen?

Der Güterfernverkehr wird auf Wasserstoff bzw. Brennstoffzellen setzen. Und zwar genau deshalb, weil die praktische Umsetzung hier deutlich einfacher ist. Sicher, am Anfang wird das zu gewissen Kostennachteilen im Vergleich zu herkömmlichen Dieselfahrzeugen führen. Diese werden jedoch mit der Zeit mehr und mehr verschwinden. Und zwar spätestens dann, wenn es keine Dieselfahrzeuge mehr gibt.

Weshalb Wasserstoff auf jeden Fall ein wichtiger Energieträger werden wird

Die Nachteile in Bezug auf die Energieeffizienz von Wasserstoff werden ebenfalls in den Hintergrund rücken. Dafür gibt es mindestens vier gute Gründe:

1. Zuwenig Energie
Solange die Kernfusion nicht das Versprechen von der unerschöpflichen Energiequelle wahr machen wird, haben wir zu wenig Energie. Wir sind also darauf angewiesen, alles, was uns zur Verfügung steht, zu nutzen. Es wird also nicht ohne Energiemix gehen.

2. Ungenutzte Produktionskapazitäten
Dazu gehört auch, dass wir es uns zukünftig nicht mehr leisten können, Windkraftwerke abzustellen, weil andere Energieträger den Bedarf auch ohne Windkraft abdecken können. Diese Überschussenergie können wir nutzen, um Elektrolyse zu betreiben. Alles, was wir hier aus diesen bisher ungenutzten Kapazitäten herausholen, ist quasi 100 % energieeffizient.

3. Lagerung und Transport
Damit haben wir eigentlich schon Punkt drei auf der Liste angesprochen. Die Windkraftwerke werden deshalb vom Netz genommen, weil sich Strom nur sehr schwer lagern lässt, und auch der Transport über große Strecken mit großen Verlusten verbunden ist. Wie bekommen wir ihn also verlustärmer über Strecken von vielen tausend Kilometern transportiert?

Dieser Frage gehen wir nach am Beispiel der Sonnenenergie, die zudem, im Gegensatz zur Kernfusion, real vorhanden ist. Besonders effektiv erntet man diese an Standorten in der Nähe des Äquators. Dort ist nicht nur die Sonnenintensität und die Sonnenscheindauer
größer und verlässlicher als im Norden Deutschlands. Wir haben dort auch die notwendigen Flächen zur Verfügung, um die Welt mit Energie zu versorgen.

Nur, wie wird diese transportiert? Wasserstoff ist in diesem Fall tatsächlich effektiver und geeigneter als Stromkabel. Auch hier spielt die Effizienz dann keine allzu große Rolle. Denn entweder haben wir Energie oder eben nicht. In letzterem Fall stellt sich die Frage nach der Effizienz dann erst gar nicht…

4. Der technische Fortschritt
Bereits jetzt ist absehbar, dass die Elektrolyse von Wasser durch verbesserte Katalysatoren deutlich effizienter und günstiger erfolgen kann. Der Kostennachteil wird also zukünftig massiv sinken.

Batterie oder Brennstoffzelle – die Entscheidung fällen Sie!

Wenn Sie uns bis hierhin gefolgt sind, werden Sie mit Sicherheit erkannt haben, dass es nicht darum geht, wer nun das Rennen machen wird: Batterie oder Brennstoffzelle? Wenn wir davon ausgehen, dass an einem Ersatz der klimaschädlichen Benzin- & Dieselmotoren kein Weg vorbeiführt, müssen Sie für sich entscheiden, welcher Energieträger Ihren Bedarfsbereich optimal abdecken kann. Diese Entscheidung wird Ihnen niemand abnehmen.

Die Industrie, also die großen LKW-Hersteller, haben sich jedoch bereits mehr oder wenigerfestgelegt:

Auf die Brennstoffzelle im Güterfernverkehr und auf die Batterie bei Fahrzeugen, welche die Feinverteilung vornehmen.

Wird sich daran in den nächsten fünf, zehn oder fünfzehn Jahren etwas ändern? Wohl eher nicht. In dieser Zeit werden sie zwei bis drei Generationen der neuen Fahrzeuge durchlaufen lassen und dabei ihre Erfahrungen sammeln. Dank der KsNI-Förderprogramme sogar ohne großes (finanzielles) Risiko.

Und noch etwas steht in diesem Zusammenhang im Raum: Sollten sich die Erfahrungen aus dem Bereich der batteriebetriebenen PKWs auf die LKWs übertragen lassen, könnte es durchaus sein, dass zukünftig ein LKW nicht mehr nur 3-5 Jahre im Bestand bleibt, sondern deutlich länger.

Es gibt also gute Gründe, sich nicht von der scheinbar so schwer zu beantwortenden Frage „Batterie oder Brennstoffzelle“ abhalten zu lassen, eine Entscheidung zu fällen, sondern sich zu überlegen, inwieweit man seinen Betrieb von der öffentlich zugänglichen Infrastruktur (Lade- & Tankstationen) unabhängig machen kann. Dies ist die Entscheidung, die möglichst rasch gefällt werden muss, weil die Planungszeit und das Bewilligungsverfahren vermutlich ihre Zeit beansprucht und die Kapazitäten der Firmen, welche in der Lage sind, solche Einrichtungen zu installieren, bereits heute an der Kapazitätsgrenze arbeiten. Je länger Sie mit Ihrer Entscheidung warten, desto stärker dürfte sich die
Nachfrage erhöht haben und die Situation weiter verschärfen.

Dies und nicht die Frage, ob Batterie oder Brennstoffzelle, wird die große Herausforderung der nächsten zehn Jahre sein.

Fazit:

Es geht nicht gegen Batterie oder Brennstoffzelle

Es steht außer Frage, dass im Bereich der Last- und Nutzfahrzeuge die Umstellung auf alternative Antriebsformen kommen wird. Der Diesel ist tot, weil sich die LKW-Hersteller schwer tun, Geld in eine Technik zu investieren, die Mühe hat, die strengen Euro 7 Normen (bei vertretbaren Kosten) zu erfüllen. Entsprechend wird – auch wenn dies heute am Markt noch kaum zu sehen ist – die Umstellung innerhalb weniger Jahre Tatsache sein.

Dabei zeichnet sich ab, dass die Anbieter zukünftig hinsichtlich der Antriebstechnik zwischen Güterfernverkehr und den Fahrzeugen für die regionale Feinverteilung unterscheiden werden. Für die Feinverteilung wird die Batterie erste Wahl sein, während der Fernverkehr nach jetzigem Stand der Technik durch Fahrzeuge mit Wasserstoff als Energieträger (Brennstoffzellen) abgewickelt werden wird.

Um nicht von dem Vorhandensein von Lade- und Tankkapazitäten im Einsatzgebiet abhängig zu sein, empfiehlt es sich, eine eigene Lade- und Tankinfrastruktur aufzubauen, soweit es die Gegebenheiten vor Ort zulassen. Wer sich für diesen Weg entscheidet, sollte dieses Projekt so frühzeitig wie möglich in Angriff nehmen, nämlich solange die Förderung hoch (80 % – bis 25 Millionen EUR) und die Nachfrage (vergleichsweise) gering ausfällt. Schon in wenigen Jahren könnte sich dies markant geändert haben.

Wasserstoff – Rettung für die deutsche Industrie?

by "Die Stunde Null – Der Wirtschaftspodcast von Capital und n-tv"