Mobilität im Jahr 2030: Wasserstoff-Antriebe als eine sinnvolle Ergänzung zu batterieelektrischen Fahrzeugen

Matthias Kratzsch, Vorsitzender der Geschäftsführung von IAV: „Die vom Verkehrssektor verursachten CO2-Emissionen müssen deutlich sinken. Aus unserer Sicht konzentriert sich die öffentliche und politische Debatte jedoch zu oft auf das rein batterieelektrische Fahrzeug, während die gängige Tank-to-Wheel (TtW) Sichtweise wesentliche CO2-Verursacher vernachlässigt.“

Für die Studie haben IAV-Experten den anzunehmenden CO2-Footprint dreier Fahrzeugklassen (mittelschweres SUV, leichtes Nfz und schweres Nfz) für das Jahr 2030 untersucht. Je Fahrzeugklasse untersuchten die Autoren die CO2-Äquivalente, die bei der Verwendung eines rein batterieelektrischen Antriebs, einer Brennstoffzelle und eines Wasserstoffverbrennungsmotors anfallen würden. Die Berechnungen erfolgten gemäß einer Tank-to-Wheel, Well-to-Wheel und Lebenszyklus (LCA) Betrachtungsweise. Für letztere wurde der komplette Zyklus eines Fahrzeugs von der Rohstoffgewinnung über die Logistikkette, Produktion, Montage und Nutzung bis hin zum Recycling analysiert.

Für ihre Arbeit nutzten die Autoren GaBi, die führende Ökobilanz-Software im Automotive Bereich, und verwendeten Daten des Umweltbundesamts (UBA), etwa für die prognostizierte CO2-Intensität des deutschen Strommix in 2030. Dabei berücksichtigten sie den fortschreitenden Trend in der deutschen Automobilindustrie hin zu einer CO2-neutralen Produktion sowie eine zunehmende Fertigung von Batteriesystemen in Deutschland.

Marc Sens, Studien- und Fachbereichsleiter bei IAV, fasst die Kernergebnisse der Studie wie folgt zusammen: „Mit allen drei untersuchten Antriebsvarianten ließe sich unter konsequenter LCA-Betrachtung der CO2-Footprint im Verkehrssektor im Jahr 2030 deutlich reduzieren. Dabei ist ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb je nach untersuchter Fahrzeugklasse ähnlich klimafreundlich wie ein rein batterieelektrisches Mobil – und damit eine sinnvolle Ergänzung im Flottenmix.“

Auch unter Einsatz eines Wasserstoffverbrennungsmotors ließe sich der CO2-Rucksack in allen Fahrzeugklassen deutlich verringern. Aufgrund des geringeren Wirkungsgrads verfehlt die Technologie jedoch knapp die Einsparpotenziale des untersuchten Brennstoffzellenantriebs. Sens: „Da der Wasserstoffverbrennungsmotor im Vergleich zur Brennstoffzelle deutlich robuster ist und zudem vergleichsweise schnell in die Serienreife überführt werden kann, ist er mehr als nur eine Brückentechnologie. Und das sowohl für schwere Pkw als auch für Nutzfahrzeuge.“ Brennstoffzelle wie Wasserstoffverbrennungsmotor überzeugen dabei auch in der Gesamtkostenrechnung und sind je nach Produktionsmethode und -ort konkurrenzfähig zu rein batterieelektrischen Antrieben.

Besonders deutlich wird das Potenzial der drei Antriebstechnologien, wenn sie im Kontext der aktuellen CO2-Gesetzgebung betrachtet werden. Danach dürfen neu in der EU zugelassene Pkw aktuell ein Durchschnittsziel von 95 g CO2/km nicht überschreiten. Die Berechnungsmethode der EU basiert auf der Tank-to-Wheel Sichtweise und klammert damit wesentliche CO2-Quellen wie Rohstoffgewinnung, Produktion und Recycling aus. Die nun vorliegende Studie zeigt, dass unter Verwendung von rein batterieelektrischen wie auch wasserstoffbasierten Antrieben und möglichst CO2-neutraler Produktions- und Recyclingverfahren im Pkw-Bereich ein Wert von knapp über 70 g CO2/km sogar über den gesamten Lebenszyklus erreicht werden könnte.

„Auch in Fahrzeugklassen wie leichte Nutzfahrzeuge sind unter LCA-Betrachtung deutliche Einsparpotenziale bis 2030 möglich. Dabei ist die Brennstoffzelle (132 bzw. 117 g CO2/km) nach unserer Kalkulation dem rein batterieelektrischen Antrieb (139 g CO2/km) aufgrund der für die 500 km Zielreichweite erforderlichen Batteriegröße sogar leicht überlegen“, sagt Sens. Für schwere Nutzfahrzeuge sind unter LCA-Gesichtspunkten bei allen Antriebsvarianten ebenfalls deutliche CO2-Einsparpotenziale vorhanden. Ungeachtet der höheren Produktionskosten und einer notwendigerweise potenteren Ladeinfrastruktur spielt der rein batterieelektrische Antrieb im Schwerlastbereich sein Potenzial über den gesamten Lebenszyklus besonders gut aus. Aufgrund der langen Laufleistung von Lastwagen fällt die CO2-intensive Rohstoffgewinnung für Batteriesysteme hier weit weniger ins Gewicht als in anderen Fahrzeugklassen, weshalb der CO2-Footprint des rein batterieelektrischen Antriebs in der streckenspezifischen LCA-Betrachtung im besten Fall auf 126 g CO2/km sinkt.

Studienleiter Sens: „Potenziale durch eine grüne Stahlproduktion, die wir erst nach 2030 erwarten, sind dabei in der Studie noch gar nicht berücksichtigt. Klar ist aber auch: Eine deutliche CO2-Reduzierung im Verkehrssektor gelingt nur mit dem schnellen Ausbau der Erneuerbaren Energieproduktion, sowohl für eine möglichst saubere Strom- und Wasserstofferzeugung als auch für den konsequenten Einsatz in allen Lebensphasen des Fahrzeugs.“

IAV ist mit mehr als 8000 Mitarbeitern einer der weltweit führenden Engineering-Partner der Automobilindustrie. Das Unternehmen entwickelt seit über 35 Jahren innovative Konzepte und Technologien für zukünftige Fahrzeuge und setzte 2020 rund 896 Mio. Euro um. Zu den Kunden zählen weltweit alle namhaften Automobilhersteller und Zulieferer. Neben Fahrzeug- und Antriebsentwicklung ist IAV bereits frühzeitig in die Elektromobilität und das autonome Fahren eingestiegen und ist heute einer der führenden Entwicklungsdienstleister auf diesen Gebieten. Neben den Entwicklungszentren in Berlin, Gifhorn und Chemnitz/Stollberg verfügt IAV über weitere Standorte u.a. in München, Sindelfingen und Ingolstadt sowie in Europa, Asien als auch in Nord- und Südamerika.