Batterie-Elektrofahrzeuge vs. Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge: Könnte Wasserstoff Ihr nächstes Auto antreiben?

Es gibt keine Debatte – batterieelektrische Fahrzeuge (oder BEVs) sind derzeit der König, zumindest wenn es um den Verkauf geht. Es gibt Dutzende batteriebetriebener Elektrofahrzeuge und jede Menge Ladestationen – wenn auch bei weitem noch nicht genug.

Obwohl BEVs zum jetzigen Zeitpunkt die offensichtliche Wahl sind, gibt es immer noch viele Debatten darüber, ob dies so bleiben wird – oder ob eines Tages irgendwann Wasserstofffahrzeuge (allgemein bekannt als Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge oder FCEVs) die Oberhand gewinnen werden .

Diese Debatte kann auch online etwas hitziger werden. FCEV-Fans sehen in der Technologie einen offensichtlichen Weg nach vorn, sowohl aus Gründen der Bequemlichkeit als auch zur Lösung einiger Probleme im Zusammenhang mit den Klimaproblemen, die sich aus der BEV-Produktion ergeben. Andere sind jedoch nicht so begeistert von der Idee, die Technologie noch einmal zu wechseln, und würden lieber das Batteriemodell wiederholen und verfeinern, das deutlich beliebter geworden ist.

Für die Unbekannten: Wasserstofffahrzeuge nutzen, wie der Name schon sagt, Wasserstoff zur Stromerzeugung. Aus der Sicht eines Fahrers ist das Erlebnis ziemlich ähnlich wie das Nachfüllen eines Benzintanks. Sie rollen mit einem Schlauch zu einer Pumpe und pumpen Flüssigkeit in das Fahrzeug – aber anstelle von Benzin handelt es sich um komprimierten Wasserstoff in flüssigem Zustand. Diese leicht entzündliche Flüssigkeit wird dann in der Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus der Luft kombiniert, wodurch Strom erzeugt wird. Die einzigen Nebenprodukte? Hitze und Wasser – also ja, Ihr Auto muss sich unterwegs … ähm … entleeren. Dies alles setzt natürlich voraus, dass tatsächlich alles ordnungsgemäß funktioniert, aber darauf werden wir gleich noch eingehen.

Bequemlichkeit ist König

Befürworter von Wasserstofffahrzeugen nennen den Komfort als einen wichtigen Grund, die Technologie voranzutreiben, und das macht auch Sinn. Schließlich ist das Laden von Elektrofahrzeugen einfach nicht das beste Erlebnis. Die Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge wird immer besser, aber das Laden an einer Schnellladestation dauert in der Regel immer noch mindestens 20 Minuten, sofern Sie nicht darauf warten müssen, dass ein Ladegerät frei wird. Das ist etwas ganz anderes, als auf dem Heimweg von der Arbeit in zwei oder drei Minuten eine Tankfüllung zu machen.

Wie bereits erwähnt, ist die Erfahrung beim Betanken eines Wasserstofffahrzeugs oft sehr ähnlich der eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Aberwie viele Journalisten in letzter Zeit hervorgehoben haben , klappt das Auftanken eines FCEV oft nicht richtig. Pumpen sind sehr selten ( nach Angaben des Energieministeriums gibt es im Jahr 2023 insgesamt nur 50 Stationen) und sie funktionieren oft nicht. Das gilt auch für Ladestationen für Elektrofahrzeuge, aber obwohl es noch nicht genügend Ladestationen für Elektrofahrzeuge gibt, gibt es um ein Vielfaches mehr als Wasserstofftankstellen.

„Über das Verbraucherinteresse hinaus verfügen BEVs über eine viel stärkere Ladeinfrastruktur in den gesamten USA“, sagt Kat Garside, Redakteurin bei Integrity Energy , das Unternehmen und Hausbesitzern hilft, ihre Energiekosten zu senken. „Im ganzen Land stehen mehr als 61.000 öffentliche Level-2- oder DC-Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge zur Verfügung. Darüber hinaus kündigte die Bundesregierung ein Budget von 50 Millionen US-Dollar an, um den Zugang zu öffentlichen Ladestationen zu erweitern.“

Stellen wir uns für einen Moment vor, dass es genauso viele FCEV-Tankstellen wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge gäbe und dass ein ähnlicher Prozentsatz davon tatsächlich funktioniert. In diesem Fall wäre das Betanken eines FCEV an einer öffentlichen Tankstelle viel bequemer. Da die Fahrt nur wenige Minuten dauern würde, gäbe es an den Bahnhöfen deutlich weniger Staus, und selbst wenn alle Bahnhöfe genutzt würden, müssten Sie wahrscheinlich nicht lange auf den Zugang zu einer Haltestelle warten. Das ist natürlich weit von der Realität entfernt. Derzeit gibt es nur eine Handvoll Stationen, und auch hier gibt es viele Probleme mit der Zuverlässigkeit.

Aber ich habe erwähnt, dass das Auftanken eines FCEV an einer „öffentlichen Tankstelle“ bequemer ist, weil es eine Schlüsselkomponente des Aufladens von BEVs gibt, die sie für einen großen Teil der Fahrer weitaus bequemer macht – die Möglichkeit, zu Hause aufzuladen. Das ist sogar noch praktischer, als ein FCEV für den täglichen Gebrauch zu betanken. Sie müssen es nur noch anschließen, wenn Sie nach Hause kommen, und müssen zum Auftanken nirgendwo hingehen.

Derzeit haben die meisten FCEVs im Durchschnitt eine etwas größere Reichweite als die meisten BEVs – bis zu etwa 400 Meilen. Das ist nicht viel mehr als bei BEVs, die im Allgemeinen eine Reichweite von etwa 300 Meilen haben, aber es ist immer noch mehr.

„Die Vorteile von FCEVs sind eine größere Reichweite, schnelles Auftanken (vergleichbar mit Benzin), verbesserte Leistung und Haltbarkeit (Brennstoffzellen können bis zu 20 Jahre oder länger halten); Außerdem (und das ist für den Schwerlastbetrieb entscheidend) tragen sie nicht das Gewicht der Batterien“, sagte Andrea Landi, Gründerin von Landi Technologies , einem Technologieunternehmen für saubere Energie.

Wasserstoff hat eine viel höhere Energiedichte als moderne Batterietechnologie, was zu einer höheren Reichweite beiträgt. Aber bisher hat sich daraus für die Verbraucher noch keine viel größere Reichweite ergeben. Das liegt vor allem daran, dass die Ausrüstung zur Speicherung von komprimiertem Wasserstoff, etwa die Hochdrucktanks, ein hohes Gewicht hat. Obwohl Wasserstoff allein technisch gesehen eine viel höhere Energiedichte aufweist, können FCEVs dies derzeit nicht wirklich für eine drastisch andere Reichweite nutzen.

Es gibt noch einen weiteren wichtigen Bereich, in dem FCEVs praktischer sind – bei kaltem Wetter. BEVs leiden bei kälterem Wetter an Reichweite und Ladegeschwindigkeit, während FCEVs bei extrem kalten Temperaturen einwandfrei funktionieren können, ohne dass es zu Effizienzeinbußen kommt.

Das hat zwar nichts damit zu tun, aber als ich diesen Artikel schrieb, weckte es in mir den Wunsch nach einem Plug-in-Hybrid – einen mit einer Batterie für kurze Fahrten und einem Wasserstofftank für längere Fahrten. Ich schweife ab.

Was ist tatsächlich effizienter?

Abgesehen von der Bequemlichkeit: Was ist tatsächlich effizienter? Die Beantwortung dieser Frage ist kompliziert – bei der Effizienz kommt es auf eine Menge an. Beim Vergleich von Elektrofahrzeugen und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE) ist die Wissenschaft ziemlich klar. Während die Batterieproduktion dazu führt, dass die Produktion von Elektrofahrzeugen weniger effizient ist als die von Autos mit Verbrennungsmotor, holen Elektrofahrzeuge innerhalb weniger Jahre auf und überholen die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor .

Aber es gibt weniger Daten zu Elektrofahrzeugen und FCEVs, und angesichts der Tatsache, dass keines von ihnen selbst tatsächlich Treibhausgase ausstößt, müssen wir kompliziertere Datenpunkte vergleichen. Diese gliedern sich in zwei Hauptbereiche: Fahrzeugproduktion und Kraftstoffproduktion (und Transport).

Im Allgemeinen fallen bei der Produktion von FCEVs weniger Emissionen an als bei der Produktion von Elektrofahrzeugen. Das liegt an einer Komponente des Elektrofahrzeugs – der Batterie. Batterien für Elektrofahrzeuge sind nicht nur kompliziert in der Herstellung, sondern beinhalten in der Regel auch die Verwendung seltener Metalle, die abgebaut und transportiert werden müssen. Einige FCEVs verfügen auch über eine Batterie, diese ist jedoch bei weitem nicht so groß und bei der Herstellung fallen nicht so viele Emissionen an.

Allerdings ist die Betankung von Elektrofahrzeugen derzeit effizienter. Elektrofahrzeuge können völlig sauber oder relativ schmutzig sein, aber das Stromnetz in den USA wird mit der Zeit immer sauberer und viele Autofahrer laden ihre Autos mit Solarenergie. In den USA werden 95 % des Wasserstoffkraftstoffs aus Erdgas hergestellt, was seine Herstellung umweltschädlicher macht, da diese Methode der Wasserstofferzeugung zu CO2-Emissionen führt.

Die Wasserstoffproduktion würde wahrscheinlich auch sauberer werden, wenn FCEVs sich mehr durchsetzen würden. Eine andere Methode zur Herstellung von Wasserstoff heißt beispielsweise Elektrolyse. Dabei wird elektrischer Strom durch Wasser geleitet – und es entstehen selbst keine Emissionen. Das ist jedoch nicht perfekt – die Erzeugung von Strom für die Elektrolyse könnte Treibhausgasemissionen verursachen, und es scheint nicht unbedingt besonders effizient zu sein, Strom zur Erzeugung von Wasserstoff zu nutzen, um dann mit Wasserstoff Strom für den Antrieb eines Autos zu erzeugen Ich nutze einfach den Strom, um ein Auto aufzuladen.

Schließlich können einige Pflanzenmaterialien und auch Müll Wasserstoff produzieren – und Pilotprojekte zur Nutzung von Deponien und Abwasser zur Herstellung von Wasserstoff wurden gestartet, befinden sich jedoch noch in einem sehr frühen Stadium.

Wie sieht es mit den Betriebskosten aus?

Dies ist ein weiteres Problem, dessen Lösung etwas kompliziert ist. Wasserstoffkraftstoff ist derzeit außerordentlich teuer – aber das hat größtenteils damit zu tun, dass es so wenige FCEVs gibt und die Produktion von Wasserstoffkraftstoff für Verbraucher daher sehr begrenzt ist. Das Auffüllen eines Tanks könnte ein paar hundert Dollar kosten – viel mehr als das Aufladen eines Autos. Aber wenn FCEVs mehr Mainstream werden würden, würde sich das ändern.

Elektrofahrzeuge sind sehr kostengünstig im Unterhalt. Elektrofahrzeuge haben keinen Motor und die einzigen beweglichen Teile sind die Achsen und Räder, die von den Elektromotoren angetrieben werden. Sie benötigen keinen Ölwechsel oder keine Motorwartung – nur hin und wieder einen Reifenwechsel. Tief in ihrem Lebenszyklus, nach mindestens 10 Jahren oder so, kann es sein, dass Sie die Batterie austauschen müssen, was teuer ist. Aber das ist wirklich die einzige größere Form der Wartung, die die meisten Elektrofahrzeugbesitzer durchführen müssen – und selbst dann erst nach vielen Jahren, in denen sie das Fahrzeug besitzen.

FCEVs funktionieren anders als ICE-Fahrzeuge und BEVs. Sie speichern Wasserstoffkraftstoff in einem speziellen Tank und kombinieren dann den Wasserstoff mit Sauerstoff, um eine Reaktion auszulösen, die den Elektromotor des Autos antreibt. Dies erfordert immer noch weniger bewegliche Teile und ist einfacher als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, weshalb sie viel weniger Wartung erfordern als Autos mit Benzinantrieb, aber sie haben mehr bewegliche Teile als BEVs und sind daher wahrscheinlich mit höheren Wartungskosten verbunden .

Im Allgemeinen sind FCEVs teurer in der Anschaffung. Wasserstoff ist viel teurer als Strom, und daran wird sich auch so schnell nichts ändern. FCEVs haben mehr bewegliche Teile, die Aufmerksamkeit erfordern, obwohl BEVs über eine große Batterie verfügen, die eventuell irgendwann ausgetauscht werden muss. BEVs machen dies jedoch durch geringere Tankkosten mehr als wett.

„Wasserstoff ist teuer in der Herstellung, schwer zu speichern und die Infrastruktur ist kaum vorhanden“, sagte Troy Fox, Mitbegründer und geschäftsführender Manager von Evergreen Electrical , einem Anbieter von Heimladestationen in Australien. „Natürlich erobern FCEVs vielleicht eine Nische in Bereichen wie dem Lkw-Verkehr, wo eine große Reichweite und schnelles Auftanken erforderlich ist, aber für die meisten von uns sind BEVs einfach sinnvoller.“

Vorhersagen

Toyota hat zwar viel in Wasserstofffahrzeuge investiert, aber jeder andere große Autohersteller hat anders gesetzt – in BEVs. Das Endergebnis? Selbst wenn FCEVs objektiv besser wären, stünde ihnen immer noch ein harter Kampf bevor. Tatsächlich ist Toyota ein perfektes Beispiel dafür. Nachdem das Unternehmen stark auf Wasserstoff gesetzt hatte, war es sehr zurückhaltend, in die Entwicklung von Elektrofahrzeugen zu investieren, und das Ergebnis ist, dass der wohl innovativste Automobilhersteller der Mitte der 2000er-Jahre bis heute bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen noch immer stark hinterherhinkt.

Die anderen wollen diese Entscheidungen nicht treffen müssen. Da bereits Milliarden für die Produktion und Entwicklung von Elektrofahrzeugen, die Schaffung immer noch schnell wachsender Ladestationen für Elektrofahrzeuge und die Vermarktung des Gesamtpakets ausgegeben werden, wäre ein Umstieg auf FCEVs äußerst kompliziert. All diese Ladestationen? Sie würden abgerissen oder in etwas anderes umgewandelt. Ja, Electrify America wird das nicht tun wollen.

Daher glaube ich nicht, dass FCEVs in absehbarer Zeit zum Mainstream werden. Es ist auch eine Henne-Ei-Situation: Bauen Autohersteller neue Wasserstofffahrzeuge oder bauen wir die Infrastruktur auf, die für deren Betankung erforderlich ist? Das war auch bei Elektrofahrzeugen ein Problem – aber mit der Entwicklung der Infrastruktur und neuen Modellen ist es auf dem Weg, es vollständig zu lösen. Und auch ohne Schnellladestationen könnten Kunden zumindest zu Hause laden. Hinzu kommt, dass das Laden von Elektrofahrzeugen immer schneller und die Reichweite von Elektrofahrzeugen immer größer wird.

Obwohl ich nicht glaube, dass wir in absehbarer Zeit eine weitverbreitete Einführung privater FCEVs erleben werden, gibt es in anderen Märkten möglicherweise mehr Raum für Wasserstoffantrieb. Die Dichte des Wasserstofftreibstoffs macht ihn beispielsweise für Sattelschlepper zu einer überzeugenden Option.

„Bei Nutzfahrzeugen, insbesondere bei mittelschweren und schweren Nutzfahrzeugen, kann das Gewicht (und der Platz) der Batterien ein Problem darstellen“, fuhr Landi fort.

Noch spannender? Die Aussicht auf die Verwendung von Wasserstoff als Treibstoff für Dinge wie die Luftfahrt, wo Unternehmen wie Airbus das Ziel angekündigt haben, bis 2035 ein wasserstoffbetriebenes Flugzeug zu entwickeln, und sogar das Ökosystem für die Herstellung, den Transport und die Lieferung von Wasserstofftreibstoff vorbereiten.

Und auch die Regierung greift ein – was dazu beitragen könnte, den Ball bei FCEVs ins Rollen zu bringen. „Wasserstofffahrzeuge hatten im Nachhaltigkeitswettlauf gerade einen langsameren Start“, fuhr Garside fort. „Im Jahr 2023 hat die Bundesregierung Zuschüsse in Höhe von 7 Milliarden US-Dollar bereitgestellt, um die Wasserstoffproduktion und -forschung zu fördern. Das Ziel dieser Investing in America-Initiative ist die Schaffung von sieben regionalen Hubs für sauberen Wasserstoff im ganzen Land.“

Das alles könnte sich ändern. Interessanterweise haben BMW und Toyota kürzlich eine Allianz zur Entwicklung von Wasserstofffahrzeugen geschlossen, und BMW gibt an, dass sein erstes FCEV im Jahr 2028 auf den Markt kommen wird. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob dieses Fahrzeug tatsächlich irgendwohin kommt. Ich prognostiziere, dass sich neue Wasserstoff-Personenfahrzeuge nicht wirklich verkaufen werden – und dass BMW aus großer Vorsicht mit Toyota zusammenarbeitet, vielleicht auch in dem Bemühen, auf die Entwicklung schwerer Brennstoffzellenfahrzeuge hinzuarbeiten.

Wenn es sich so anhört, als wäre ich ein FCEV-Gegner, dann bin ich das wirklich nicht. Aber ich halte mich für realistisch, und nach all den Milliardeninvestitionen in Elektrofahrzeuge glaube ich nicht, dass wir in naher Zukunft noch einmal einen großen Wandel erleben werden.