Alternative Antriebe im Vergleich: Was können Wasserstoff, E-Fuels und Co.?
Wie ist die aktuelle Situation?
Laut dem Klimaplan der EU sollen in Europa ab dem Jahr 2035 nur noch emissionsfreie Pkw neu zugelassen werden – doch wie realistisch ist dieses Ziel und wie ist die Situation aktuell? Wir stellen Ihnen die verschiedenen alternativen Antriebe sowie ihre Vor- beziehungsweise Nachteile und aktuellen Marktanteile vor.
In der Klimadiskussion sind Verbrennungsmotoren zwar am umstrittensten, doch sie führen weiterhin die Zulassungsstatistik des Kraftfahrt-Bundesamts an. Für das Jahr 2020 registrierte es bei den Neuzulassungen rund 1,4 Mio. Benziner und 820.000 Diesel – damit werden etwa drei von vier Neuwagen mit Verbrennungsmotor ausgeliefert. Und wie sieht es mit den alternativen Antrieben aus? Dank einigen, vor allem in den letzten Jahren neu eingeführten Förderprogrammen, steigen die Zahlen hier stetig weiter an.
Das ist etwa an brandaktuellen Zahlen aus dem August 2021 erkennbar: Laut dem Kraftfahrt-Bundesamt lag der Anteil bei den Neuzulassungen von Kraftfahrzeugen (insgesamt 193.307 in 08/21) mit alternativem Antrieb bei 46,8 % (90.537). Sie machen also fast die Hälfte der neu zugelassenen Fahrzeuge aus, wenngleich das Auslaufen bestimmter Förderprogramme die Zahl etwas verzerren könnte. Von den insgesamt zugelassenen Kraftfahrzeugen im August hatten 27,6 % (53.404) einen Elektroantrieb, 18,7 % (36.223) waren Hybridfahrzeuge ohne Plug-in-Funktion und lediglich 0,47 % (910) wiesen einen Gas-Antrieb auf. Und noch ein paar weitere interessante Zahlen: Unter den gut 53.000 Fahrzeugen mit Elektroantrieb waren 28.860 reine Elektroautos (14,9 % der gesamten Zulassungen), 24.497 Plug-in-Hybride (12,7 %) und lediglich 47 mit Wasserstoff betriebene Kraftfahrzeuge (0,02 %). Doch woher kommen diese großen Unterschiede? Zeit, sich die alternativen Antriebe neben den mittlerweile bekannten klassischen E-Autos genauer unter die Lupe zu nehmen.
Plug-in-Hybride
Bei einem Hybridantrieb werden mehrere Antriebsprinzipien oder Energiequellen miteinander kombiniert. Am gängigsten sind dabei Hybride mit Benzin- oder Diesel- und Elektroantrieb. Die rein elektrische Reichweite von Plug-in-Hybriden liegt etwa zwischen 40 und 60 Kilometern – damit sind derartige Fahrzeuge besonders für Pendler gut geeignet. Selbst ohne eigene Ladestation sind Plug-in-Hybride eine Überlegung wert, da sie sich auch an öffentlichen Ladesäulen mit Strom versorgen lassen.
Wer keinen allzu langen Weg hat, kann also seinen Arbeitsplatz mit vollem Akku rein elektrisch und damit emissionsfrei erreichen. Benzin wird hingegen nur auf längeren Strecken verbrannt – wenn Sie also vorwiegend solche Wege zurücklegen müssen, ist ein Hybridantrieb für Sie ungeeignet: Verglichen mit einem normalen Verbrenner stoßen Sie dabei nämlich deutlich mehr CO₂ aus. Das liegt vor allem an Gewicht und Herstellung der Batterie und des E-Motors. Die Beliebtheit von Plug-in-Hybriden lässt sich unter anderem damit begründen, dass sie durch den Dienstwagen-Steuervorteil und den Umweltbonus stark gefördert werden. Aber Vorsicht: Sie werden häufig in PS-starke SUVs eingebaut, wo sie keine positive Wirkung auf das Klima haben – ihren Vorteil kann diese Variante also nur mit regenerativer Energie ausspielen.
Im Jahr 2020 wurden knapp 530.000 Neuzulassungen von Elektroautos beim Kraftfahrt-Bundesamt registriert (2019: 240.000), davon waren gut 200.000 Fahrzeuge Plug-in-Hybride. Der Unterschied liegt übrigens darin, dass Autos mit Plug-in-Funktion eine sehr viel größere Antriebsbatterie haben – sie können per Stromkabel mit deutlich mehr Energie extern geladen werden als Hybridautos ohne Plug-in.
Vor- und Nachteile
+ Emissionsfreiheit bei Kurzstrecken
+ externe Aufladung möglich
– keine Nachhaltigkeit bei Langstrecken und größeren Fahrzeugen
Brennstoffzellen-Antrieb mit Wasserstoff
Genau wie ein Elektroauto, hat auch ein Brennstoffzellenfahrzeug einen Elektromotor. Der dafür benötigte Strom wird jedoch nicht direkt zugeführt und in einer Batterie gespeichert, sondern direkt an Bord erzeugt – und zwar mittels einer Brennstoffzelle aus Wasserstoff. So entfällt der beim E-Auto übliche lange Ladevorgang. Bei einem Brennstoffzellenfahrzeug entsteht darüber hinaus kein schädliches CO₂, sondern eben Wasserdampf. Aus diesem Grund fährt das Wasserstoffauto auch lokal emissionsfrei. Allerdings fällt im Vergleich zu einem konventionellen Fahrzeug bei der Produktion des Autos und der speziellen Wasserstofftanks wiederum mehr CO₂ an. Zudem ist der aktuell in Deutschland verfügbare Wasserstoff klimatechnisch noch keine gute Alternative – dies soll sich aber ändern, sobald er in großen Mengen mit regenerativen Energiequellen erzeugt wird.
Ein weiteres Problem ist, dass es aktuell sehr wenige verfügbare Modelle gibt – im Jahr 2019 waren hierzulande weniger als 400 Wasserstofffahrzeuge zugelassen. Zusätzlich mangelt es an entsprechenden Tankstellen (aktuell circa 100 in Deutschland), wobei hier Fortschritte zu sehen sind. Für den Moment lässt sich allerdings festhalten, dass die Brennstoffzellentechnik aufgrund der Komplexität und ihrem vergleichsweise hohen Platzbedarf ihre Vorteile nur teilweise ausspielen kann: Das gilt demnach für sehr große Autos beziehungsweise Lkw sowie auch für Flugzeuge oder Schiffe.
Vor- und Nachteile
+ hohe Reichweite
+ lokal emissionsfrei
– vergleichsweise aufwendige und teure Technik
– unzureichende Modellauswahl
– bislang gering vorhandene Infrastruktur
Autogas/Erdgas
Auch ein konventioneller Antrieb mit Verbrennung kann in der Klimabilanz gut abschneiden – das zeigt sich an Fahrzeugen, die mit Autogas oder Erdgas angetrieben werden. Autogas ist auch bekannt unter dem Namen LPG (Liquified Petroleum Gas, ein unter Druck verflüssigtes Gemisch aus Propan und Butan). Erdgas, kurz CNG (Compressed Natural Gas) wird wiederum gasförmig gespeichert. Als Kraftstoffbehälter kommen spezielle Tanks – in der Regel Stahlbehälter – zum Einsatz. Die meisten Autos haben zusätzlich einen Tank mit Benzin, das während des Startvorgangs benötigt wird. Ein wichtiger Fakt: Autogas-Fahrzeuge können kein Erdgas tanken und auch nicht umgekehrt.
Bei der Verbrennung von Erdgas entstehen meist weniger Schadstoffe als bei Benzin- oder Dieselkraftstoff: Aufgrund des geringeren Kohlenstoffanteils stoßen Erdgasautos rund ein Fünftel weniger CO₂ aus als Benziner. Mit Autogas wird der CO₂-Ausstoß im selben Vergleich immerhin um bis zu zehn Prozent reduziert. Die Klimabilanz lässt sich außerdem dadurch aufbessern, dass dem Erdgas Biogas beigemischt wird oder fossiles Erdgas durch Biomethan aus Abfall- und Reststoffen Erdgas ersetzt wird. Aus diesem Grund wird CNG oftmals als Brückentechnologie zu alternativen Antrieben gesehen.
Dafür mangelt es jedoch noch an der entsprechenden Infrastruktur: In ganz Deutschland gibt es etwa für CNG nur knapp 900 Tankstellen, bei LPG sind es immerhin rund 6.000.
Ein weiterer Nachteil ist, dass ein Großteil der Hersteller keine neuen Modelle mehr anbietet, weil sie den Gasantrieb eher als Auslaufmodell wahrnehmen. So verwundert es nicht, dass in Deutschland 2020 nur gut 6.500 Pkw mit Flüssiggas- und knapp 7.200 mit Erdgasantrieb neu zugelassen wurden. Ein Jahr zuvor waren es jeweils 7.300 oder 7.600 Autos, was den Rückschritt noch einmal verdeutlicht.
Vor- und Nachteile
+ überwiegend gute Klimabilanz
+ erprobte Technik
– mangelnde Infrastruktur
– geringe Auswahl an Automodellen
Synthetische Kraftstoffe
Sie sind eine der großen Hoffnungen für den Transportsektor: sogenannte E-Fuels, auch synthetische Kraftstoffe oder Power-to-X beziehungsweise Power-to-Liquid genannt. Dabei soll fossile Energie durch regenerative Energie ersetzt werden. Zudem soll der Kraftstoff klimaneutral hergestellt werden, sauber verbrennen und bezahlbar sein. Und wie funktioniert das Ganze? Synthetische Treibstoffe werden ohne Erdöl oder nachwachsende Rohstoffe wie etwa Palmöl oder Raps hergestellt. Stattdessen wird Wasserstoff per Elektrolyse aus Wasser gewonnen und mit Kohlenstoff aus CO₂ verbunden. Das Kohlenstoffdioxid stammt dabei zum Beispiel aus der Umgebungsluft oder aus Industrieabgasen.
Der Vorteil für das Klima liegt darin, dass sich Wasserstoff und CO₂ in beliebiger Menge erzeugen lassen – und zwar ohne mit der Landwirtschaft zu konkurrieren, wie es bei Biorohstoffen der Fall ist. Beim Fahren setzt der Motor also Kohlendioxid frei, das vorher aus der Atmosphäre gezogen wurde.
Ein großer Nachteil ist jedoch der aktuell noch geringe Wirkungsgrad von E-Fuels – er liegt derzeit aufgrund der vielen Einzel-Schritte nur zwischen zehn und 15 Prozent. Zum Vergleich: Im Elektroauto kommen 70 bis 80 Prozent der Ausgangs-Energie am Rad an. Weiterhin sind für die klimaneutrale Erzeugung von E-Fuels sehr große Mengen an regenerativem Strom notwendig. Dafür bräuchte es aber zum Beispiel Windkraftanlagen im Meer oder riesige Solarfeldern in der Wüste. Hier hat beispielsweise Porsche ein Zeichen gesetzt, indem der Hersteller den Bau einer Windfarm in Chile unterstützt. Mithilfe des dort günstig erzeugten regenerativen Stroms, soll ein klimaneutraler Energieträger hergestellt werden, der sich gut nach Europa transportieren lässt. Nicht zuletzt sorgt der momentan vergleichsweise hohe Preis für Skepsis, wenngleich viele Experten hoffen, dass er bis 2030 deutlich reduziert werden kann.
Vor- und Nachteile
+ Nutzung der bestehenden Infrastruktur (Tankstellennetz) möglich
– geringer Wirkungsgrad (ca. 10-15%)
– energieaufwendige Produktion
– zu hohe Kosten
Ausblick: Methanol-Brennstoffzelle
Emissionsfreies Fahren, Tanken in nur drei Minuten, hohe Reichweiten (bis zu 800 Kilometer) und es wird noch nicht mal ein Ladekabel benötigt – all das verspricht das elektrische Antriebskonzept eines Ingolstädter Ingenieurs. Wie das funktioniert? Mit einer Methanol-Brennstoffzelle als Herzstück des Fahrzeugs. Der Ex-Audi-Mitarbeiter Roland Gumpert hat das Antriebskonzept entwickelt, das jedoch seitens der Hersteller und der Politik weitestgehend ignoriert wird. Das Argument lautet, dass das 2030-Klimaziel eben nur mit einem hohen Anteil an Elektroautos erreicht wird und andere Konzepte bis dahin nicht in größer Serie produziert werden können.
Dabei kann die Methanol-Brennstoffzelle in jedes beliebige Auto eingebaut werden: vom kleinen Stadtflitzer bis hin zum großen Langstrecken-Lkw. Grundsätzlich basiert das Konzept auf einer Brennstoffzelle, statt Wasserstoff wird jedoch ein Methanol-Wasser-Gemisch getankt, was wesentlich schneller und unkomplizierter vonstattengeht. Doch das Gemisch wird erst im Auto selbst erhitzt und dadurch in seine Bestandteile zerlegt. Der Sauerstoff und das Kohlendioxid entweichen in die Luft – und wenn dabei eben klimaneutrales Methanol verwendet wird, fallen keinerlei Treibhausgasemissionen an. Den Wasserstoff aus dem Methanol wandelt die Brennstoffzelle schließlich in Strom um, der den Elektromotor laufen lässt. Es klingt zunächst vielversprechend, jedoch ist nicht von der Hand zu weisen, dass das System vergleichsweise komplex und aufwändig und dadurch sehr teuer ist. Aus diesen Gründen werden zahlreiche vergleichbare Innovationen ebenfalls nicht tiefergehend verfolgt. Es bleibt also spannend, ob mit den bestehenden Technologien die Revolution bei den Auto-Antrieben gelingen wird. |Text: Vera Mergle
