Batterie oder Brennstoffzelle: Wie sieht die E-Mobility der Zukunft aus?

Das Angebot an Elektroautos ist in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Die günstigsten Modelle sind ab etwa 20.000 Euro zu haben, eine größere Auswahl gibt es im Segment zwischen 30.000 und 50.000 Euro. Die Reichweite der Fahrzeuge geht zumeist nicht über 120 bis 400 km hinaus. Lediglich der neue Tesla schafft etwa 450 km am Stück, kostet dafür aber auch über 90.000 Euro. Die Ladedauer hängt von verschiedenen Faktoren wie Akkukapazität und Leistung der Ladestation ab: So kann einmal „Stromtanken“ zwischen 30 Minuten an einer Schnellladestation und 14 Stunden an einer Steckdose dauern.

Die Technik hat sich bewährt, aufgrund der geringen Reichweiten kommen E-Autos aber aktuell überwiegend auf kürzeren Strecken zum Einsatz. Eine der größten Herausforderungen ist es daher, die Akkukapazitäten zu erhöhen – auch, um schwerere Lasten zu transportieren: Zwar konnte die Energiedichte großformatiger Batteriezellen immer mehr erhöht werden. Da die Akkus aber dennoch vergleichsweise schwer sind, wird ein batterie-elektrischer Antrieb bei Nutzfahrzeugen auch in Zukunft voraussichtlich nur eine Nebenrolle spielen. Die umweltpolitischen Ziele lassen sich nur erreichen, wenn der Strom zum Aufladen der Batterien aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird.

Herzstücke sind der Elektromotor und die Batterie, die den für den Antrieb benötigten Strom bereitstellt. Durch die Erzeugung von Magnetfeldern wandelt der Motor die elektrische in mechanische Energie um. Bei den Batterien haben sich Lithium-Ionen-Akkus durchgesetzt, da sie im Vergleich zu anderen Akkus über die höchste Energiedichte verfügen. Das Aufladen ist grundsätzlich sowohl zuhause, also über eine herkömmliche Steckdose oder eine private Ladestation, sowie an öffentlich zugänglichen Ladesäulen möglich.

Aktuell haben nur wenige Hersteller Fahrzeuge mit Brennstoffzelle im Angebot, und das zu teuren Preisen: So sind die beiden Marktführer Toyota Mirai und Hyundai Nexo hierzulande erst ab etwa 80.000 Euro zu haben. Einmal Volltanken dauert etwa drei bis fünf Minuten, mit einer Tankfüllung schaffen die Brennstoffzellenautos 500 bis 700 km. Die Zahl der Wasserstofftankstellen ist aktuell noch sehr begrenzt (s. Info-Box), soll in den kommenden Jahren aber sukzessive ausgebaut werden.

Grundsätzlich funktioniert die Technik, aufgrund geringer Stückzahlen ist sie aber derzeit noch teurer als andere Antriebssysteme. Hier gilt es, in den kommenden Jahren über eine Serienfertigung Skaleneffekte zu schaffen. Die Produktion von Wasserstoff ist sehr energieintensiv, wobei dessen Herstellung für verkehrliche Anwendungen bisher hauptsächlich aus Erdgas oder chemischen Prozessen erfolgt. Hier gilt ebenfalls: Umweltfreundlich kann die Technologie nur dann sein, wenn regenerativ erzeugter Strom zum Einsatz kommt.

Auch Wasserstoffautos sind letztlich Elektrofahrzeuge. Anders als klassische E-Autos erzeugen sie den für den Antrieb benötigten Strom allerdings mithilfe einer Brennstoffzelle, die aus einem Wasserstofftank sowie Sauerstoff aus der Luft gespeist wird. In einem chemischen Prozess reagieren die beiden Elemente miteinander und setzen hierbei die elektrische Energie frei, die den Elektromotor antreibt. Dabei entstehen keine schädlichen Emissionen, sondern lediglich etwas Wasserdampf.