Welches Elektroauto ist grüner als die Batterie oder die Brennstoffzelle?

Welches Elektroauto ist grüner als die Batterie oder die Brennstoffzelle?

Gemeinden sollten besser in Elektrofahrzeuge investieren, die mit Batterien statt mit Wasserstoff betrieben werden. Der Grund? Wasserstoff bietet neben sauberem Transport wenig zusätzliche Energievorteile.

Für eine neue Studie verglichen die Forscher die beiden Arten von Autos in einer hypothetischen Zukunft, in der die Kosten für Elektrofahrzeuge erschwinglicher sind.

"Wir haben uns angeschaut, wie sich die flächendeckende Einführung von Elektrofahrzeugen auf den Gesamtenergieverbrauch in einer Gemeinde auswirkt, sowohl für Gebäude als auch für Verkehr", sagt Erstautor Markus Felgenhauer, Doktorand an der Technischen Universität München (TUM) und ehemaliger Gast Wissenschaftler am Global Climate and Energy Project der Stanford University (GCEP).

"Wir haben festgestellt, dass die Investition in rein elektrische Batteriefahrzeuge eine wirtschaftlichere Wahl für die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen ist, vor allem aufgrund ihrer niedrigeren Kosten und der signifikant höheren Energieeffizienz."

Zwei "Geschmacksrichtungen"

"Studien wie diese werden benötigt, um die kostengünstigsten und effizientesten Wege zu einer tiefgehenden Dekarbonisierung des globalen Energiesystems zu finden", fügt Sally Benson, Professorin für Energieressourcen-Engineering bei Stanford und Direktorin von GCEP, hinzu.

Elektrofahrzeuge gibt es in zwei Geschmacksrichtungen: Plug-in-Autos mit wiederaufladbaren Batterien und Brennstoffzellenfahrzeuge, die Wasserstoffgas in sauberen Strom umwandeln.

Im Gegensatz zu benzinbetriebenen Autos emittieren Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeuge beim Fahren null Kohlenstoff. Um sie in großem Umfang einzusetzen, bedarf es jedoch einer kostspieligen neuen Infrastruktur, um Batterien aufzuladen oder Wasserstoff zu liefern.

Was senkt die Gesamtemissionen bei niedrigsten Kosten?

Eine Schlüsselfrage für die Politik ist, welche Transporttechnologie die Gesamtemissionen zu den niedrigsten Kosten reduziert - Batterien oder Brennstoffzellen? Kann Wasserstofftechnologie neben dem Transport auch saubere Energie zum Heizen und Beleuchten von Gebäuden bereitstellen, wie einige Forschungsergebnisse nahelegen?

Die neue Studie, in der Zeitschrift veröffentlicht Kraftstoff, ist der erste, der beide Fragen anspricht.

Die Forscher konzentrierten sich auf Kalifornien, einen führenden Anbieter von Elektrofahrzeugen. Bundesweit sind batterieelektrische Autos immer beliebter. Aber nur wenige Hersteller bieten Brennstoffzellenfahrzeuge an. Um eine breitere Akzeptanz zu erreichen, hat der Staat 92 mehr als $ 50 Millionen für ein Netzwerk von 2017-Wasserstofftankstellen zur Verfügung gestellt.

Derzeit ist keine Energiequelle vollständig emissionsfrei. Manche Leute laden ihre batterieelektrischen Autos auf, indem sie sich an das Stromnetz anschließen, das Strom liefert, der größtenteils aus Kohlenstoff emittierenden fossilen Brennstoffen erzeugt wird.

In ähnlicher Weise wird der meiste Wasserstoffkraftstoff aus Erdgas durch einen industriellen Prozess gewonnen, der Kohlendioxid als Nebenprodukt emittiert. Ein alternatives Gerät, der als Elektrolyseur bezeichnet wird, nutzt solar erzeugte Elektrizität, um Wasser in reinen Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, aber die Technik ist sehr energieintensiv und teuer.

Die Szenarien

In der Studie schufen die Forscher Zukunftsszenarien für die Stadt Los Altos Hills, eine Gemeinschaft von 8,000-Bewohnern im Santa Clara County.

"Los Altos Hills zeichnet sich durch eine ungewöhnlich hohe solare Erzeugungskapazität im Landkreis mit dem höchsten Anteil an Elektrofahrzeugen im Bundesstaat aus", sagt Felgenhauer.

Die Szenarien konzentrierten sich in der Zukunft auf 10- bis 20-Jahre, wenn Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeuge voraussichtlich weit verbreitet genutzt werden und Solarstrom und Elektrolyseure mit dem Stromnetz konkurrieren können.

Ein Szenario für das Jahr 2035 ging davon aus, dass Elektrofahrzeuge 38 Prozent der Stadtflotte ausmachen würden. Es wurde auch angenommen, dass Brennstoffzellenfahrzeuge mit lokal erzeugtem Wasserstoff betrieben werden würden, der mit der billigsten verfügbaren Elektrizität hergestellt wird, sei es solar erzeugt oder aus dem Netz bezogen.

Daten über Los Altos Hills wurden einem Rechenmodell zugeführt, das vom Studienkoautor Thomas Hamacher, Professor für Elektro- und Informationstechnik an der TUM, entwickelt wurde.

"Wir haben Daten über die Energiemenge, die Los Altos Hills im Laufe des Tages benötigt, sowie Finanzdaten über die Kosten für den Bau neuer Energieinfrastrukturen bereitgestellt", sagt Studienkollege Matthew Pellow, ein ehemaliger Postdoc-Stipendiat des GCEP beim Electric Power Research Institute . "Wir haben die Kosten für die Herstellung von Solarzellen, Elektrolyseuren, Batterien und allem anderen miteinbezogen. Dann haben wir dem Modell gesagt, dass es angesichts unseres Szenarios für 2035 die wirtschaftlichste Art ist, den gesamten Energiebedarf der Gemeinschaft zu decken. "

Um die Kosten jedes Szenarios mit seinen Klimavorteilen zu vergleichen, berechneten die Forscher auch die Kohlendioxidemissionen, die in jedem Fall erzeugt wurden.

Sie bewerteten auch die potenziellen Vorteile der Nutzung der Wasserstoffinfrastruktur zur Speicherung von sauberer Energie zur Verwendung bei Bedarf. Tagsüber können Elektrolyseure Wasserstoff aus überschüssiger Solarenergie produzieren, die andernfalls ungenutzt bleiben würde. Dieser Wasserstoff kann gespeichert und in erneuerbaren Strom umgewandelt werden oder als saubere Alternative zu Erdgas zum Heizen und Beleuchten von Gebäuden verwendet werden.

Klare Ergebnisse

Die Ergebnisse waren endgültig.

"Bei den Gesamtkosten haben wir festgestellt, dass batterieelektrische Fahrzeuge besser sind als Brennstoffzellenfahrzeuge, um Emissionen zu reduzieren", sagt Felgenhauer. "Die Analyse zeigte, dass Brennstoffzellenfahrzeuge viel kostengünstiger sein müssten als Batteriefahrzeuge, um wettbewerbsfähig zu sein.

"Brennstoffzellenfahrzeuge dürften jedoch in absehbarer Zeit deutlich teurer sein als Batteriefahrzeuge. Ein weiterer vermeintlicher Vorteil der Speicherung von überschüssiger Sonnenenergie durch Wasserstoff war auch in unserer Analyse nicht sichtbar. Wir haben herausgefunden, dass in 2035 nur ein kleiner Teil des solaren Wasserstoffspeichers zum Heizen und Beleuchten von Gebäuden verwendet wird. "

Während sich die Studie auf eine Stadt in der Bay Area konzentrierte, sind die Ergebnisse für viele Schlafzimmergemeinschaften mit viel Sonnenlicht in ganz Kalifornien relevant, schreiben die Autoren. Sie hoffen, in zukünftigen Studien größere Netzwerke von Gemeinschaften zu analysieren und andere Faktoren zu untersuchen, die die Verbraucherentscheidung beeinflussen könnten, wenn sie entscheiden, ob sie eine Batterie oder ein Brennstoffzellenauto kaufen wollen.

"Unser Ziel ist es, objektive, datengetriebene Analysen zu liefern, um politische Entscheidungsträger in Kalifornien und anderswo darüber zu informieren, welcher Technologiepfad bei der Bekämpfung des Klimawandels wahrscheinlich kostengünstiger ist", sagt Pellow.

BMW Group und Stanford GCEP finanzierten die Arbeit.

Quelle: Stanford University


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