Ein Beispiel ist Deutschland: Das Verkehrskapitel des Klimaschutzprogramms der deutschen Bundesregierung lässt nur einen Schluss zu – dem Batterieauto gehört die Zukunft. Zehn Millionen Stück sollen 2030 auf Deutschlands Strassen unterwegs sein, an einer Million Ladepunkte soll man sie mit Strom versorgen können und die Kaufprämie wird um 50 Prozent angehoben.

Es ist, so liest sich der Massnahmenkatalog, nur noch eine Frage der Zeit, bis die Deutschen alle mit Akkuautos fahren. Aber stimmt das? Ist das, was man heute unter Elektromobilität versteht, wirklich die einzig wahre Lösung, die für klimafreundlichen Verkehr und saubere Luft in den Innenstädten sorgen wird? Es gibt nur wenige Fachleute, die das glauben.

Während in der Bundesregierung und bei manchen Autobauern alles auf eine Karte gesetzt wird, sind andere Technologien keineswegs aus dem Rennen. «Viele erwecken heute den Eindruck, man könnte die Mobilitätsstruktur von 2050 voraussagen», sagt André Thess, der das Institut für technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) leitet. «Ich halte es für völlig unseriös, heute eine Prognose abzugeben, wie sich die Mobilität bis dahin verändern wird.»

Noch liegt Tesla mit Abstand vorn

Vor allem Wasserstoff trauen Experten zu, sich langfristig durchzusetzen. Denn der würde viele Probleme lösen, sagt Peter Fuss, Autoexperte der Unternehmensberatung EY: «Reichweite ist kein Thema mehr, man braucht keine Lademöglichkeiten zu Hause, die Bedienung ist sehr leicht und die Technologie auch für Nutzfahrzeuge geeignet.»

Doch noch sind Elektro- und Wasserstoffautos deutlich teurer als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor – und auch sie verursachen klimaschädliches CO2. In einem grossen Vergleich hat «Welt am Sonntag» am Beispiel einer Autofahrt von Berlin nach München berechnet, mit welchem Fahrzeug man momentan am schnellsten, günstigsten und klimafreundlichsten unterwegs ist. Das Ergebnis ist eindeutig und ernüchternd für die deutsche Industrie: Derzeit liegen die Batterieautos mit Abstand vorn – jedenfalls die des US-Herstellers Tesla.

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Die Brennstoffzelle kommt im Vergleich auf denkbar schlechte CO2-Werte. Ein Grund: der deutsche Strommix. Der besteht derzeit zwar schon zu 40 Prozent aus erneuerbarer Energie, doch rund zehn Prozent sind Atomstrom und der Rest wird aus fossilen und damit klimaschädlichen Quellen gewonnen. Und mit diesem Strom werden eben nicht nur Batterieautos geladen. Auch Wasserstoff muss zunächst gewonnen werden, indem Wasser in seine Bestandteile zerlegt wird. Dafür ist viel Strom nötig.

Im Auto dann wird der Wasserstoff durch Reaktion mit Sauerstoff zurück in Strom verwandelt, der die Elektromotoren antreibt. Um den Antrieben zum Klima-Durchbruch zu verhelfen, muss der Strom folglich aus regenerativen Energien kommen, sagt Verkehrswissenschaftler Alexander Eisenkopf: «Politisch scheint derzeit im Pkw-Bereich das E-Auto das Mittel der Wahl.» Allerdings würden die Probleme damit «in den Energiesektor verschoben, da jedes zusätzliche Fahrzeug heute einen Bedarf an Strom aus fossilen Ressourcen bedeutet.»

Ob des klaren politischen Kurses aus Berlin versteifen sich die deutschen Hersteller auf die Batterieauto-Vision. Für Volkswagen-Chef Herbert Diess etwa ist die Sache eindeutig: Elektroautos mit Batteriespeichern seien denen mit Brennstoffzellen noch auf lange Zeit überlegen. Bei den Konzernmarken werden Alternativen kaum verfolgt. «Der Wasserstoff macht mich sicher, dass die Brennstoffzelle in den nächsten zehn Jahren keine Rolle spielen wird», sagte Diess im September.

Wasserstoff bei der Ladegeschwindigkeit überlegen

Doch für die Brennstoffzelle bahnen sich schon in naher Zukunft Fortschritte an – vor allem, wenn der Anteil erneuerbarer Energien am deutschen Strommix weiter steigt. Auch der Preis dieser Fahrzeuge wird sinken. Und die Technologie bietet Vorteile gegenüber den Akkus. Während sich Wasserstoff innerhalb von Minuten wie Benzin oder Diesel nachtanken lassen, dauern Ladestopps für die Batterieautos deutlich länger. «Es ist auch in Zukunft unrealistisch, eine Batterie in drei bis fünf Minuten zu laden, daher wird Wasserstoff bei der Ladegeschwindigkeit überlegen bleiben», sagt Berater Fuss.

Ausserdem soll die Brennstoffzelle in Zukunft langlebiger sein als Batterien. «Durchschnittlich hält ein Akku etwa 2000 Ladezyklen, eine Fahrzeugbatterie verliert damit pro Ladevorgang etwa fünf Euro an Wert», sagt Thess. «Bei der Brennstoffzelle ist bislang keine so scharfe Begrenzung der Lebenszeit bekannt.»

Bei beiden Technologien bleibt aber das Infrastrukturproblem: Gerade einmal 81 Wasserstofftankstellen gibt es in Deutschland, ein flächendeckendes Netz würde fast eine Milliarde Euro kosten – zusätzlich zum derzeit entstehenden Ladesäulennetzwerk, das ebenfalls viel Geld verschlingt.

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Doch die Brennstoffzelle hat noch einen Nachteil, der sie am Ende den Erfolg kosten könnte: «Die Brennstoffzelle hat es schwer, weil sie nicht so schnell etabliert werden kann wie batterieelektrisches Fahren», sagt Berater Fuss. Es werde noch mindestens fünf Jahre dauern, bis die Technologie zu wettbewerbsfähigen Preisen angeboten werden kann. «Die Autobauer sind jetzt durch die politischen Vorgaben zur CO2-Reduktion gezwungen, in Batterieantriebe zu investieren, auch wenn das vielleicht nicht die beste Lösung ist. Das ist fast schizophren.»

Auch Forscher Thess hält es für wahrscheinlich, dass es nicht nur eine einzige Lösung für die Mobilität der Zukunft geben wird. «Meine derzeitige Vermutung ist, dass wir 2050 etwa ein Drittel der Fahrzeuge mit Brennstoffzelle, ein Drittel mit Batterieantrieb und ein Drittel mit synthetischen Verbrennungsmotoren sehen werden.»

So hat «die Welt» gerechnet

Grundlage für die Berechnung ist die Strecke vom Berliner Alexanderplatz zum Münchener Isartor. Das sind auf der Route über die Autobahn A9 knapp 600 Kilometer. Die Strecke legen wir mit der aktuellen Ladesäulen- und Tankstelleninfrastruktur zurück bei den Ende Januar in Deutschland herrschenden Witterungsbedingungen.

Auf der Autobahn sind wir mit dem Pkw mit der Richtgeschwindigkeit von 130 Stundenkilometern unterwegs; Lkw und Bus fahren entsprechend der geltenden Vorschriften 80 beziehungsweise 100 Stundenkilometer schnell. Für die Reichweiten und die dafür benötigten Kraftstoff- beziehungsweise Strommengen der Pkw haben wir die Herstellerangaben mit Ergebnissen aus eigenen Tests relevanter Fahrzeuge kombiniert. Bei den Werten für Wasserstoff- und Elektrobusse sowie -lastwagen handelt es sich um die Resultate erster Pilotprojekte sowie Berechnungen aus den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Branche. Ergab sich in unseren Recherchen eine Bandbreite verschiedener Werte, haben wir mit dem Mittelwert gerechnet.

Aufgrund teils grosser Kostenunterschiede für Strom an Ladesäulen haben wir für eine Kilowattstunde 0,30 Euro veranschlagt. Ein Kilogramm Wasserstoff kostet an einer Tankstelle 9,50 Euro; für einen Liter Diesel werden derzeit 1,24 Euro fällig. Für Lkw-Diesel sind es 1,23 Euro.

Der CO2-Ausstoss in dieser Rechnung berücksichtigt lediglich die zurückgelegte Strecke – Emissionen für die Herstellung der Fahrzeuge, etwa für die Batterie eines Elektroautos, sind nicht eingerechnet. Denn für Batterien ist bisher etwa weitgehend unerforscht, welche Lebensdauer sie in Autos tatsächlich haben und wie sie danach verwendet werden können. Entsprechend dürfte nur ein Teil der Herstellungsemission auf die Pkw umgelegt werden – wie gross dieser Anteil ist, ist aber bisher nicht bekannt. Als Grundlage haben wir den aktuellen Strommix in Deutschland mit 40 Prozent erneuerbarer Energie zugrunde gelegt.

Insgesamt entstehen derzeit laut Umweltbundesamt 474 Gramm CO2 pro Kilowattstunde erzeugtem Strom. Bei der Wasserstoffproduktion sind wir vom Elektrolyseverfahren mit deutschem Strommix ausgegangen, bei dem für ein Kilogramm Wasserstoff 55 Kilowattstunden Strom benötigt werden. Für ein Kilo Wasserstoff sind das 26 Kilogramm CO2.

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Praxisprobleme für Lkw und Busse

Geht es darum, grosse Lasten auf langen Strecken zu transportieren, geraten Batteriefahrzeuge schnell ins Hintertreffen. Der Grund: Um ihre Reichweite zu maximieren, müssten die Akkus eine immense Kapazität haben – und würden auch entsprechend schwer werden. Forscher der Carnegie Mellon Universität in Pittsburgh gehen etwa davon aus, dass für eine Reichweite von knapp 1000 Kilometern eine 14,5 Tonnen schwere Batterie benötigt würde. Das würde die mögliche Zuladung deutlich reduzieren. Ähnlich aufwendig könnte auch die Wiederaufladung werden: Ein «Extension Cord» brauche es dafür etwa laut Tesla-Chef Elon Musk – in diesem Fall ein Kabel, mit dem an mehreren Ladesäulen gleichzeitig geladen werden kann.

Um den «Tesla Semi» wirklich binnen 30 Minuten für eine Reichweite von 640 Kilometern zu laden, brauche es eine Ladeleistung von 1,6 Megawatt, meint etwa Gregor Honsel vom «Technology Review». Dazu müssten derzeit 13 Supercharger à 120 kW gleichzeitig angezapft werden. «Eine Elektrifizierung des schweren Güterverkehrs ist mit den derzeit verfügbaren Technologien kaum vorstellbar», meint deshalb Alexander Eisenkopf von der Zeppelin Universität. Es bleibe die Nutzung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen, allerdings mit bisher schlechtem Wirkungsgrad.

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Das bestätigten Branchenkenner auch für die Nutzung von Langstreckenbussen. Die derzeit auf dem europäischen Markt zugelassenen E-Busse verfügten über eine Reichweite von rund 200 Kilometern. Die jeweilige Ladezeit betrage bis zu drei Stunden. «Unter diesen Voraussetzungen können wir E-Busse auf der Strecke MünchenBerlin nicht anbieten», heisst es etwa beim Fernreiseunternehmen Flixbus zur Modellrechnung. Stattdessen arbeite man aktuell daran, Fernbusse mit Brennstoffzellen auf die Strasse zu bringen – mit mindestens 450 Kilometern Reichweite und kurzen Tankzeiten.

Auch mit Bioethanol betriebene Busse sollen in die Flotte aufgenommen werden. Doch bei diesen Projekten handelt es sich noch um Vorhaben im Planungsstadium – und so lange lautet das einhellige Fazit für Lkws und Busse von Verkehrswissenschaftler Eisenkopf: «Batterieelektrisch oder mit Brennstoffzellen angetriebene Busse dürften angesichts der deutlich höheren Kosten in absehbarer Zeit keine realistische Alternative zu konventionellen Fahrzeugen sein.»

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Fehlende Infrastruktur gemeinsames Problem

Ein Problem haben Batterie- und Brennstoffzellenautos gemeinsam: Die fehlende Infrastruktur für das Laden beziehungsweise das Nachtanken. Derzeit gibt es in Deutschland laut Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft knapp 24.000 öffentliche Ladepunkte für Batteriefahrzeuge. Dabei kann es an einer Ladestation mehrere Ladepunkte geben. Nur rund zwölf Prozent sind für das Schnellladen geeignet. Ziel der Bundesregierung sind jedoch eine Million öffentliche Ladepunkte bis 2030. Wie diese Zahl erreicht werden soll und wer auch die weniger profitablen Ladepunkte betreiben soll, steht allerdings noch nicht fest.

Ähnlich sieht es bei den Wasserstofftankstellen aus: Derzeit gibt es in Deutschland lediglich 81 Tankstellen mit Wasserstoff-Zapfsäulen. Laut Peter Fuss, Autoexperte bei der Unternehmensberatung EY, würde man etwa 1000 Wasserstofftankstellen benötigen, um ein flächendeckendes Netz in Deutschland aufzubauen.

Das ist noch ein weiter Weg. Für dieses Jahr haben sich die Betreiber der H2-Zapfsäulen zunächst vorgenommen, die Zahl der Tankstellen auf 100 zu erhöhen. Ganz billig würde ein flächendeckendes Netz nicht werden: Laut Fuss kostet jede neue Wasserstofftankstelle rund eine Million Euro, es müssten demnach noch mehr als 900 Millionen Euro investiert werden.

Auch angesichts dieser Zahlen hat Tesla in der Vergleichsrechnung einen Vorsprung. Vor allem die sogenannten Supercharger verschaffen den E-Autos von Elon Musk derzeit gleich mehrere Vorteile: Die Stromer können an diesen Ladestationen nicht nur besonders schnell aufgeladen werden, der Strom ist für viele Tesla-Besitzer dort auch noch kostenlos. Zudem sind ungefähr alle 150 Kilometer entlang der deutschen Autobahnen entsprechende Säulen verfügbar. So ist der Tesla bei der Fahrt quer durch Deutschland nur eine halbe Stunde langsamer als ein Diesel-SUV, der Strom kostet ihn aber nur die Hälfte.

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Geht es nach Forscher André Thess vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, sollte sich der Staat beim Ausbau der Infrastruktur trotzdem nicht einmischen, sondern den Markt entscheiden lassen. «Die Infrastruktur entwickelt sich in einer Marktwirtschaft evolutionär und nicht auf Kommando», sagt er. «Gottfried Daimler ist auch nicht bei Kaiser Wilhelm vorstellig geworden und hat den Umbau von Apotheken in Tankstellen gefordert.» Stattdessen sollten technologieneutral Anreize zu klimafreundlichem Verhalten gesetzt werden. «Das funktioniert am besten über einen Preis für CO2», sagt Thess.

Das sehen durchaus auch Automanager so: Martin Daum ist Vorstandschef der Nutzfahrzeugsparte von Daimler und sprach sich bereits im vergangenen Jahr dafür aus, dass die Bundesregierung den Transport mit Diesellastwagen deutlich verteuern müsse, um die Nachteile von Elektro- und Wasserstoff-Lkw auszugleichen: «In Europa beispielsweise wäre es dringend geboten, die Maut an den CO2-Ausstoss von Lkw zu koppeln und lokal emissionsfreie Lkw dabei gegenüber herkömmlichen Lkw signifikant besserzustellen.»

Wasserstoff mit entscheidendem Vorteil

Brennstoffzellenfahrzeuge weisen im Vergleich mit batterieelektrischen Antrieben und Dieselmotoren derzeit die schlechteste Ökobilanz aus. Doch vor allem die Wasserstofftechnologie wird bei der künftigen Energieversorgung eine Schlüsselrolle spielen – als universell nutzbarer Energiespeicher, Brennstoff und Rohstoff für synthetische Kraftstoffe.

Der heute noch hohe Energiebedarf für die Aufspaltung von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff, im Verfahren der Elektrolyse, wird in den kommenden Jahren weiter sinken. Auch der umgekehrte Prozess, die Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff in Brennstoffzellen, wird mit jeder technologischen Generation effizienter. Der russische Energiekonzern Gazprom etwa soll in seinen Forschungslaboren eine Technologie zur Umwandlung von fossilem Erdgas in klimaneutralen Wasserstoff entwickeln. Bei der Methanpyrolyse wird Erdgas durch Hitze in seine Bestandteile Wasserstoff und Kohlenstoff zerlegt – mit nur einem Bruchteil der bisher nötigen Energie.

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Der entscheidende Vorteil von Wasserstoff ist, dass man ihn lagern und transportieren kann. Sobald „grüner“ Wasserstoff aus reinem Ökostrom hergestellt wird, ist dessen CO2-Bilanz nahe null. Es kommt also darauf an, Elektrolyseanlagen möglichst direkt an Windparks oder Solarkraftwerken zu installieren. Die meisten Batterien hingegen werden noch so lange nicht mit reinem Ökostrom geladen werden können, wie auch Kohle- und Gaskraftwerke am Strommix beteiligt sind.

Mit Wasserstoff könnte zudem heute bereits ein wesentliches Speicherproblem der Energiewende gelöst werden: Windturbinen werden vor allem im Norden bei starkem Wind regelmässig wegen der Netzüberlastung abgeschaltet. Würden sie auf Elektrolyseanlagen umgeschaltet werden können, ergäbe sich aus Sicht der Wasserstoff-Gesellschaft Hamburg dieses Bild: Im Jahr 2018 hätte man aus insgesamt 4550 Gigawattstunden abgeregeltem, nicht erzeugtem Strom rund 83 Millionen Kilogramm Wasserstoff herstellen können. Damit wiederum hätten 1000 Pkw mit Brennstoffzellen jeweils 83.000 Kilometer weit fahren können – oder 1000 Lkw jeweils 10.400 Kilometer weit.

Staatliche Förderung betrifft hauptsächlich Elektrofahrzeuge

Geht man nach dem Listenpreis, sind Elektroautos heute noch deutlich teurer als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Allerdings verringert sich der Preisunterschied durch die staatliche Förderung, den sogenannten Umweltbonus. Er wird jeweils zur Hälfte vom Hersteller des Autos und vom Staat bezahlt und beträgt derzeit 4000 Euro für reine Elektrofahrzeuge beziehungsweise 3000 Euro für Plug-in-Hybridmodelle. Auch Wasserstofffahrzeuge werden bezuschusst. Allerdings fördert der Staat nur Autos, die weniger als 60.000 Euro kosten. Eine Liste aller Fahrzeuge, für die man einen Umweltbonus-Antrag stellen kann, gibt es auf der Internetseite des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA).

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Auf dieser Liste finden sich derzeit allerdings neben vielen Elektroautos nur zwei Wasserstoffmodelle: der Hyundai Nexo und der Hyundai ix35 Fuel Cell. Der Mirai von Toyota und der GLC F-Cell von Mercedes sind zu teuer für die Förderung. Entsprechend niedrig sind die Zahlen der bislang geförderten Fahrzeuge. Bis Ende 2019 bekamen fast 110.000 reine Elektroautos den Umweltbonus, aber nur 109 Wasserstofffahrzeuge.

Das liegt auch an den Preisen: Während günstige E-Autos wie der Zoe von Renault oder der e-Up von VW Listenpreise von jeweils knapp 22.000 Euro haben, sind Wasserstofffahrzeuge deutlich teurer. Der Toyota Mirai kostet sogar fast 80.000 Euro. Das einzige Brennstoffzellenfahrzeug eines deutschen Herstellers, der GLC F-Cell von Mercedes, wird derzeit gar nicht verkauft – sondern kann lediglich für 799 Euro im Monat geleast werden.

Doch nicht nur der Anschaffungspreis und die Energiekosten entscheiden darüber, was ein Auto den Halter tatsächlich kostet. Auch die Wartung verschlingt über die Lebensdauer eines Fahrzeugs viel Geld. Und die Unterschiede zwischen den verschiedenen Antriebstechnologien sind deutlich: Vor allem das Batterieauto hat in dieser Kategorie Vorteile: Rund ein Drittel weniger als bei einem Auto mit Verbrennungsmotor müssen die Besitzer für Wartung und Inspektionen ausgeben, hat eine Studie des Instituts für Automobilwirtschaft (IfA) ergeben.

Das liegt vor allem daran, dass ein Elektroantrieb insgesamt weniger Teile enthält, die kaputt gehen können oder ausgetauscht werden müssen. Zahnriemenwechsel, kaputte Kupplungen oder Ölwechsel gibt es beim E-Motor nicht. Auch die Bremsbeschläge müssen deutlich seltener gewechselt werden als bei Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.

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Bei den Wartungskosten gibt es auch einen deutlichen Unterschied zwischen Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeugen. Die Wasserstoffautos haben ebenfalls einen Elektromotor, bei dem die gleichen Wartungen und Inspektionen anfallen wie beim Elektroauto. Zusätzlich müssen aber auch die Brennstoffzelle sowie der Wasserstofftank regelmässig überprüft und gewartet werden. Hier hat das Brennstoffzellenauto deutliche Kostennachteile gegenüber dem Batteriefahrzeug.

Dieser Artikel erschien zuerst im Bezahlangebot der «Welt» unter dem Titel: Diese Rechnung beendet das Märchen vom unverzichtbaren E-Auto