Die Kritik an der Fraunhofer-Wasserstoff-Studie

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Wasserstoff-Solartankstelle beim Fraunhofer Institut // © Fraunhofer ISE

Viel Kritik hagelte es in den vergangenen Tagen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme. Eine Studie sollte ermitteln, welcher Fahrzeugtyp mehr CO2-Emissionen verursacht: Batterie- oder Wasserstoff-Autos.

Mittlerweile setzt sich zunehmend der Konsens durch, dass der Verbrennungsmotor im PKW der Zukunft keine Rolle spielen wird. Allerdings ist die Frage, was danach kommt, umso strittiger. In der Fachwelt tobt seit Jahren eine Debatte, ob denn nun batterieelektrische Fahrzeuge oder „Wasserstofffahrzeuge“ besser sind.

Wichtig: Auch „Wasserstoffautos“ fahren mit einem Elektromotor, nur wird die Energie nicht in einem Akku gespeichert, sondern in einer Brennstoffzelle aus Wasserstoff erzeugt. Deshalb verwende ich in diesem Artikel lieber die englischen Bezeichnungen BEV (Battery Electric Vehicle = batterieelektrisches Fahrzeug) und FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle = Brennstoffzellenfahrzeug), der deutsche Begriff „Elektroautos“ umfasst nämlich beide Antriebsarten.

Beide Technologien haben Vor- und Nachteile, die sich gesamt betrachtet in etwa die Waage halten: Das BEV ist technisch einfacher und deutlich energieeffizienter, dafür geht das Tanken beim FCEV schneller als das Laden beim BEV.

Möge der (für die Umwelt) Bessere gewinnen

Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal der beiden Fahrzeugtypen ist die Ökobilanz – in Zeiten der Klimakrise sollte sich natürlich der Antrieb durchsetzen, der am Wenigsten CO2 produziert. Das ist auch der Kernpunkt der Debatte, ob FCEV oder BEV besser sind.

Auke Hoekstra listet auf Twitter einige Fehler der Studie auf

Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme hat sich in einer am 13. Juli veröffentlichten Studie mit dieser Thematik befasst und kam zu dem Schluss, dass FCEV ab einer gewissen Fahrleistung weniger CO2 ausstoßen als BEV. Diese Nachricht hat sich rasch verbreitet und wurde leider kaum kritisch hinterfragt, obwohl die Studie mehrere grobe Fehler aufweist.

Der niederländische Wissenschaftler Auke Hoekstra von der Technischen Universität Eindhoven hat sie in diesem Artikel aufgedeckt (auf Englisch) – hier die wichtigsten Kritikpunkte auf deutsch:


1. Äpfel und Birnen

Für den Best Case nehmen die Autoren an, dass FCEV und BEV mit Ökostrom fahren. Allerdings haben sie für diese Annahme nicht 0g CO2 angesetzt, denn auch die Herstellung von Windrädern oder Solarpanels verursacht ja CO2, soweit also richtig. Allerdings rechnen sie für BEV mit Sonnenstrom (48g CO2/ kWh) und für FCEV mit Windstrom (11g CO2/ kWh) – das ist ein Vergleich zwischen Äpfel und Birnen. Korrekt wäre gewesen, für beide Antriebe den gleichen Wert anzusetzen, beispielsweise einen Mix aus Sonne und Wind.

Dazu sagt Dr. Achim Schaadt, Abteilungsleiter thermochemische Prozesse am Fraunhofer ISE:

“Wir haben Szenarien verwendet, die wir für am realistischen halten. Dabei sind wir davon ausgegangen, dass der Strom möglichst am Ort der Erzeugung genutzt wird. Aus Windstrom z.B. an der Nordsee kann direkt vor Ort Wasserstoff in großskaligen Elektrolysesystemen kostengünstig erzeugt und bedarfsgerecht, d.h. zeitlich und räumlich entkoppelt, zu den Tankstellen transportiert werden. Für BEV haben wir angenommen, dass das Auto im Eigenheim bzw. beim Arbeitgeber mit PV auf dem Dach geladen wird. Der Leitungsausbau des Stromnetzes ist ein langwieriger Vorgang in der Planung bzw. Umsetzung. Des Weiteren ist die installierte Leistung von Windparks und die räumliche Distanz zum Ladepunkt meist sehr groß, weshalb eine direkte Kopplung mit Batteriefahrzeugen nicht sinnvoll erscheint. Deshalb wird es nur in seltenen Fällen vorkommen, dass BEVs reinen Windstrom laden können werden.”

Zusammengefasst: Fraunhofer argumentiert, dass Elektroautos keinen reinen Windstrom laden können, weil der Leitungsausbau der Nord-Südstromtrassen zu langsam vorangeht. Allerdings gibt es ja schon Stromleitungen vom Norden in den Süden – mit dem aktuellen BEV-Bestand kommen diese Netze (angesichts des moderaten Wachstums der Verkaufszahlen) noch eine ganze Weile klar. Ob der Netzausbau auch in ein paar Jahren immer noch nicht laufen wird, ist Spekulation. Nimmt man für beide den gleichen Strom an, schneidet das effizientere BEV logischerweise besser ab. Noch mehr Infos zur Ökobilanz von FCEVs findet Ihr hier.

2. Akkus leben länger

Das Fraunhofer ISE nimmt an, dass BEVs samt Akku nach 150.000 Kilometern auf dem Schrottplatz landen. Das ist zwar in etwa die Grenze, auf die viele Hersteller Garantie geben, aber deswegen ist der Akku ja nicht mit 150.001 Kilometern schrottreif – im Gegenteil: Viele Teslas haben ein Vielfaches dieser Fahrleistung auf dem Buckel.

Rekordhalter ist aktuell Hansjörg von Gemmingen, sein 2013er Model S hat kürzlich die 900.000 km Grenze geknackt – davon 750.000 auf dem ersten Akku (den hat er übrigens immer noch in seinem Auto, der wurde nur zwischendurch mal repariert, weswegen er für 150.000 km einen Tausch-Akku hatte). Es lohnt sich ein Blick ins Tesla High Mileage Leaderboard, dort finden sich noch mehr „Kilometerfresser“, die eine 150.000 km-Grenze schon lange überschritten haben.

Fraunhofer ISE dazu: “Wir haben eine Lebensdauer für das Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeug bis zu 200.000 km angesetzt. Dabei haben wir uns an anderen Studien orientiert. In dieser vereinfachten Betrachtung wird angenommen, dass der Akku und auch die Brennstoffzelle nach dem Einsatz im Fahrzeug nicht weiter genutzt werden. Second Life-Betrachtungen für Batterien und Brennstoffzellen halten wir für sehr sinnvoll und sollen deshalb in einer erweiterten Studie untersucht werden.”

Auke Hoekstra hat bei seinen Berechnungen 300.000 km angesetzt, das hat das Ergebnis deutlich verändert (siehe Diagramm unten).

3. Alte Daten sind schlechte Daten

Die Autoren haben an verschiedenen Stellen veraltete Daten verwendet. Sowohl Beim CO2-Ausstoß in der Akkufertigung als auch bei der Energiedichte werden zu hohe Werte angesetzt, die in der Vergangenheit mal gestimmt haben, aber bereits heute deutlich besser sind und in Zukunft wohl auch weiter deutlich Luft nach oben haben.

Hoekstra hat diese Fehler korrigiert, Ergebnis ist das folgende Diagramm:

Diagramm vergleicht CO2-Werte
In den Säulenpaaren stehen jeweils links die Originalwerte vom Fraunhofer ISE, rechts die Korrekturen von Auke Hoekstra

Dr. Schaadt von Fraunhofer ISE sieht in der Veröffentlichung seines Hauses und in der Kritik von Auke Hoekstra nicht unbedingt einen Widerspruch:

“Über die Annahmen kann man unterschiedlicher Meinung sein. Wenn man die eine oder andere Annahme anpasst, beeinflusst dies natürlich das Ergebnis.”

Dr. Achim Schaadt, Abteilungsleiter thermochemische Prozesse am Fraunhofer ISE

Die Verwendung älterer Daten rechtfertigte man bei Fraunhofer damit, dass ältere Daten fundierter seien als aktuelle: “Wichtig war uns wissenschaftlich belegte Referenzen zu verwenden. Ganz entscheidend ist jedoch, dass der Energiebedarf für die Zellfertigung und die Energiedichte durch uns aktualisiert wurde.”

Im Klartext: Es gibt keine hundertprozentig gesicherten Fakten, für solche Betrachtungen muss man Annahmen treffen. Allerdings kann man sich die Annahmen natürlich so heraussuchen, dass sie die eigenen Thesen eher stützen als die der Gegenseite.

Die Auftraggeber

Vielfach wurde der Vorwurf laut, die Studie sei fehlerhaft, weil sie von H2 Mobility finanziert wurde – ein Konsortium, das sich aus jenen Firmen zusammensetzt, die selbst Wasserstoff vertreiben bzw. viel Geld in die H2-Technologie investieren. Fraunhofer ISE bestätigt, dass die Studie von H2 Mobility in Auftrag und auch bezahlt wurde. Eine inhaltliche Einflussnahme soll es aber nicht gegeben haben.

Tatsächlich wurde seitens Fraunhofer nichts verheimlicht, H2-Mobility wurde überall transparent als Auftraggeber angegeben. Dr. Schaadt sagte dazu: “Als Forschungseinrichtung mit der Ausrichtung auf angewandter Forschung ist die Durchführung von Forschungsprojekten auf solider wissenschaftlicher Basis in Zusammenarbeit mit der Industrie die Mission von Fraunhofer.”

Zusammengefasst:

Die Experten des Fraunhofer ISE haben veraltete Daten verwendet, zweifelhafte Annahmen getroffen und Äpfel mit Birnen verglichen – überraschenderweise kamen BEVs dabei immer noch verhältnismäßig gut weg. Dennoch: Die vielen kleinen Fehler ergeben in Summe ein komplett anderes Resultat. Korrigiert man diese, kommt heraus, dass ein 90 kWh-BEV deutlich weniger CO2 ausstoßen würde, nämlich 55 g/km, während FCEV bei 80 g/km liegen.

Die komplette Replik von Auke Hoekstra gibt es als Twitter-Thread auf Englisch zu lesen. Außerdem hat er hier nochmal nachgelegt.

emobly meint: Es ist wichtig, offen darüber zu debattieren, welche Antriebsart die klimafreundlichste ist. Eigentlich sollen wissenschaftliche Studien helfen, diese Frage zu klären. Dabei ist es immens wichtig, dass sauber gearbeitet wird und korrekte Zahlen verwendet werden. Wenn zu viele Annahmen getroffen und zu wenige harte Fakten eingesetzt werden, ist das Ergebnis mit Vorsicht zu genießen. Fraunhofer hat uns gegenüber zwar glaubhaft versichert, dass es keine inhaltliche Einflussnahme gab – dennoch drängt sich der Eindruck auf, dass einige Annahmen zugunsten des Auftraggebers getroffen wurden.

Sowohl Brennstoffzelle als auch Batterien spielen eine wichtige Rolle für Energie und Mobilität der Zukunft – in unterschiedlichen Einsatzbereichen: Es macht keinen Sinn, ein Stadtauto mit einer Brennstoffzelle zu betreiben oder einen 40-Tonnen-LKW mit Batterien vollzustopfen. Dazwischen gibt es aber Graubereiche, z.B. PKW im Langstreckeneinsatz. Sowohl Hoekstra als auch Fraunhofer zeigen, dass Brennstoffzelle und Batterien dort in Sachen CO2-Emissionen sehr nah beieinanderliegen können. Letztendlich wird das Rennen vermutlich danach entschieden, von welcher Technologie mehr Fahrzeuge und die bessere Infrastruktur zur Verfügung stehen. Im Moment haben BEVs hier die Nase klar vorne.

Und: Sowohl BEV als auch FCEV sind um Klassen besser als Diesel, so dass beide Technologien ein ordentlicher Schritt nach vorne wären.