E-Auto, Verbrenner und Brennstoffzelle im Vergleich

Die Gemeinsamkeiten: modernste Antriebstechnik für klimafreundlicheres Fahren

Beim Vergleich von Elektroautos, herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Brennstoffzellen-Autos wird eines schnell klar: Alle drei fahren heute schon wesentlich klima- und umweltverträglicher als in der Vergangenheit. Auch Verbrenner haben ihren Ausstoß schädlicher Emissionen innerhalb der letzten rund 25 Jahre deutlich reduziert: dank modernster Technik in Form von verbesserten Motoren, Abgassystemen und Katalysatoren. Pkw konnten ihre spezifischen Emissionen – also die direkten Emissionen pro Kilometer – um bis zu 98 Prozent bei Schwefeldioxid, rund 88 Prozent bei Feinstaub und ca. zwölf Prozent bei CO2 verringern. Insgesamt sind die CO₂-Emissionen im Verkehr aber seit 1990 nur in geringem Maße gesunken, von 164 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent auf 148 Millionen Tonnen im Jahr 2022. Hauptursache hierfür ist die Verdopplung der Verkehrsleistung im Straßengüterverkehr seit 1995: So werden die erreichten Verbesserungen im Klimaschutz teilweise wieder aufgehoben.

Bei E-Autos haben sich die CO2-Emissionen zudem spürbar reduziert, da immer mehr Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt wird. Weniger fossile Energieträger führen zu einer besseren Klimabilanz in der Nutzungsphase des E-Autos. So zeigen verschiedene Untersuchungen, zum Beispiel eine Studie der Universitäten von Exeter, Cambridge und Nijmegen, dass Elektroautos weltweit in den meisten Anwendungsfällen klimafreundlicher als herkömmliche Benzinautos sind. Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind ebenso eine klimafreundliche Alternative, wenn der Wasserstoff mit Strom aus regenerativen Energien hergestellt wird.

Häufig werden in der öffentlichen Diskussion die Begriffe Elektroauto oder E-Auto ausschließlich für batterie-elektrische Fahrzeuge (BEV oder PHEV) genutzt. Grundsätzlich zählen auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge (FCEV) zu den E-Fahrzeugen. Da FCEV aber gleichzeitig Wasserstoff tanken, der im Fahrzeug in elektrische Energie für den Antrieb umgewandelt wird, nutzen auch wir in diesem Artikel die vielfach geläufige Unterscheidung zwischen E-Autos und Brennstoffzellen- bzw. Wasserstoff-Autos. Eine ausführlichere Darstellung der unterschiedlichen Antriebskonzepte für Pkw und Lkw finden Sie hier.

Die Unterschiede: Infrastruktur und Verfügbarkeit

Für eine kommerzielle Nutzung aller Antriebe braucht es die nötige Infrastruktur. Tankstellen für Diesel, Benzin oder alternative Kraftstoffe gibt es bereits überall in der Fläche. Zwischen rund 14.500 Tankstellen haben die Deutschen die Qual der Wahl. Nach Angaben der Bundesnetzagentur gab es Anfang 2023 bundesweit rund 80.500 öffentlich zugängliche Ladepunkte, davon rund 67.300 Normalladepunkte (bis 22 kW) und circa 13.200 Schnellladepunkte (größer als 22 kW) für E-Autos.

Ganz anders sieht die Versorgungslage bei Wasserstoff aus. In Deutschland gab es Anfang 2023 lediglich 91 Wasserstoff-Tankstellen, die teilweise öffentlich zugänglich, teilweise privatisiert sind. Europaweit beschränkt sich die Zahl Anfang 2023 auf 163 Tankstellen. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr fördert seit 2019 Investitionen in H2-Tankstellen und Elektrolyseure zur Vor-Ort-Erzeugung von grünem Wasserstoff. Das Industrie-Joint Venture namens „H2Mobility“ ist ein zentraler Akteur beim Aufbau eines H2-Tankstellennetzes für Pkw und Nutzfahrzeuge in Deutschland und Europa.

Der eigentliche Tankvorgang ist bei flüssigen Kraftstoffen und Wasserstoff ähnlich kurz. Innerhalb von wenigen Minuten ist der Tank komplett aufgefüllt und das Auto einsatzbereit. E-Autos hingegen können, je nach Leistung des Ladepunktes, von 20 Minuten (Schnelllader) bis zu einem Tag (2,3 Kilowatt Haushaltssteckdose) für eine komplette Ladung benötigen. Die Ladedauer hängt auch vom Fahrzeugmodell, Ladestand der Batterie, Außentemperatur und Ladetechnik ab.

Der Kostenfaktor: Große Unterschiede bei Anschaffung und Betriebskosten

In der Anschaffung sind FCEV derzeit im Vergleich am teuersten. Die Preise starten bei rund 63.000 Euro und reichen bis in den sechsstelligen Bereich. Dies liegt allerdings in der aktuell noch schwachen Nachfrage und dem geringen Modellangebot begründet. BEV und PHEV starten bereits ab 20.000 Euro und steigen bis zu 90.000 Euro für innovativere Modelle. Verbrenner sind im Vergleich zum FCEV, BEV und PHEV allerdings die günstigsten. Beginnend bei 10.000 Euro bieten sie den niedrigsten Kaufpreis, wobei die Preisspanne je nach Modell nach oben variiert.

Ein Pluspunkt für das E-Auto sind die Betriebs- und besonders die Kraftstoffkosten. Diese sind im Vergleich zu Wasserstoff und insbesondere zu Benzin oder Diesel wesentlich günstiger. Durch staatliche Förderung für BEV, PHEV und FCEV bei der Anschaffung oder Besteuerung können Kundinnen und Kunden aktuell die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten teilweise kompensieren.

Technische Unterschiede der Antriebsformen

Die Antriebsarten unterscheiden sich bei der technischen Betrachtung in Bezug auf Emissionen, Reichweite und Wirkungsgrad. BEV und FCEV bieten den Vorteil, komplett emissionsfrei am Auspuff zu sein, da Strom und Wasserstoff an einem anderen Ort erzeugt werden, an dem gegebenenfalls CO2-Emissionen emittiert werden. Die Reichweite von FCEV pendelt sich je nach Fahrzeug bei 500 bis 800 Kilometer pro voller Tankladung ein, weshalb sich FCEV auch optimal für den öffentlichen Verkehr und als Nutzfahrzeuge eignen. Auch BEV und PHEV haben ihre Reichweite verbessern können. Bis zu 350 Kilometer sind bei BEV durchschnittlich üblich, was allerdings noch deutlich unter den durchschnittlichen Reichweiten von Benzin- oder Dieselautos liegt. Bei letzteren reicht eine Tankfüllung je nach Fahrzeugart für mehr als 1000 Kilometer.

Beim energetischen Gesamtwirkungsgrad hat das E-Auto die Nase vorn: Ein BEV, mit erneuerbarem Strom betrieben, ist mit circa 80 Prozent Gesamtwirkungsgrad der absolute Spitzenreiter unter den Antrieben. Beim FCEV besteht noch Luft nach oben. Da die Herstellung von Wasserstoff viele Prozessschritte erfordert (Stromerzeugung – Elektrolyse – Wasserstoffverteilung – Brennstoffzelle – elektrischer Antriebsmotor), kann ein Teil der Energie nicht für den Fahrzeugantrieb genutzt werden. Der Gesamtwirkungsgrad liegt rechnerisch zwischen 25 und 35 Prozent und ist somit nur etwa halb so groß wie der eines BEV. Der moderne Verbrenner reiht sich mit unter 40 Prozent ein.

Elektrofahrzeuge werden künftig Antriebsmix dominieren, aber auf den spezifischen Einsatz kommt es an

Für das Erreichen der Klimaschutzziele im Verkehr sind der rasche Antriebs- und Kraftstoffwechsel vor allem im Straßenverkehr die beiden zentralen Hebel. Die Ergebnisse der gemeinsamen Studie „Klimapfade 2.0 – Ein Wirtschaftsprogramm für Klima und Zukunft“ von BDI und der Strategieberatung BCG aus dem Jahr 2021 zeigen auf, dass Elektrofahrzeuge im künftigen Antriebsmix dominieren werden. Dennoch: Jede Antriebsart bringt spezifische Vor- und Nachteile mit sich. Wichtig ist es, genau abzuwägen, welcher der drei Antriebe am besten für den spezifischen Einsatz geeignet ist. Für die Industrie ist deshalb ein technologieoffener Ansatz von entscheidender Bedeutung. Strombasierte Kraftstoffe, hergestellt aus grünem Wasserstoff und CO2, oder fortschrittliche Bio-kraftstoffe bieten heute schon die Möglichkeit, mit Verbrennerfahrzeugen nahezu klimafreundlich unterwegs sein. Bis zum 100-prozentigen Einsatz von Wasserstoff- und Elektrofahrzeugen sind diese Kraftstoffe unerlässlich für die Bestandsflotte, um die Klimaziele im Verkehrssektor zu erreichen.

Ob Brennstoffzelle, Batterie oder doch Verbrenner, der mit fortschrittlichen Biokraftstoffen oder strombasierten Kraftstoffen betrieben wird – die Bundesregierung muss gegenüber allen Antriebstechnologien offen sein, um die einzelnen Bausteine für ein nachhaltiges und ressourcenschonendes Mobilitätssystem zusammenzusetzen und Chancen für den Automobilstandort Deutschland zu sichern.