Brennstoffzelle und Nachhaltigkeit: Vorteile und Limitierungen

Brennstoffzellen sollen eine wichtige Rolle in der Energiewende spielen. Sowohl in der Autoindustrie als auch in der Energieversorgung bieten sie innovative Lösungen, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren und die Nutzung fossiler Energieträger zu minimieren. Doch gerade, wenn es um das Thema Nachhaltigkeit geht, müssen Innovationen ganzheitlich betrachtet werden. Entsprechend stellt sich die Frage, wie Brennstoffzellen per se im Vergleich abschneiden. Der nachfolgende Beitrag beleuchtet das Zusammenspiel von Brennstoffzelle und Nachhaltigkeit aus verschiedenen Blickwinkeln.

Keine Frage: Verbrennungsmotoren gehören in Zeiten des Klimawandels wortwörtlich aufs viel zitierte Abstellgleis. Schließlich gibt es mit vollelektrischen, batteriebetriebenen Autos (BEV) und Fahrzeugen mit Brennstoffzelle (FCEV) bereits zwei Alternativen, die in puncto CO2-Ausstoß deutlich nachhaltiger sind. De facto ist das, was die Brennstoffzelle während des Betriebs an klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid produziert, gleich null.

Wenn es um die Nachhaltigkeit von Brennstoffzellen geht, darf man aber nicht nur die CO2-Bilanz im tatsächlichen Betrieb berücksichtigen. Bevor die Brennstoffzelle im Inneren eines Fahrzeugs Energie erzeugt, muss sie nämlich erst einmal entsprechend gefüttert werden. Das funktioniert via Betankung mit Wasserstoff. Der wiederum ist auf der Erde nur in ungebundener Form vorhanden und wird deshalb aus anderen Quellen gewonnen. Das gelingt jedoch in den meisten Fällen (noch) nicht CO2-neutral – so wird Wasserstoff heute vorzugsweise aus Erdgas gewonnen. Deshalb gilt: Wer den CO2-Ausstoß mithilfe einer Brennstoffzelle im Auto nachhaltig senken möchte, muss grünen Wasserstoff tanken, der mittels Elektrolyse aus erneuerbaren Energien erzeugt wird.

Aber: Auch wer ein batteriebetriebenes Fahrzeug nutzt, muss in Sachen Strom-Mix genauer hinsehen. Denn längst nicht an jeder Ladesäule lässt sich Strom aus erneuerbaren Energien beziehen. Entsprechend verringert sich auch bei BEV die Nachhaltigkeit um den Faktor X in Abhängigkeit davon, wie der Strom erzeugt wurde.

Unabhängig davon, ob eine Brennstoffzelle nun mit grünem oder konventionell erzeugtem Wasserstoff betrieben wird – beim Thema Nachhaltigkeit muss der Wirkungsgrad ebenfalls berücksichtigt werden. Hiermit ist die Effizienz gemeint, mit der die Brennstoffzelle Wasserstoff als Energieträger in elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs umwandelt. Tatsächlich fällt dieser Wirkungsgrad im Vergleich zu batteriebetriebenen Autos deutlich niedriger aus.

Allerdings muss an dieser Stelle erwähnt werden, dass die Entwicklungspotentiale der Brennstoffzellentechnologie noch lange nicht ausgeschöpft sind. So gibt es mittlerweile zahlreiche innovative Lösungen und Ideen, dank derer der Wirkungsgrad der Brennstoffzellen zukünftig erhöht werden kann.

Bei der Produktion von Batterien für Elektroautos scheiden sich die Geister: Da in der Regel noch seltene Erden für die Herstellung verwendet werden und beispielsweise der Abbau von Kobalt und Lithium nur unter Inkaufnahme von Umweltschäden vonstatten geht, stehen batteriebetriebene Elektroautos zumindest bei diesem Nachhaltigkeitsaspekt in nicht ganz so gutem Licht da. Entsprechend schlecht ist der CO2 Fußabdruck für die Batterieherstellung. Das gilt vor allem für größere Batterien ab 45 kWh, wie sie in BEV zum Einsatz kommen.

Wie sieht es diesbezüglich bei Brennstoffzellen aus? Eine Studie des Frauenhofer Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat herausgefunden, dass die CO2-Bilanz bei der Fertigung von Brennstoffzellen deutlich unter dem liegt, was bei der Herstellung von Batterien von Elektroautos an CO2 anfällt. Die Forscher gehen davon aus, dass auch die Zukunft keine umfassenden Veränderungen bei der CO2-Bilanz des Herstellungsprozesses bringt – das Verhältnis bleibt bestehen. Darüber hinaus sind die benötigten Materialien weitaus weniger kritisch. Unter diesem Gesichtspunkt überzeugt die Brennstoffzelle also in Sachen Nachhaltigkeit.

Übrigens: Laut dem Frauenhofer Institut bezieht sich der Vorteil bei der Nachhaltigkeit von Brennstoffzellen nicht nur auf die Produktion, sondern ebenso auf die Entsorgung. Auch hier kann die Brennstoffzelle bei der CO2-Bilanz gegenüber der Batterie punkten.

Betrachtet man die Lebensdauer einer Brennstoffzelle, so sind im Vergleich zum Verbrennungsmotor keine Kompromisse zu befürchten. Der renommierte Hersteller Toyota, der bereits seit Jahren als Vorreiter in der Brennstoffzellentechnologie für Fahrzeuge gilt, gibt an, dass die Lebensdauer im Vergleich zu konventionellen Benzinern oder Dieselfahrzeugen nicht verringert ist. Andere Quellen sprechen von einer Lebensdauer von rund 450.000 Kilometern. Diesbezüglich kann die Brennstoffzelle bei der Nachhaltigkeit also grundlegend überzeugen.

In vielen Bereichen kann die Brennstoffzelle bei der Nachhaltigkeit schon heute überzeugen: Sie ermöglicht den emissionsfreien Betrieb von Fahrzeugen, besitzt eine übersichtliche CO2-Bilanz in der Herstellung und kann mit einer langen Lebensdauer sowie geringem CO2-Ausstoß bei der Entsorgung punkten. Einzig mit Blick auf den Energieträger sowie die Energieeffizienz sind hinsichtlich der Nachhaltigkeit noch ein paar Kritikpunkte offen. Hierfür müssen entsprechend innovative Lösungen gefunden werden.

So kann beispielsweise der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen durch den Einsatz von bestimmten Dichtwerkstoffen erhöht werden. Durch innovative Herstellungsverfahren und einen Ausbau der Produktion lassen sich auch die CO2-Kosten bei der Fertigung reduzieren. Und last but not least: Je mehr Energie mithilfe von Windkraft und Photovoltaik erzeugt wird, umso mehr grüner Strom lässt sich auch produzieren – und der wiederum steigert die Nachhaltigkeit der Brennstoffzelle noch einmal zusätzlich.