Herausgeber: 29.05.2015 Ergebnispapier zum Online-Dialog Nr. 19 Die Batterie ist nur eine Übergangslösung auf dem Weg in die Elektromobilität – die Zukunft gehört der Brennstoffzelle. Mit freundlicher Unterstützung von: 1 Ausgangsfrage 1 Die Leistungsfähigkeit von Traktionsbatterien wird schnell ansteigen. Dazu werden Forschungsfortschritte ebenso beitragen wie Skaleneffekte. Eine dichtere Ladeinfrastruktur wird die Verbreitung batteriebetriebener Autos begünstigen. Das Laden wird aber zeitraubend und die Reichweite beschränkt bleiben. Das ist bei Brennstoffzellenfahrzeugen anders. Toyota wird 2015 den ersten Großserienwagen dieser Art auf den Markt bringen. Er reicht 500 Kilometer weit und lässt sich innerhalb von drei Minuten betanken. Vergleichbare Fahrzeuge werden derzeit von General Motors/Honda und von Daimler/Ford/Nissan entwickelt. Sobald die infrastrukturellen Probleme der Wasserstoffverteilung gelöst sind, werden Brennstoffzellenfahrzeuge einen nahtlosen Übergang in die Elektromobilität ermöglichen. Batteriebetriebene Fahrzeuge bleiben nur Nischenlösungen. Trifft diese These Ihrer Ansicht nach zu (pro) oder nicht (contra)? leitete sich die Frage ab: Ist die Batterie ist nur eine Übergangslösung auf dem Weg in die Elektromobilität? Gehört die Zukunft der Brennstoffzelle (pro) oder nicht (contra)? Energie 2 Meinungsbild Batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge (BEVs) markieren den Königsweg und nicht nur eine Umgehungsstraße auf dem Weg in eine elektromobile Zukunft. Ihr Preis-Leistungs-Verhältnis wird sich schon innerhalb der nächsten zehn Jahre so sprunghaft verbessern, dass sie in Kosten und Reichweite mit Verbrennungsfahrzeugen konkurrieren können und es fraglich ist, ob sie Brennstoffzellenfahrzeugen im Pkw-Bereich überhaupt noch eine Chance lassen. Das gilt umso mehr, als Ladeinfrastruktur und -technik bald hohen Ansprüchen genügen und die Nutzerinnen und Nutzer ihr „Tankverhalten“ den Erfordernissen von Elektrofahrzeugen anpassen werden. Brennstoffzellenfahrzeuge sind technisch wesentlich komplizierter und werden auf lange Sicht teurer bleiben als BEVs. Sie haben hohe Wirkungsgradverluste. Außerdem sind sie auf eine flächendeckend zu kostspielige Infrastruktur für die Erzeugung und die Verteilung von Wasserstoff angewiesen. Im Fernverkehr, in Omnibussen des ÖPNV und als Range Extender besitzen Brennstoffzellen jedoch ebenso gute Zukunftsperspektiven wie in stationären Anwendungen als dezentrale Blockheizkraftwerke. Auch spielt Wasserstoff als potentieller Speicher für überschüssige Energien im Rahmen der Energiewende eine nicht zu unterschätzende Rolle. Welche Bedeutung Brennstoffzellenfahrzeuge erlangen werden, hängt in einer Marktwirtschaft letztlich von unternehmerischen Entscheidungen ab – und in der Strategie vieler OEM behält die Entwicklung von Brennstoffzellen-Pkw nach wie vor ihren Platz. Das ist die Essenz dieses Dialogs, an dem sich 28 Experten und Entscheider beteiligten, von denen 26 eine Bewertung vornahmen. Dabei bewerteten vier Beteiligte die Ausgangsthese eindeutig oder mit Einschränkungen positiv (einmal „Pro“, drei Mal „Eher pro“), vier Beteiligte äußerten sich neutral, während 18 negative Voten abgegeben wurden (sieben Mal „Eher contra“ und elf Mal „Contra“). Zusätzlich zu den Beiträgen des moderierenden Deutschen Dialog Institutes wurden im Verlauf dieser Diskussion 30 Kommentare abgegeben. 5% 4% 7% 25% Abbildung 1 Bewertung der These „Brennstoffzelle“ (n=26) 12% 33% 11% 42% 15% 9% 17% 7% 68 % 8% 17% 27% Pro Eher Pro Neutral Eher Contra Contra 2 3 Zentrale Aussagen des Dialogs 3 „Manche Auto-Experten sagen schon das Ende des Batterieantriebs vorher und halten die mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle für die bessere Alternative“, so kommentierte die Nachrichtenagentur Thomson Reuters im Frühjahr 2014 die Meldung, dass Evonik aus der gemeinsamen Batterieentwicklung mit Daimler ausgestiegen sei und seine Anteile an der Li-Tec Battery GmbH und an der Deutsche ACCUmotive GmbH an seinen bisherigen JointVenture-Partner verkauft habe (1). Die an diesem Dialog Beteiligten gehören überwiegend nicht zu dieser Gruppe von Experten. Ihre Bedenken gegen die Brennstoffzellentechnologie und ihre Begeisterung für das Potential des Batterieantriebs sind zu groß, als dass sie sich den namenlosen Auguren anschließen wollten, auf die sich die Nachrichtenagentur beruft. Sie sind mehrheitlich vor allem von so schnellen und substantiellen Fortschritten in der Batterietechnologie überzeugt, dass der Brennstoffzelle ihrer Ansicht nach zumindest im Pkw-Bereich kaum noch eine kompetitive Chance bleibt. „Es sieht so aus, dass Traktionsbatterien für Pkw schon bald die doppelte Reichweite zum halben Preis erzielen. Damit ist die Brennstoffzelle aus dem Rennen“ 1, kommentiert ein Dialogbeteiligter und ein anderer präzisiert: „Die Kostendegression bei der Batterie wird so zügig verlaufen, dass schon in wenigen Jahren Reichweiten von 300 bis 350 Kilometern selbstverständlich sein werden. Schon heute kann man den Strom für 110 Kilometer Fahrstrecke in zehn Minuten nachtanken und es ist noch Luft nach oben, bis zu Ladeleistungen von 180 Kilowatt. Tesla macht uns doch vor, wohin die Reise geht.“ Auch mit Verbrennungsfahrzeugen, so der Tenor der Meinungen, die die Batterie keinesfalls für eine Übergangslösung halten, würden rein batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge (BEVs) sowohl hinsichtlich ihrer Kosten als auch ihrer Reichweite spätestens 2025 konkurrieren können. Je dichter ein Netz von Ladestationen geknüpft und je mehr die Ladetechnik (von der Schnellladung bis hin zur Induktion) perfektioniert werde, desto bequemer könnten BEVs überdies schon bald Langstrecken bewältigen, ohne dass ihre Nutzer Reichweitenprobleme befürchten müssten. Solange die Ladeinfrastruktur aber noch mangelhaft und weder an Supermärkten, beim Arbeitgeber noch entlang der Autobahnen ausreichend ausgebaut sei, stelle die Batteriereichweite derzeit noch eine Akzeptanzhürde dar. Dennoch sind batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge im Gegensatz zu Brennstoffzellenfahrzeugen auch hier und heute schon vielfältig nutzbar und bieten 1 > Alle Zitate, soweit sie nicht bestimmten Quellen zugeordnet sind, stammen von verschiedenen Beteiligten des Dialogs über diese These. Energie 4 bereits für zahlreiche Anwendungen im automobilen Sektor Lösungen. Für BEVs spricht ferner die Unabhängigkeit, die sie ihren Nutzern gewähren. Man kann sie über Nacht zuhause oder tagsüber beim Arbeitgeber aufladen, ohne vorher eine Tankstelle suchen zu müssen. „Beim Brennstoffzellenfahrzeug bin ich dagegen abhängig von den Wasserstofflieferanten. Da kann ich ja gleich beim Benziner bleiben.“ Auch ist zu erwarten, dass die Fahrerinnen und Fahrer von Elektroautos lernen werden, sich deren Erfordernissen anzupassen, also längere Ladezeiten zu akzeptieren und die Wartezeit zum Beispiel zum Einkaufen oder Rasten sinnvoll zu nutzen. Zukunftsweisend ist die Möglichkeit der relativ unkomplizierten Integration von Elektroautos in Smart-Home-Anwendungen, eine Perspektive, die Brennstoffzellenfahrzeuge nicht bieten: „Dass die heimische Photovoltaikanlage Wasserstoff für den Hausgebrauch produziert, ist doch kaum anzunehmen.“ Auch andere Geschäftsmodelle lassen sich mit Hilfe von Traktionsbatterien realisieren. So können Netzbetreiber sie etwa als Pufferspeicher einsetzen, Automobilhersteller mit ihnen Erlöse an Energiemärkten realisieren. Auf Brennstoffzellen könnten solche Geschäftsmodelle nicht ohne weiteres aufbauen. Technisch ist die Brennstoffzelle komplizierter als die Batterie. Sie ist – vor allem wegen des als Katalysator in der Membran-Elektrodeneinheit notwendigen Platins – teuer und im Pkw auf Dauer gegenüber allen anderen Antriebsarten nicht kostenkompetitiv. Allerdings sind deutsche Chemieunternehmen – anders als in der Batterietechnik – bei der Entwicklung von Brennstoffzellen führend und könnten diesen Wettbewerbsvorteil ausspielen (2). Negativ schlagen die hohen Wirkungsgradverluste der Brennstoffzelle zu Buche: „Eine Batterie hat einen Speicherwirkungsgrad von 80 Prozent und eine Brennstoffzelle nur rund 50 Prozent“. Schon bei der elektrolytischen Erzeugung des Wasserstoffs selbst geht Energie verloren. Bei der Umkehrreaktion in der Brennstoffzelle entsteht dann nicht nur Strom, sondern auch Wärme. „Viel effizienter lässt sich Wasserstoff stationär nutzen, wenn man ihn zum Beispiel in das Erdgasnetz einspeist und damit dann Blockheizkraftwerke betreibt, in denen sowohl elektrische Energie als auch Wärme erzeugt > 5 wird. Im Auto weiß man dagegen nicht, wohin mit der Wärme, sie wird weggekühlt und geht verloren.“ Nicht die Herstellung der Brennstoffzelle allein, sondern mehr noch die Herstellung von Wasserstoff in teuren Elektrolyseuren und seine Verteilung über ein ausreichend eng geknüpftes Tankstellennetz bilden eine so hohe Kostenbarriere, dass nach Ansicht mancher Dialogbeteiligter die Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen daran scheitern wird. „Eine Wasserstofftankstelle kostet rund anderthalb Millionen Euro, eine Schnellladestation mit mehreren Säulen, wie zum Beispiel Tesla sie gerade aufbaut, nur einige zehntausend Euro“. Selbst wenn in Deutschland jüngst die erste Wasserstofftankstelle an einer Autobahn eröffnet wurde, so ist das doch insgesamt erst die 18. öffentliche Wasserstofftankstelle bundesweit. Der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur verläuft schleppend. Allerdings erfährt auch er politische Unterstützung. Zudem eröffnen Wasserstofftankstellen wirtschaftlich offenbar durchaus lohnende Aussichten. Jedenfalls beteiligen sich Daimler und der Gashersteller Linde maßgeblich an dem Aufbau von vorerst 20 Wasserstoff-Tankstellen (3). Dieses Engagement nährt die Vermutung einiger Dialogbeteiligter, dass der Industrie wartungsintensive Brennstoffzellenfahrzeuge im Grunde genommen lieber sind als ihre relativ pflegeleichten batterieelektrischen Pendants: „Die Brennstoffzelle macht auch in Zukunft hochtechnologisierte Fahrzeughersteller (OEM) und ein eigenständiges Netz für den Kraftstoff (Abhängigkeit!) unentbehrlich. Elektroautos benötigen genau das aber nicht mehr! Ein Schelm wer Böses dabei denkt, dass genau von diesen Unternehmen das Brennstoffzellenauto immer als die ‚Zukunft’ präsentiert wird.“ Bedenkenswert ist dabei freilich, dass die technologischen Entwicklungspfade in die Zukunft sich in einer Marktwirtschaft per definitionem am Markt orientieren, also primär von privaten und nicht von politischen Entscheidungen geprägt werden. „Wie wichtig die Rolle von Brennstoffzellenautos sein wird, ist eine unternehmerische Entscheidung. Das kann kein Forschungsinstitut definieren. Welche Antriebsart die Kunden in Zukunft bevorzugt wählen, hängt von individuellen Kaufentscheidungen ab“, meint ein Dialogbeteiligter und fügt hinzu: „Der Markt muss entscheiden. Tesla macht uns das ja gerade vor.“ > Energie Unter diesen Gesichtspunkten empfiehlt sich der Einsatz der Brennstoffzelle voraussichtlich zumindest für Lastkraftwagen im Fernverkehr ebenso wie für Linienbusse im ÖPNV. Auch wird die Kombination von Traktionsbatterie und Brennstoffzelle im Pkw ihre Konstrukteure und ihre Kunden finden, denn als Range Extender hat die Brennstoffzelle „blendende Zukunftsaussichten“. Gerade bei großen und schweren Fahrzeugen, die lange Strecken zurücklegen, sei die Brennstoffzelle sinnvoll – aber nicht nur dort, heißt es in dem einzigen dezidiert zustimmenden Kommentar zur Ausgangsthese des Dialogs. Sei doch der Wasserstoff ein ideales Speichermedium für Energie aus erneuerbaren Quellen. Auf diese Art würde überschüssiger Windstrom schon heute genügend Treibstoff liefern, um 75.000 Brennstoffzellenfahrzeuge ein Jahr lang zu versorgen. „Wer zum Gelingen der Energiewende beitragen will, der kommt an Wasserstoff als Speichermedium und Kraftstoff nicht vorbei.“ Mit vorsichtigerem Optimismus äußern sich jene Dialogbeteiligten, die darauf hinweisen, dass elektrischen Batterien physikalisch eine Leistungsgrenze gesetzt sei: „Lithium-Ionen-Batterien werden weiter verbessert, sich aber irgendwann asymptotisch der Grenze ihrer Verbesserungsfähigkeit nähern – langfristig (in mehr als 20 Jahren) bietet die Wasserstoffwirtschaft deshalb die bessere Perspektive“. Wo diese Grenze genau liegt und wie es um die Zyklenfestigkeit der Batterie bestellt ist, darüber gehen die Meinungen jedoch auseinander. Liegt die Grenze für Lithium-Ionen-Batterien tatsächlich bei einer Energiedichte von etwa 150 Wh/kg oder hat Tesla diese Grenze in seinem Model S mit einer Energiedichte von 260 Wh/kg längst durchbrochen? Aber ließen sich nicht selbst für zukünftige Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Batterien allenfalls Energiedichten von bis zu 350 Wh/kg realisieren, also knapp das Dreifache des heutigen Standardwerts? Egal, wo die Grenze liegt - die Brennstoffzelle scheint langfristig einen Ausweg aus diesem „Batterie-Dilemma zu bieten“. Ein Unternehmen wie Toyota stellt sich darauf strategisch bereits heute ein (4), und sogar Porsche plant unter anderem mit der Brennstoffzelle (5). Für die Automobilhersteller ist es offenbar selbstverständlich, dass die automobile Zukunft anders als die Gegenwart von einer Heterogenität von Antriebsarten geprägt sein wird, zu der auch Brennstoffzellenfahrzeuge gehören. > 6 7 Dabei könnte der „riskante Energieträger Wasserstoff“ eventuell durch einfachere und preiswerter herzustellende Brennstoffzellen-Substrate ersetzt werden, beispielsweise mit Hilfe der DMFC-Technik (Direkt Methanol Fuel Cell). „Ein flüssiger Brennstoff hätte viele Vorteile für Speicherung und Transport des Kraftstoffes - sowohl im Fahrzeug als auch für Verteilung und Transport.“ Ein Dialogbeteiligter schlägt vor, Langstreckennutzfahrzeuge künftig mit Flüssigerdgas-Stromerzeugern auszustatten, die ein dichtes Tankstellennetz überflüssig machen würden. Die Klage darüber, dass „durch den langjährig einseitigen Fokus auf BatterieEntwicklung die Brennstoffzellen-Entwicklung leider arg vernachlässigt“ wurde, mag zwar begründet sein. Sie wird, bei allen Vorzügen des batterieelektrischen Antriebs, aber sicher gemildert durch die andauernde Faszination der Brennstoffzelle. Ist doch „das Thema für die Ingenieure zu verlockend, um es endgültig zu begraben.“ (3) Energie Empfehlungen Zusammenfassend lassen sich aus dem Dialog folgende prioritäre Handlungsempfehlungen ableiten: 1 Die Politik sollte ihre Maßnahmen zur Förderung der Elektromobilität weiterhin technologieneutral gestalten und es den Marktkräften überlassen, ob sich die Batterie oder die Brennstoffzelle als vorrangige Alternative zum Verbrenner durchsetzen wird. 2 Die Automobilhersteller sollten ihre Anstrengungen verstärken, mehr alltags- und langstreckentaugliche Elektrofahrzeuge auf den Markt zu bringen. 3 Deutsche Chemieunternehmen sollten ihren Wettbewerbsvorsprung bei der Entwicklung von Brennstoffzellen nutzen und insbesondere auch deren Potential für stationäre Anwendungen zügig erschließen. 4 OEM und Gashersteller sollten noch stärker als bisher zum Aufbau einer ausreichenden Wasserstoffinfrastruktur beitragen und dafür in strategischen Partnerschaften lohnende Geschäftsmodelle entwickeln. 8 4 Dialogbeteiligte 9 28 Experten und Entscheider aus verschiedenen Wirtschaftsbranchen (18), Verbänden (2), wissenschaftlichen Einrichtungen (3), Politik und Verwaltung (1) und sonstigen Institutionen (4) haben wertend und kommentierend zur These Stellung genommen. Die mitwirkenden Wirtschaftsakteure entstammten den Branchen Energie (2), Auto (4), Elektromobilität (8) und Sonstige (4). 22 Beiträge sind namentlich, sechs anonym eingestellt worden. Sonstige 14% Automobil Automobil Wissenschaft 11% 57% Wirtscha Verwaltung Politik 7% 4% 7% Elektromobilität Elektromobilität Energie Sonstige Sonstige Abbildung 2 Beteiligte am Dialog zur These „Brennstoffzelle“ nach Branchen (n=28) Energie 5 10 auf folgende Quellen Bezug: (1) Daimler übernimmt Evonik-Anteile an Batterie-Hersteller. Thomson Reuters. 1. April 2014. (2) Johannes Winterhagen. Brennstoffzellen: Der Traum von einer Welt ohne Benzin. FAZ vom 30. April 2014. (3) Hüseyin Ince. Deutschlands erste Autobahn-Wasserstofftankstelle. Das elektrische Fahrtenbuch vom 5. Mai 2015. (4) Christoph M. Schwarzer. Brennstoffzelle: Toyotas langer Atem. Zeit online vom 27. April 2015. (5) Holger Wittich. Pajun kommt als E- und Brennstoffzellen-Sportler. Auto-Motor-und-Sport online vom 6. Mai 2015. Impressum Managing Partner Partner Associate Partner Helmuth von Grolman Dr. Sebastian Hallensleben, Dr. Bertram Harendt, Dr. Cornelia Rieß Kristin Heller aus Kontakt Eschersheimer Landstr. 223, D 60320 Frankfurt am Main Telefon +49 (0) 69 153003 0 Telefax +49 (0) 69 153003 66 www.dialog-elektromobilitaet.de
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