Der steinige Weg ins E-Zeitalter

Allerdings: Hybrid ist nicht gleich Hybrid. Zwar haben alle solche Fahrzeuge sowohl einen Verbrennungs- als auch einen Elektromotor unter der Haube, doch nur etwa jeder fünfte im letzten Jahr neu zugelassene Hybrid-Pkw lässt sich per Stecker mit elektrischer Energie aufladen und ist damit ein sogenannter Plug-in-Hybrid. Bei den anderen Hybriden speist das Verbrennungsaggregat den Elektromotor, der wiederum teils nur zu dessen kurzzeitiger Unterstützung dient.

Die Vor- und Nachteile von E-Fuels

Im Kontrast zu diesen Vorlieben der deutschen Autokäufer hat die Europäische Union das Ende von Benzin- und Dieselfahrzeugen eingeläutet. Ab 2035 dürfen in der EU keine Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor mehr verkauft werden – es sei denn, sie werden klimaneutral mit sogenannten synthetischen Kraftstoffen betrieben. Diese auch als E-Fuels bezeichneten Flüssigtreibstoffe werden nicht wie Benzin und Diesel aus Rohöl gewonnen, sondern künstlich hergestellt. Die Zutaten dafür sind Wasser, Kohlendioxid (CO₂) und elektrischer Strom. Der dient dazu, das Wasser durch Elektrolyse in seine chemischen Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zu zerlegen. Aus dem Wasserstoff wird dann zusammen mit dem Kohlendioxid der synthetische Kraftstoff produziert. Der lässt sich wie Benzin oder Diesel tanken und im Fahrzeugmotor verbrennen. Stammt der elektrische Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Quellen wie Wind oder Sonnenlicht und das CO₂ aus der Atmosphäre oder beispielsweise aus Pflanzenresten, so ist der gesamte Prozess von Herstellung bis Verbrennung klimaneutral.

Dennoch sehen Wissenschaftler am Institut für Klima und Energiesysteme des Forschungszentrums Jülich für E-Fuels keine Chance auf eine große Zukunft. Der Grund liegt in der mageren Energieeffizienz von synthetischem Kraftstoff. Insgesamt stehen am Ende der Herstellungsschritte nur noch etwa 35 Prozent der dafür eingesetzten Energie für das Fahren zur Verfügung. „Um ein Fahrzeug mit E-Fuels anzutreiben, braucht es rund fünfmal mehr erneuerbaren Strom, als wenn man den Strom direkt in einer Fahrzeugbatterie zwischenspeichert“, ergänzt der Jülicher Forscher Thomas Grube. Das dürfte sich auch in den Preisen an der Zapfsäule niederschlagen.

Brennstoffzellen für den Wasserstoff-Betrieb

Diese Argumente sprechen dafür, dass die Reise letztlich zu elektrischen Antrieben führen wird. Doch auch da gibt es eine Alternative zu den heute üblichen batterieelektrischen Fahrzeugen: Autos mit einer Brennstoffzelle unter der Haube. Diese fahren ebenfalls mit einem Elektromotor, die für seinen Betrieb erforderliche Energie wird aber nicht elektrochemisch, sondern in Wasserstoff gespeichert. Der ist in einem Tank an Bord enthalten – entweder als Gas unter hohem Druck von mehreren hundert Bar oder flüssig bei einer sehr tiefen Temperatur unter minus 250 Grad Celsius. Beim Fahren reagiert der Wasserstoff in der Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus der Luft zu Wasser – und liefert elektrischen Strom für den Motor.

Einige Zeit galt diese Technik als besonders aussichtsreich, um Benzin- und Dieselfahrzeuge zu ersetzen. Automobilhersteller wie Mercedes-Benz und Unternehmen aus Japan oder Südkorea investierten in die Forschung daran. Toyota brachte 2014 mit dem Modell „Mirai“ eine Limousine mit Brennstoffzelle und Wasserstofftank auf den Markt. Doch das hatte auch einen speziell japanischen Hintergrund: „In dem erdbebengefährdeten Land sind Brennstoffzellenfahrzeuge Teil der nationalen Notstromversorgung“, erklärt Lutz Eckstein, Leiter des Instituts für Kraftfahrzeuge an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen.

Dennoch könnten mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge eine emissionsfreie Alternative zu herkömmlichen Antriebssystemen sein, vor allem im Schwerlastverkehr, urteilen Experten des Bundesverbands öffentlich bestellter und vereidigter sowie qualifizierter Sachverständiger (BVS) sowie Forscher am Chemnitzer Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU).

Für den Einsatz in Pkw hingegen hat sich die Technik bislang als zu teuer und gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen als nicht ausreichend effizient erwiesen. Daher stehen derzeit Elektroautos mit Batterie im Fokus. Doch für die Zukunft gilt: „Ob sich die Batterie oder Brennstoffzelle lohnt, hängt von der jeweiligen Anwendung und der Entwicklung von Strom- und Wasserstoffkosten ab“, meint der Jülicher Forscher Thomas Grube.

Treibhausgasemissionen unter der Lupe

Ansonsten dürfte die Batterie künftig der Dreh- und Angelpunkt der elektrischen Mobilität sein. Doch halten batterieelektrische Autos auch das, was man sich in puncto Klimaschutz von ihnen verspricht? Dieser Frage ist eine Expertengruppe des Fachbereichs Kraftfahrzeugtechnik in der Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) nachgegangen. Unterstützt durch Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben die Forscher die Wirkungen unterschiedlicher Antriebssysteme auf das Klima untersucht und bewertet. Dazu verwendeten sie aktuelle Kompaktklasse-Pkw mit unterschiedlichen Antrieben: Benzin- oder Diesel-Verbrennungsmotor, Elektromotor mit Batterie sowie per Stecker aufladbare Hybride. Zudem berücksichtigten sie verschiedene Fahrsituationen. Die Summe an Treibhausgasemissionen ermittelte das Team unter der Annahme, dass die Autos 2021 produziert wurden, bis 2035 in Betrieb sind und dabei je 200.000 Kilometer zurücklegen. Für die Klimawirkung des benötigten Stroms gingen die Forscher vom deutschen Strommix aus und berücksichtigten zudem, wie sich die Art der Stromerzeugung laut Prognosen bis 2035 wandeln wird.

Die Resultate der 2024 publizierten Studie zeigen: Bei der Herstellung eines Elektroautos entfällt mehr als die Hälfte der CO₂-Emissionen allein auf die Produktion des Antriebsstrangs. Bei einem E-Fahrzeug mit einer relativ großen Akkukapazität von 82 Kilowattstunden summiert sich der CO₂-Ausstoß durch die Fertigung des Antriebs auf über 10 Tonnen – fast zehnmal so viel bei einem Fahrzeug mit Benzin-Verbrennungsmotor. Dabei ist die Batterie die Hauptursache für die hohen Treibhausgasemissionen in der Produktion: Sie trägt bei dem untersuchten Beispiel mehr als 80 Prozent dazu bei.

„Das Elektroauto startet folglich mit einem produktionsbedingten CO₂-Rucksack, den es über die Nutzungsphase wieder ‚einfahren‘ muss“, resümieren die Fachleute des VDI. Wie gut das unter den Bedingungen in Deutschland gelingt, haben sie ebenfalls untersucht. Das Ergebnis: Nach einer Laufleistung von 200.000 Kilometern haben sowohl reine Elektroautos als auch Plug-in-Hybride unter dem Strich eine deutlich bessere Ökobilanz als vergleichbare Verbrenner-Fahrzeuge. So liegt der Klimagas-Ausstoß bei einem E-Auto mit 62 Kilowattstunden Akkukapazität während der gesamten Nutzungsdauer mit rund 24 Tonnen CO₂ rund 30 Prozent unter dem eines Diesel- und 40 Prozent unter dem eines Benzin-Autos, die es auf einen Ausstoß von 33 beziehungsweise 37 Tonnen CO₂ bringen. Der untersuchte Plug-in-Hybrid dagegen schneidet im Schnitt ähnlich ab wie das reine Elektroauto – jedoch stark abhängig davon, wie häufig er elektrisch betrieben wird.

Für das Elektroauto gilt unter den Voraussetzungen in Deutschland: Ein ökologischer Vorteil stellt sich erst bei etwa 90.000 Kilometer Laufleistung ein. Ab da ist das Elektroauto klimafreundlicher als ein konventioneller Verbrenner mit Benzin im Tank. Bis dahin muss zuerst die Bürde aus der Herstellung abgestreift werden. Dabei spielt der Strommix eine entscheidende Rolle: „Ohne grünen Strom keine grüne E-Mobilität“, resümieren die VDI-Experten: „Wir brauchen in Deutschland den Ausbau der erneuerbaren Energien auch für eine klimafreundlichere Mobilität. Allein der Umstieg auf Elektro- und Hybridfahrzeuge reicht nicht.“

So würden die Ergebnisse einer Analyse, wie sie vom VDI erstellt wurde, in anderen Ländern auch sehr unterschiedlich ausfallen. In Ländern wie Norwegen, wo fast nur „grüner“ Strom aus Wasser- oder Windkraft durch die Leitungen strömt, haben Elektroautos eine deutlich bessere Klimabilanz als beispielsweise in China und Polen – beides Länder mit einem hohen Anteil an Strom aus fossilen Quellen. Und auch wer die Möglichkeit hat, sein Elektroauto oder seinen Plug-in-Hybrid mit selbst erzeugtem Solarstrom aufzuladen, fährt klimafreundlicher. Dadurch werden etwa bei einem reinen Elektrofahrzeug mit 200.000 Kilometer Fahrleistung nur 19 Tonnen Treibhausgas emittiert – gut 20 Prozent weniger als beim Laden aus dem Netz.

Aufladen im Eiltempo

Neben den großen Herausforderungen wie dem Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen, die vor allem politisch zu meistern sind, bleiben auch einige praktische Fragen, die Autofahrer bewegen: etwa, wie der elektrische Strom möglichst schnell in die Batterie gelangt. Darauf gibt es inzwischen vielversprechende Antworten. So hat der chinesische Auto- und Batterieproduzent BYD im März 2025 einen bemerkenswerten Fortschritt bei der Schnellladetechnik vermeldet. Mit dem neuen System „Super-e“, das bis zu 1.000 Kilowatt Ladeleistung erbringt, lassen sich geeignete Fahrzeugbatterien in wenigen Minuten so weit füllen, dass damit eine Reichweite von rund 500 Kilometern zu schaffen ist. BYD hat auch gleich zwei für diese Technik taugliche neue Fahrzeugmodelle vorgestellt und will nun in China 4.000 Super-e-Ladestationen errichten. Ein großer Teil der Automobilgeschichte wird heute in Fernost geschrieben. ■

Energiereiche exotische Elementarteilchen könnten helfen, Zollkontrollen in Häfen und an Flughäfen zu verbessern.