Großer Faktencheck: Batterie oder Wasserstoff: Was ist die beste Antriebsart für Lkw?
Neue Antriebe beim LKW: Wasserstoff ist technisch und logistisch komplexer.
„Wie kann der Schwerlastverkehr schneller und günstiger klimaneutral werden? Mit Batterie? Oder doch mit Wasserstoff?“ Das klingt eher nach einem spröden Thema für Fahrzeugbauingenieure als nach einem öffentlichen Aufreger. Aber dem Sachverständigenrat der fünf führenden Wirtschaftsexperten, der die Bundesregierung in fast allen wichtigen ökonomischen Fragen berät, ist es diese Woche gelungen, das Thema in die breite Öffentlichkeit zu tragen. Und zwar, mal wieder, durch einen heftigen Streit.
Eigentlich hatte der Rat der Bundesregierung empfehlen wollen, auf Batterie-Trucks zu setzen und vor allem den Ausbau der dafür nötigen Ladeinfrastruktur mit Steuergeldern zu forcieren. Doch die Nürnberger Ökonomin Veronika Grimm widersprach und gab ein Minderheitenvotum ab: Deutschland solle auch Wasserstoff als alternativen Antrieb im Schwerlastverkehr fördern. Ein einseitiges Favorisieren der Batterietechnik hält sie „industriepolitisch für sehr riskant“. Brisant ist der Streit, weil die übrigen Wirtschaftsweisen ihr vorwerfen, in dieser Frage nicht unabhängig sprechen zu können: Grimm ist auch Aufsichtsrätin von Siemens Energy – ein Unternehmen, das führend in der Wasserstofftechnik ist, etwa im Bau von Elektrolyseuren.
In dem Streit um die beste Antriebsart, der auch außerhalb des Sachverständigenrats seit Jahren schwelt, geht es vor allem ums Geld. Konkret und auf die kurze Frist sind das noch rund 1,8 Milliarden Euro für Projekte zu potenziell CO2-freien Antriebsarten, die in den Fördertöpfen des Bundesverkehrsministeriums liegen. Die können in Batterieprojekte fließen, oder eben auch in Wasserstoff-Entwicklungen. Die Wasserstoff-Projekte im Verkehrsministerium liegen nach dem Ärger um den Staatssekretär Klaus Bonhoff, dem Vetternwirtschaft bei der Vergabe von Förderungen vorgeworfen wird, vorerst alle brach.
Doch das Lager der Industrieplayer und Forschungseinrichtungen, die in Deutschland am Wasserstoff im Verkehr festhalten wollen, ist nicht gerade klein. Es reicht von vielen Mittelständlern, die einzelne Komponenten zu Verdichtern, Pipelinenetz oder Brennstoffzellen liefern, über Unis (darunter die Uni Nürnberg-Erlangen, an der die Wirtschaftsweise Grimm bis vor kurzem lehrte, sie wechselte zu Beginn des Jahres an die TU Nürnberg), bis zu Konzernen wie Thyssen, Linde und eben Siemens Energy.
Nun muss man nicht direkt Lobbyarbeit unterstellen, wenn jemand auch im Verkehr weiterhin auf Wasserstoff setzen will. Auf den ersten Blick klingen die Argumente pro Technologieoffenheit durchaus plausibel. Es sei gefährlich, argumentiert das Lager von Veronika Grimm, die Tür zum H2 im Verkehr voreilig und endgültig zuzumachen.
Schließlich habe es in der Technologiegeschichte schon mehrfach unerwartete Volten gegeben, einst unterschätzte Technologien bekamen plötzlich Schub, andere erfüllten die in sie gesetzten Erwartungen wider Erwarten doch nicht, gerieten ins Hintertreffen. Wer jetzt den H2 im Verkehr beerdigen wolle, handele kurzsichtig und richte so womöglich langfristig große Schäden an.
An diesem Punkt wähnen derzeit viele die E-Mobilität und die Batterietechnik, gerade hier zu Lande, weil die Absatzzahlen der E-Autos schwächeln. Es wäre also naheliegend, gerade jetzt Alternativen wie Wasserstoff voranzutreiben. Wie ist der Stand der beiden konkurrierenden Technologien also nüchtern betrachtet?
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Was sagen die Ingenieure?
An Studien, auch unabhängigen, zum Thema Batterie oder Wasserstoff herrscht kein Mangel. So gut wie alle großen Denkfabriken und Interessenverbände, von Prognos und Boston Consulting, die für den Bund der Industrie, BDI, eine mehrere hundert Seiten starke Pfadstudie erstellten, über Agora und Wuppertal-Institut, die einschlägigen Technologie-Top-Hochschulen wie Caltec, MIT, TU München, RWTH Aachen, bis zu Internationalen Energie Agentur und Bloomberg New Energy Finance.
Die Kern-Fragen, die die Wissenschaftler beantworten müssen, um der Politik möglichst gute Handlungsempfehlungen zu reichen, sind:
Bis vor wenigen Jahren war der generelle Tenor, dass Wasserstoff in manchen Nischen unverzichtbar sei. Als grobe Faustregel galt: Je weiter die Strecken, die ein Fahrzeug ohne Tank- oder Ladestop zurücklegen muss, desto eher brauche man Wasserstoff, weil Batterien dafür zu groß, zu schwer und vor allem zu teuer würden. Auch bei größeren und schwereren Fahrzeugen wie Lkw und Zügen sah die Mehrzahl der Autoren den H2 im Vorteil.
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Doch in den neueren Studien ist der Wasserstoff eindeutig auf dem Rückzug: Die Bereiche, die nach Meinung der Fahrzeug- und Infrastruktur-Experten mit Batterie abgedeckt werden können, und in denen sie nicht nur technisch, sondern auch ökonomisch überlegen ist, werden immer größer. Die, in denen manche Wasserstoff noch für die überlegene Technik halten, immer kleiner.
Bis vor wenigen Jahren ging man zum Beispiel davon aus, dass etwa Batterie-LKW nur bis zu einer Reichweite von rund 200 Kilometern und einem Gesamtgewicht von rund 20 Tonnen ökonomischer wären als H2-Trucks. Inzwischen rechnen die meisten Wissenschaftler vor, dass Batterie-Lkw auch auf der Langstrecke und als 40-Tonnen-Sattelschlepper technisch und ökonomisch die bessere Idee seien.
Das liegt nur zum Teil daran, wie Elektro-Skeptiker immer wieder einwenden, dass die Batterie einen Vorsprung von etwa zehn Jahren habe. „Die Frage, die man dann beantworten müsste, ist, ob der Wasserstoff diesen Rückstand realistisch aufholen kann“, sagt Marco Wünsch, beim Analyseunternehmen Prognos Experte für Energiemärkte.
Was sagt die Physik?
Nach einer Aufholjagd sieht es, nüchtern betrachtet, eher nicht aus. Das liegt weniger an den Kinderkrankheiten des Wasserstoffantriebs, der Brennstoffzelle, die im Gegensatz zum E-Motor noch mit notorisch hoher Reparaturanfälligkeit und anderen Widrigkeiten kämpft. Es liegt vor allem an der technischen und preislichen Entwicklung der Batterie. Die macht derzeit an allen Fronten ungeahnte Fortschritte. „Das macht es für eine konkurrierende Technologie wie die Brennstoffzelle mit Wasserstoff natürlich am Markt nicht einfacher, unabhängig davon, ob und wie sie selbst noch Potenziale hätte“, sagt Wünsch.
So steigt zum Beispiel die Energiedichte der Batterien, also die Menge an elektrischer Energie, die ein Speichermedium pro Kilogramm Gewicht oder pro Kubikzentimeter Volumen transportieren kann, kontinuierlich. Allein in den vergangenen fünf Jahren von rund 180 Wattstunden je Kilogramm auf mehr als 290. Dabei sind neue Entwicklungen wie die Festkörperbatterie noch nicht berücksichtigt. Sie stehen vor der Markteinführung und dürften diesen Wert auf rund 500 bis 600 Wattstunden pro Kilo heben.
Das ist gewaltig. Denn ihre mangelnde Energiedichte ist der mit Abstand wichtigste Nachteil der Batterie gegenüber anderen Energiespeichern, vor allem chemischen wie Diesel. Der nämlich speichert pro Kilogramm oder Liter satte 10 Kilowattstunden, das 50-Fache der heutigen Batterien.
Noch schwerer wiegen die ökonomischen Fortschritte der Wasserstoff-Konkurrenz: Dank neuer Riesenfabriken, so genannter Gigafactories, und besserer Verfahren hat sich der Preis je Kilowattstunde für wiederaufladbare Lithium-Batterie seit 2014 von mehr als 900 auf unter 100 Dollar fast gezehntelt. Das macht den Einsatz auch großer Batterien, wie sie etwa Lkw oder Züge brauchen, zunehmend wirtschaftlich. Zumal sich auch die Lebensdauer der Akkus immer weiter verlängert.
Wasserstoff hat gegenüber der Batterie vor allem einen Vorteil: Er lässt sich über weite Strecken nahezu verlustfrei per Pipeline oder Tank transportieren und dann in einem ziemlich schnellen Tankvorgang, ähnlich wie Diesel, binnen Minuten in Fahrzeuge füllen. Nur: Im Gegensatz zu Benzin, Kerosin und Diesel hat Wasserstoff selbst nur eine sehr geringe Energiedichte.
Gerade mal 3,3 Wattstunden pro Liter, hundertmal weniger als moderne Batterien. Damit H2 sinnvoll in mobilen Anwendungen wie Lkw, Autos oder Zügen eingesetzt werden kann, muss er extrem komprimiert werden, auf 300 bis 600 bar. Das kostet Energie. Eine Alternative wäre, den H2 zu verflüssigen; das Volumen sinkt dabei stark, hinreichend große Mengen Energie ließen sich als flüssig-H2 in Tankwaggons oder Lkws transportieren. Das Verfahren ist jedoch technisch anspruchsvoll, allein für die Wärmedämmung der Tanks. Und damit Wasserstoff flüssig wird, muss man ihn auf Temperaturen von unter minus 250 Grad Celsius bringen. Auch das ist extrem energieintensiv.
Das größte Problem des Wasserstoffs ist nicht die relativ anspruchsvolle Technik, sondern seine Ineffizienz. Befürworter wie Grimm argumentieren gerne, man müsse, technologieoffen, der Wasserstofftechnologie die gleiche Zeit und Lernkurve zugestehen, wie sie in den vergangenen zehn Jahren auch die Batterie bekommen habe. Auch dort sei schließlich die Alltagstauglichkeit nicht im Labor, sondern auf der Straße erreicht worden. Das stimmt, aber nur zum Teil. Denn nicht ungelöste ingenieurstechnische Probleme sind das größte Hindernis des Wasserstoffs, sondern die Physik: Herstellung und Verwendung in Brennstoffzellen sind extrem ineffizient.
Um klimafreundlichen Wasserstoff zu erzeugen, muss man in einem Elektrolyseur Wasser mit erneuerbarem Strom unter Spannung setzen, bis es sich auflöst in Sauerstoff und Wasserstoff. Dabei geht bereits knapp die Hälfte des eingesetzten Stroms verloren. Beim Laden in eine Batterie sind es nur rund zehn Prozent. Weitere 20 bis 30 Prozent der ursprünglichen Energie verschlingen Komprimierung oder Verflüssigung und Transport sowie Lagerung. Und der „Motor“, der dann in einem Pkw, Lkw, Schiff oder Zug den Wasserstoff verwendet, die Brennstoffzelle, verschwendet mit einem Wirkungsgrad von rund 50 Prozent neuerlich die Hälfte des kargen Rests.
„Es braucht also Anwendungen, die für die wesentlich effizientere Batterie technisch oder ökonomisch nicht machbar sind“, sagt Wünsch, „sonst ist der Einsatz keine Technologieoffenheit, sondern Verschwendung knapper Ressourcen.“ Und diese Anwendungen werden immer weniger.
Was sagt die Ökonomie?
Inzwischen verliert der Wasserstoffantrieb nicht nur auf der Straße, sondern auch auf der Schiene den Wettlauf gegen die Batterie – ein Feld, das bis vor wenigen Jahren selbst Batteriebefürworter als eine H2-Domäne im Verkehr sahen. Immer mehr, mit viel Steuergeld und politischem Rückenwind, geförderte Wasserstoffbahnen müssen aufgeben, weil sie zu störanfällig und für die Bahnbetreiber schlicht unrentabel sind. Etwa in Niedersachsen, Hessen, Thüringen oder im Tiroler Zillertal. Meist werden dann Batterieloks und Triebwagen nachgekauft. Eine absolut überflüssige Verschwendung von Zeit und Steuergeld, denn die Batterie „gewinnt ohnehin jede neutrale Ausschreibung“, beobachtet Urs Maier, Schwerlastexperte beim Thinktank Agora Verkehrswende. Steffen Obst vom Schweizer Zughersteller Stadler Rail, der sowohl Wasserstoff- als auch Batteriezüge im Angebot hat, bestätigt das: „Wenn eine Ausschreibung technologieoffen ist, also keine politischen Wünsche nach Wasserstoff als Parameter einfließen, gewinnt in der Regel die Batterie“, beobachtet Obst.
Nicht anders sieht es beim Lkw aus: Das größte Problem von Wasserstoff-Trucks sind ihre hohen Gesamtkosten. Inzwischen liegen mehrere Studien vor, die die Gesamtkosten beider Antriebsarten im Schwerlastverkehr verglichen haben, unter anderem vom Thinktank ICCT, der RWTH Aachen und der TU München.
Fazit bei allem: Der E-Antrieb mit Batterie wird ab 2030 in allen Lkw-Klassen die kostengünstigste Antriebsoption sein. Berücksichtigt wurden Anschaffungskosten der Trucks, Kraftstoffpreise, Instandhaltung sowie Steuern und Abgaben. So kosten Batterietrucks „zwar rund doppelt so viel wie heutige Diesel“, sagt Jürgen Albersmann, Chef der Spedition Contargo, „aber über flexible Stromtarife und wegen der steigenden Lkw-Maut für Dieseltrucks werden sie sich auf die lange Frist rechnen.“
Beim Wasserstoff-Lkw kann davon keine Rede sein: Trotz sportlicher Annahmen beim Preisverfall von grünem H2 kommt etwa die ICCT-Studie von Ende 2023 für 2030 noch auf durchschnittliche Vollkosten von 1,22 Euro pro Kilometer für Wasserstoff-Lkw. Die Batterie-E-Mobilität schlüge mit 94 Cent pro Kilometer zu Buche, Diesel mit 1,15 Euro, synthetischer oder HVO-Diesel mit 1,18 Euro. „Für Spediteure ist H2 ohne massive Subventionen nicht darstellbar“, sagt Maier.
Dabei sind die Kosten eines Ladenetzes oder einer alternativen Wasserstoff-Tankstelleninfrastruktur noch nicht eingerechnet. Auch die würde in beiden Fällen teuer. „Beim Wasserstoff hängt sie vor allem davon ab, wie weit die Tankstellen vom geplanten Wasserstoff-Backbone entfernt wären, und wie viele man davon braucht“, sagt Wünsch von Prognos. Es sei wenig einzuwenden, wenn lokale Anbieter H2-Trucks in der Nähe günstiger Wasserstoffquellen oder des Backbones betreiben, so Wünsch, „aber ich kenne keine seriöse Hochrechnung, in der ein dichtes Wasserstoffnetz entlang des ganzen Fernstraßennetzes billiger wäre als der nötige Ausbau der Schnellladeinfrastruktur für Batterie-Trucks.“
Was sagt die Politik?
Und genau darum geht es langfristig im Streit im Sachverständigenrat: Welches Lade- oder Tanknetz der Bund fördern soll. Spätestens hier wird klar, dass es um handfeste wirtschaftliche Interessen und nicht etwa nur um akademische Eitelkeiten geht. „Ohne einen raschen Aufbau eines Tankstellen-Netzes hat der H2-Lkw keine Chance“, sagt Maier von Agora. Denn die Politik drängt: Eine EU-Vorgabe verlangt von den Mitgliedsstaaten bis 2030 entlang der europäischen Hauptrouten alle 60 Kilometer eine leistungsstarke E-Lkw-Ladestation, und alle 200 Kilometer eine Wasserstofftankstelle. Damit Wasserstoff trotz seiner ökonomischen Nachteile eine echte Chance hätte, müsste ein Tanknetz aber sehr viel dichter sein. „Beide erfordern sehr hohe Investitionen, mehrere Milliarden Euro“, sagt Maier von Agora. „Die Frage ist nun: Soll man mit viel Steuergeld eine mögliche Alternative zum bereits funktionierenden Batterie-Truck bauen, die sich möglichweise dennoch nicht durchsetzt?“, sagt Wünsch.
Richtig ist zwar, dass auch ein Schnellladenetz für E-Trucks noch enorme Investitionen braucht. Allerdings hat es gegenüber Wasserstoff einen gewaltigen Vorteil: Das nötige Backbone, konkret: Mittel- und Hochspannungsnetz, sind bereits sehr weit verzweigt. „Es geht hier im wesentlichen um den Anschluss auf der letzten Meile und die Ladesäulen selbst“, so Maier. Und die kosten nur einen keinen Bruchteil der H2-Tankstellen. Ohnehin stellt sich die Frage, ob der bis auf weiteres wahrscheinlich sehr knappe grüne Wasserstoff nicht anderswo als im Verkehr nicht dringender gebraucht wird, also in Bereichen, die anders schwer oder gar nicht klimaneutral werden können, etwa Chemie, Baustoffe oder Stahlerzeugung.
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Was machen die Lkw-Hersteller?
In Deutschland wurden 2023 Jahr mit 22.000 Batterie-Lkw und ganze 126 mit Wasserstoffantrieb zugelassen. Weltweit ist das Verhältnis ähnlich, auch in China, wo 2023 nach vorläufigen Zahlen mehr als 30.000 schwere Batterie-Lkw auf knapp 900 Wasserstoff-Lkw und -Busse kamen. Könnte sich dieser Trend in Zukunft nicht umkehren?
Theoretisch ja, praktisch kaum: Die Lkw-Hersteller führen hinter den Kulissen regelmäßig so genannte Clean-Room-Gespräche mit der Politik, in denen sie ihre Pläne offenlegen. Sowohl auf EU-Ebene in Brüssel als auch in Berlin. Zwar sind diese Gespräche vertraulich. Beteiligte berichten, dass die meisten Hersteller dem Wasserstoff wenig Chancen geben. Zuletzt sahen sie für 2030 57 Prozent des Marktes batterieelektrisch, und nur 14 Prozent für Wasserstoff. Das sei im wesentlichen Daimler Truck, berichten Teilnehmer. Und der Stuttgarter Lkw-Bauer spricht zwar viel über H2-Trucks, die er 2029, frühestens 2027 auf dem Markt bringen will, baut und verkauft aber weit mehr Batterietrucks, vor allem die eActros Serie der Stuttgarter kommt im Markt gut an.
Andere, etwa Traton (MAN; Scania) haben den Wasserstoffantrieb längst ad acta gelegt. Andreas Kammel, bei Traton für die Strategie bei alternativen Antrieben verantwortlich, sagt: „Wir haben das mehrfach durchkalkuliert. Wasserstoff ist technisch und logistisch komplexer, die Versorgung mit echtem grünem, also wirklich klimaschützendem H2, ist nicht gewährleistet, und für unsere Kunden wäre er im Gesamtsystem wesentlich teurer als die Batterie“.
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