Verkehrsträgerspezifische Nutzungsanforderungen an die alternativen Antriebstechnologien und -energien beziehen sich vor allem auf die Reichweite und den Energiebedarf des Verkehrsmittels sowie die Lade- und Tankmöglichkeiten auf der Strecke. Neben den volkswirtschaftlichen Kosten und Nutzen sind dies relevante Faktoren für die Technologieauswahl bei spezifischen Nutzungsfällen.

Der landgebundene Verkehr hat den großen Vorteil, dass dort engmaschig Lade- und Tankinfrastruktur bereitgestellt werden kann. Dadurch kommen selbst im landgebundenen Schwerlast- und Fernverkehr Antriebsenergien wie Strom und Wasserstoff in Frage, die wegen ihrer geringen volumenbezogenen Energiedichte im Flug- und Schiffsverkehr höchstens auf kurzen Strecken relevant werden könnten. Über Oberleitungen kann der größte Teil des Schienenverkehrs vollkommen elektrisch fahren. Auch für den zukünftigen Straßengüterfernverkehr stehen speziell Hybridsysteme aus direkter Stromnutzung über Oberleitung gepaart mit batterieelektrischem Antrieb oder Brennstoffzellenantrieb im Fokus [AgVe20]. Bei kürzeren Strecken im Stadt- und Regionalverkehr wird eine Elektrifizierung von Lastkraftwagen oder Linienbussen mit Batterien deutschlandweit erprobt. Anforderungen an Reichweite und Nutzlast können über die Energiedichte moderner Batterien größtenteils erfüllt oder über Zwischenladungen an Schnellladestationen sichergestellt werden [UBA22h]. Im Bereich der Personenkraftwagen waren im Jahr 2022 Modelle auf dem Markt, die eine Reichweite von bis zu 600 Kilometern aufwiesen und damit die allermeisten Anwendungsfälle ohne Zwischenladung meisterten [Wiel23]. Hier kommt dem Zusammenspiel mit einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur mit möglichst hoher Ladeleistung eine besondere Bedeutung zu.

In Deutschland sind 63 Prozent des Schienennetzes elektrifiziert, womit ungefähr 90 Prozent der Verkehrsleistung abgedeckt werden. Bis 2030 sollen laut Bundesregierung 75 Prozent des Schienennetzes elektrifiziert sein. Dieselfahrzeuge werden insbesondere noch im Schienenpersonennahverkehr (SPNV) eingesetzt [UBA22h]. Dort, wo die Elektrifizierung durch Oberleitungen ökonomisch nicht sinnvoll ist, wird vor allem der Umstieg auf batterieelektrische Triebzüge und Wasserstofftriebzüge diskutiert. Prinzipiell sind im Schienenpersonennahverkehr beide Antriebstechnologien möglich, jedoch weist der batterieelektrische Triebzug in Bezug auf Lärmemissionen, Wartungsintensität, Nutzungsdauer und Energieeffizienz Vorteile gegenüber dem Wasserstofftriebzug auf. Die höhere Energieeffizienz, die sich in einem Wirkungsgrad von 77 Prozent im Vergleich zu einem Wirkungsgrad von 46 Prozent widerspiegelt, ist ein ausschlaggebender Punkt für den wirtschaftlichen Vorteil des batterieelektrischen Triebzuges. Allerdings ist die volumen- und massebezogene Energiedichte der Batterien gering, sodass im Jahr 2022 nur Reichweiten von 70 bis 150 Kilometern erreicht werden können. Somit müssen die Batterien im Verlauf des Betriebstages mehrmals aufgeladen werden. Wasserstofftriebzüge weisen dagegen schon Reichweiten von bis zu 1.000 Kilometern auf, womit die meisten Anwendungsfälle im SPNV ohne Zwischenbetankung bewältigt werden könnten. Außerdem können Wasserstofftriebzüge bei Betriebsstörungen flexibler auf nicht elektrifizierte Strecken umgeleitet werden [Fraun22b].

Der Umstieg auf batterieelektrische oder mit Brennstoffzellen angetriebene Flugzeuge ist aufgrund der hohen Anforderungen an die Motorleistung und Reichweite nicht absehbar [SeEh18]. Im Allgemeinen ist der Umstieg auf neuartige Antriebe im Flugverkehr nur langfristig realisierbar. Dies liegt an den langen Entwicklungs- und Lebenszyklen der Flugzeuge, die insgesamt um die 50 Jahre betragen können. Damit der Flugverkehr trotzdem bis 2050 einen Beitrag zur Treibhausgasminderung des Verkehrs leisten kann, müssen möglichst klimaneutrale Antriebsenergien in der Bestandflotte eingesetzt werden. Diese Antriebsenergien müssen gleichzeitig eine hohe Energiedichte besitzen, damit die langen Strecken bei hohem Gesamtgewicht, hoher Geschwindigkeit und ohne Tankmöglichkeit bewältigt werden können. Wasserstoff kann zwar ohne Brennstoffzelle in den konventionellen Triebwerken verbrannt werden, hat aber eine volumenbezogene Energiedichte, die nur einem Viertel der Energiedichte von gewöhnlichem Kerosin entspricht. Entsprechend würde sich der verfügbare Raum für die Beförderung von Personen und Gütern reduzieren. Zur Treibhausgasminderung des Flugverkehrs bis 2050 stellen synthetische Kraftstoffe auf Grundlage von erneuerbarem Strom die realistischste Option dar. Synthetisches Kerosin hat eine hohe Energiedichte und könnte zu gewöhnlichem Kerosin beigemischt werden [UBA22h]. Die zulässige Beimischungsmenge liegt bei 50 Prozent. Bei einer höheren Beimischungsmenge müsste der Einfluss auf das Antriebssystem des jeweiligen Flugzeugtyps und auf die Tankinfrastruktur untersucht werden [BMU21d]. Trotz Treibhausgasminderung werden bei der Verbrennung von synthetischen Kraftstoffen allerdings Wasserdampf und Luftschadstoffe ausgeschieden. Diese tragen in großen Höhen zur Bildung von Kondensstreifen und Zirruswolken bei und haben somit weiterhin einen negativen Klimaeffekt [BMVI18r].

Der Schiffsverkehr befindet sich in einer ähnlichen Ausgangslage wie die Luftfahrt. Zum einen sind die Innovationszyklen für neue Antriebe aufgrund der hohen Lebensdauer der Schiffe lang. Zum anderen muss ein hoher Energiebedarf bei geringer Verfügbarkeit von Tankinfrastruktur entlang der Routen gedeckt werden. Dazu braucht es Antriebsenergien, die eine möglichst hohe volumenbezogene Energiedichte aufweisen. Daher sind rein batterieelektrisch betriebene Schiffe oder Hybridvarianten bislang nur auf kurzen Strecken mit verfügbarer Ladeinfrastruktur eine Option. Gleiches gilt für die Nutzung von Wasserstoff in Schiffen mit Brennstoffzellen [BMVI18r]. Vielmehr spielen dagegen alternative flüssige Kraftstoffe eine Rolle beim Umstieg auf eine emissionsärmere Schifffahrt. Die Schifffahrtsbranche setzt vor allem auf flüssiges Erdgas (Liquified Natural Gas LNG) als alternativen Kraftstoff. Hierbei wird allerdings von Umweltverbänden kritisiert, dass es sich nach wie vor um einen fossilen Kraftstoff handele mit dem vorwiegend Luftschadstoffe reduziert würden. Die Treibhausgasemissionen könnten dagegen nur geringfügig verringert werden. Ein höherer klimarelevanter Nutzen wird den strombasierten synthetischen Kraftstoffen zugeschrieben. So könnten auf Basis von regenerativem Strom unter anderem verflüssigtes Power-to-Gas-Methan oder Power-to-Liquid-Diesel verwendet werden [UBA22h]. Während strombasierte synthetische Kraftstoffe für die Schifffahrt noch nicht marktreif sind, stellen die hohen Anfangsinvestitionen für LNG-Antriebe eine zentrale Hürde bei der weiteren Marktdurchdringung von flüssigem Erdgas dar [BMVI18r].