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Nachhaltige Mobiltät

Wasserstoff: der Treibstoff der Zukunft?

Wasserstoff wird seit langem als der Treibstoff der Zukunft propagiert. Welche Hürden müssen noch genommen werden?
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Schon seit mehr als 20 Jahren wird die Umweltfreundlichkeit von Wasserstoff- oder Brennstoffzellen- Fahrzeugen gepriesen. Viele Forscher sind der Ansicht, dass die Energiewende im Transportsektor nur dann gelingen kann, wenn Wasserstoff als Treibstoff verwendet wird. Bereits Ende der 1990er wurden erste Prototypen von Brennstoffzellenautos hergestellt und die Erwartung war groß, dass es zu einer schnellen Serienproduktion kommen würde. Doch die technischen Herausforderungen wurden unterschätzt. Obwohl laut Experten die Brennstoffzellenfahrzeuge technologisch nun ausgereift sind, tut sich bis jetzt nicht viel am Automarkt in Sachen Brennstoffzellenautos.

 

Wie wird Wasserstoff im Energiesektor genutzt?

Wasserstoff ist keine Energiequelle, sondern ein Energieträger, mit dessen Hilfe man Energie speichern und transportieren kann. Wasserstoff bezeichnet man deshalb als Sekundärenergie, da zur Herstellung Primärenergie aufgewendet werden muss. Bei Primärenergie (Öl, Gas, Kohle) kann die chemisch gespeicherte Energie direkt genutzt werden, beispielsweise durch Verbrennung.

Der große Vorteil des Wasserstoffs als Energieträger liegt in seiner Speicherbarkeit und Transportfähigkeit. Er kann wie Erdgas zusammengepresst unter hohem Druck oder in flüssiger Form gespeichert werden. Die technischen Probleme bei der Speicherung von Wasserstoff gelten heute als gelöst.

Noch wird der größte Teil des Wasserstoffs, der in Brennstoffzellenautos genutzt wird, aus Erdgas hergestellt. In der Gesamtenergiebilanz wird auch mit diesem aus fossiler Energie erzeugtem Wasserstoff bereits ungefähr 30 Prozent weniger CO2 ausgestoßen als bei einem modernen Dieselfahrzeug. Eine umweltfreundliche Energieerzeugung aus Wasserstoff ist jedoch nur dann gewährleistet, wenn der Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird.

 

Wie funktioniert ein Wasserstoff- oder Brennstoffzellenauto?

Wasserstoffautos funktionieren vom Prinzip her ähnlich wie Elektroautos. Der Motor wird allerdings nicht mit Strom aus einer Batterie, welche an einer Steckdose aufgeladen wird, angetrieben, sondern eine Brennstoffzelle liefert den Strom. In der Brennstoffzelle wird Sauerstoff und Wasserstoff zu elektrischer Energie umgewandelt. Der erzeugte Strom treibt das Fahrzeug an. Bei diesem Prozess wird lediglich Wasserdampf ausgestoßen und es entstehen keine schädlichen Abgase, wie klimaschädliches CO2 und giftige Stickoxide. Gegenüber Batterien haben Brennstoffzellen den Vorteil, dass höhere Reichweiten erreicht werden können und das Fahrzeug ähnlich schnell betankt werden kann wie bei Benzin- und Dieselautos.

 

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Wie wird Wasserstoff gespeichert?

Für Brennstoffzellen-Fahrzeuge werden inzwischen ausschließlich Drucktanks aus kohlestofffaserverstärktem Kunststoff verwendet, da die hiermit erzielbare Speicherdichte ausreicht, um Reichweiten von mehr als 500 km zu erreichen. Ein wichtiger Durchbruch war die Einigung der Autoindustrie auf die Druckgasspeicherung. 700 bar Druckgasspeicherung sind derzeit der Standard. Es gibt auch eine gemeinsame Lösung bezüglich Sicherheits- und Betankungsstandards.

 

Was macht Brennstoffzellenautos so teuer?

Brennstoffzellen als Antriebskonzept sind deutlich komplexer als Elektromotoren und auch wesentlich teurer. Die Membran-Elektroden-Einheit (MEA), die den Wasserstoff in elektrische Energie umsetzt, ist mit bis zu 45 Prozent Anteil an den Gesamtkosten der größte Kostenfaktor. Dafür wird das Edelmetall Platin als Katalysator eingesetzt. Platin ist eines der teuersten und seltensten Edelmetalle der Welt. Derzeit wird intensiv geforscht, um weniger von diesem Edelmetall zu verwenden oder eine Alternative zu finden, und so die Kosten zu senken und die Brennstoffzelle reif für die Großserie zu machen.  Eine  internationale Forschergruppe unter Beteiligung renommierter Universtäten hat bereits einen Katalysator für Brennstoffzellen entwickelt, der ohne Platin auskommt und trotzdem äußerst effizient arbeitet.

 

Neuer Aufschwung für Wasserstoffautos?

Neuerdings scheint das Interesse an Wasserstoffautos neuen Aufwind zu bekommen. Ein Vorstoß in diese Richtung wurde beim Weltwirtschaftsforum in Davos Mitte Jänner 2017 angekündigt. Dreizehn der weltgrößten Konzerne, darunter prominente Autohersteller, Öl- und Gasmultis und andere im Energiebereich tätige Firmen, haben sich zusammengeschlossen und das „Hydrogen Council“ gegründet. Mitglieder dieser Allianz sind: Daimler, BMW, Toyota, Honda, Hyundai, Shell, Total SA, Kawasaki Heavy Industries Ltd., Linde AG, Air Liquide SA, Alstrom SA. Engie SA, Anglo American Plc. Ziel dieser Vereinigung ist in den nächsten 5 Jahren 10.7 Milliarden Euro in die Wasserstoff-Technik zu investieren und so dem Wasserstoffantrieb zu einem Durchbruch zu verhelfen. So soll der Übergang zu einer weltweit „kohlenstoffarmen Gesellschaft“ beschleunigt werden.

 

Welche Wasserstoffautos gibt es auf dem Markt?

Toyota hat als erster Hersteller ein Serienauto mit Brennstoffzelle auf den Markt gebracht. 2014 wurde der Toyota Mirai auf dem japanischen Markt angeboten und seit September 2015 ist er auch auf dem europäischen und amerikanischen Markt erhältlich. Die Verkaufszahlen sind allerdings noch sehr gering. Laut Hersteller hat der Toyota Mirai eine Reichweite von über 500 Kilometer. Der Tank kann in 3 Minuten gefüllt werden.

 

Das "Innenleben" des Toyota Mirai

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Auch das Brennstoffzellenauto Hyundai ix35 Fuel Cell kann seit Mitte 2014 in manchen Ländern gekauft oder geleast werden. Mercedes hat für Herbst 2017 sein erstes Serienmodell – Wasserstoffauto angekündigt. Der GLC F-Cell wird ein Plug-In-Hybrid sein, der bis zu 50 Kilometer auch mit dem Strom aus der Batterie fahren kann, sollte keine Wasserstofftankstelle in der Nähe sein. Die Preise dieser Wasserstoffautos bewegen sich im Rahmen von über 60,000 Euro bis 80,000 Euro, ein Preis, der für den Normalverbraucher nicht erschwinglich ist. Die meisten anderen großen Autohersteller arbeiten auch an der Brennstoffzellentechnik und werden in den kommenden Jahren Wasserstoffautos in Kleinserien auf den Markt bringen.

 

Wasserstoffbusse im öffentlichen Verkehr

Mit Wasserstoff betriebene  Busse zur praktischen Erprobung im Stadtverkehr gibt es schon seit Anfang des Millenniums in verschiedenen Städten. Da es sich hierbei um Stadtbusse handelt, ist das fehlenden Tankstellennetz kein Problem, eine Tankstelle auf dem Betriebshof des Busbetreibers genügt. Ein solches Projekt ist das CHIC (Clean Hydrogen European Cities = Sauberer Wasserstoff in Europäischen Städten) ein von der EU gesponsertes Projekt, das seit 2012 in sechs europäischen Städten (London, Oslo, Hamburg, Mailand, Köln, Aargau, Bozen) Wasserstoffbusse testet. Ziel ist der Aufbau einer neuen Infrastruktur, um Bussen auf Brennstoffzellenbasis zum Marktdurchbruch zu verhelfen und die Umweltverschmutzung im Mobilitätsbereich zu verringern.

 

Vorteile von Wasserstoffautos

Brennstoffzellenauto haben gegenüber Elektroautos zwei entscheidende Vorteile: Sie verfügen über eine Reichweite, die mit der von Benzinern und Dieselautos  vergleichbar ist und sie sind in wenigen Minuten aufgetankt

Mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge sind umweltfreundlich, da sie weder CO2 noch andere Schadstoffe wie Stickoxide ausstoßen. Zudem erzeugen sie kaum Lärm. Wie umweltfreundlich ein Brennstoffzellenfahrzeug tatsächlich ist, hängt allerdings davon ab, wie der Wasserstoff produziert wird. Noch wird Wasserstoff meist aus Erdgas erzeugt. Klimaneutral wird der Energieträger erst, wenn er mit dem sogenannten "Power- to- Gas" Verfahren erzeugt wird - einer Elektrolyse, bei der Wasser mit Strom aus erneuerbaren Quellen (z.B. Solarenergie, Windenergie) in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Solche Verfahren werden derzeit in verschiedenen Ländern getestet und erprobt.

Wasserstoff als Treibstoff bietet ein enormes Potential. Er kann aus Wasser gewonnen werden und ist somit als Rohstoff auf der Erde in nahezu unbegrenzten Mengen vorhanden, während fossile Energie, aus der Benzin und Diesel hergestellt wird, nur begrenzt zur Verfügung steht.

 

Nachteile von Wasserstoffautos

Die Herstellungskosten von Wasserstoffautos sind noch viel zu hoch, um Autofahrer davon zu überzeugen ein solches Auto zu kaufen.

Die andere große Hürde ist das Fehlen eines flächendeckenden Tankstellennetzes.

Auch die Kosten der Wasserstoff-Förderung müssen noch erheblich verringert werden. Die Energie für die Wasserstoffgewinnung wird aktuell meist  aus Erdgas gewonnen, wodurch der umweltfreundliche Aspekt zu einem großen Teil verlorengeht.

Kritiker sehen auch in der leichten Entzündlichkeit von Wasserstoff einen Nachteil. Die Automobilhersteller weisen allerdings darauf hin, dass Wasserstoffautos nicht gefährlich seien als mit Benzin- und Diesel betriebene Autos.

 

Fazit & Zukunftsperspektiven

Laut Experten sind Autos mit Brennstoffzellenantrieb technologisch bereits ausgereift und ihre Leistung und Zuverlässigkeit ist hoch genug für den Massenmarkt. Um sie für die Massenproduktion tauglich zu machen, ist es in erster Linie notwendig die Kosten zu senken und die Autos zu einem für die Verbraucher akzeptablen Preis anzubieten. Außerdem muss die notwendige Infrastruktur von Wasserstofftankstellen bereitgestellt und ein effizientes Netzwerk von Zulieferern aufgebaut werden. Die Herstellung von Wasserstoff muss längerfristig durch erneuerbare Energien, wie Sonnen- und Windenergie, erfolgen. Diese Maßnahmen zusammen mit den entsprechenden politischen Rahmenbedingungen werden längerfristig zum Erfolg führen. Bei den meisten Autoherstellern steht derzeit die Weiterentwicklung der Elektromobilität im Vordergrund und dort werden auch die meisten Investitionen getätigt, während die Weiterentwicklung der Wasserstoffautos eher längerfristig ausgelegt ist. In weiterer Zukunft werden sowohl Elektroautos als auch mit Wasserstoff betriebene Autos ihren Beitrag zu einer kohlenstoffärmeren Mobiltät und somit zur Energiewende im Transportsektor leisten.

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