Wasserstoff als Antriebsalternative - Was steckt dahinter?
Aufgrund des Wandels im Verkehrssektor ist insbesondere hier Offenheit hinsichtlich alternativer Antriebstechnologien gefragt. Brennstoffzellenautos mit Wasserstoff gelten als saubere Alternative zu Pkw mit Verbrennungsmotoren.
Alternative Mobilität auf dem Prüfstand
Wie die Technologie genau funktioniert und was es mit der Umweltverträglichkeit auf sich hat, haben wir für Sie zusammengefasst:
1. Die Technik: Wie funktioniert der Wasserstoffantrieb?
Wasserstoffautos oder, korrekt, Brennstoffzellen-Autos, sind im Grunde Elektrofahrzeuge. Der Unterschied zum "normalen" E-Auto: Im Fahrzeug ist eine Brennstoffzelle samt Wasserstofftank verbaut, die den Strom für den Antrieb während der Fahrt erzeugt. Eine kleine Batterie fungiert dabei als Puffer bzw. Zwischenspeicher und deckt Lastspitzen z.B. beim Beschleunigen ab. Zudem nimmt sie durch Rekuperation Energie beim Bremsen auf und speichert sie. Im Vergleich zum Elektroauto, bei dem die Batterien viel Raum brauchen, gibt es weniger Platzverlust – die Technik verbirgt sich übersichtlich unter der Motorhaube.
In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff (H2) gewonnen. In einem chemischen Prozess reagiert er mit Sauerstoff. Dabei wird die im Wasserstoff gespeicherte Energie als Strom freigegeben, der dann einen Elektromotor antreibt. Da der Wasserstoff von sich aus mit dem Sauerstoff zu Wasser reagieren will, braucht es keine Energie von außen; deshalb sprechen Fachleute von „kalter Verbrennung“. Vorteil hierbei: Es entstehen keine Stickoxide oder andere unerwünschte Verbrennungsprodukte – übrig bleibt nur Wasserdampf.
Lesen Sie hier, wie eine Brennstoffzelle aufgebaut ist.
2. Infrastruktur: Wo kann man Wasserstoff tanken?
Noch ist das Tankstellennetz für Wasserstoff in Deutschland nicht flächendeckend ausgebaut. In Deutschland gibt es aktuell rund 100 Wasserstofftankstellen, an denen öffentlich getankt werden kann. Bis zum Jahr 2025 plant ein Konsortium aus mehreren Industrieunternehmen das Netz auf 400 Tankstellen zu erweitern. Infraserv Höchst, die Betreibergesellschaft des Industrieparks in Frankfurt-Höchst, ist in Deutschland einer der Vorreiter bei der Wasserstoffnutzung. Seit 2017 fahren auf dem über vier Quadratkilometer großen Areal mit mehr als 90 Unternehmen H₂ betriebene Busse – seit 2022 können hier auch Züge Wasserstoff tanken.
Von einer flächendeckenden Versorgung mit Wasserstofftankstellen kann man, auf ganz Europa bezogen, jedoch nicht sprechen. Während die Infrastruktur in Deutschland schon auf einem guten Weg ist, steckt die Versorgung in den Nachbarstaaten noch in den Kinderschuhen. Entsprechend gering ist die Zahl der Tankmöglichkeiten im Ausland, was die Urlaubsreise mit einem Wasserstoffauto erschwert.
3. Emissionen: Wie umweltfreundlich sind Wasserstoffautos?
Ähnlich wie reine Elektroautos gelten auch Wasserstoffautos vor dem Gesetz als Zero Emission Vehicle (ZEV): Der elektrochemische Prozess geschieht lokal emissionsfrei. Freigesetzt wird lediglich Wärme und Wasserdampf. Allerdings muss auch hier berücksichtigt werden, welche Emissionen bei der Erzeugung des Wasserstoffs anfallen. Nur wenn grüner Wasserstoff getankt wird, können Wasserstoffautos als umweltfreundliche Alternative betrachtet werden. Ziel ist die Herstellung von grünem Wasserstoff, der mithilfe von regenerativem Strom per Elektrolyse von Wasser produziert wird. Als Abfallprodukt entsteht lediglich Sauerstoff, der in die Luft abgeführt wird. Als mögliche Energiequellen für diese Art des Wasserstoffs gelten Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft, Solarthermie, Geo-Thermie und Biomasse.
Grauer Wasserstoff ist unter Klimagesichtspunkten die schädlichste Art der Wasserstoffherstellung:
Bei dieser Form der Wasserstoffgewinnung wird fossiles Erdgas mittels Dampfreformierung, bei hoher Temperatur und Druck in Wasserstoff und klimaschädliches CO₂ umgewandelt. Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO₂. Ähnlich sieht es bei türkisfarbenem und blauem Wasserstoff aus. Beide Erzeugnisse werden wie der graue Wasserstoff aus fossilem Erdgas gewonnen und müssen daher ebenfalls kritisch bewertet werden.
Hier gibt es weitere Informationen zur Wasserstoff-Herstellung.
4. Sicherheit: Wie sicher ist die Antriebstechnologie?
Der ungiftige, unsichtbare und flüchtige Wasserstoff stellt an die Entwickler andere Anforderungen in Punkto Sicherheit als zum Beispiel Benzin: So hat Wasserstoff eine größere Bandbreite an Zündfähigkeit. Mit der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 wurden daher grundlegende Anforderungen an die Typgenehmigung von Fahrzeugen mit Wasserstofftechnologie, an die Typgenehmigung von Wasserstoff führenden Bauteilen und Wasserstoffsystemen sowie an den Einbau solcher Bauteile und Systeme festgelegt. Hierhin werden auch strenge Anforderungen an die Sicherheit dieser Fahrzeuge und Bauteile definiert sowie diverse Prüfungen festgeschrieben (z.B. Druck-, Dichtigkeits-, Berst- und Feuersicherheitsprüfung).
Bei zahlreichen Unfall- bzw. Crashtests schnitten Wasserstofffahrzeuge nicht schlechter ab als konventionelle Fahrzeuge. Das Sicherheitsrisiko von Wasserstoffautos ist damit etwa gleich hoch wie bei benzin-, diesel-, erdgas- oder batteriebetriebenen Autos. Reiner Wasserstoff kann ohne Sauerstoffzufuhr weder brennen noch explodieren. Da Wasserstoff – im Gegensatz zu Erdgas – viel leichter als Luft ist, kann es sich nicht in Bodennähe sammeln, unter das Fahrzeug strömen und dieses entzünden. Im Fall eines Lecks im Tank entweicht der Stoff einfach in die Atmosphäre.
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5. Reichweite: Wie weit kommen Sie mit Wasserstoff?
Aktuell gibt es auf dem Automarkt nur wenige Modelle mit Wasserstoffantrieb. Im Reichweiten-Vergleich alternativer Antriebe zeigt sich, dass Brennstoffzellenautos im guten Mittelfeld liegen. Mit einem vollen Wasserstofftank (5 Kilo) konnte das bisher einzige vom ADAC getestete Fahrzeug, der Toyota Mirai, 480 Kilometer weit fahren. Damit liegt die Reichweite etwas höher als der Durchschnitt der Modelle mit Erd- bzw. Autogas (400 Km) und entspricht der Reichweite eines reinen Elektrofahrzeugs der gleichen Fahrzeugkategorie.
Neben Wasserstoffautos, werden auch im Öffentlichen Nahverkehr nach und nach mehr Busse und Züge mit Wasserstoff betrieben. Nach ersten Tests beim Einsatz von Wasserstoffbussen im Industriepark Höchst erreichen diese eine Tagesreichweite von ca. 400 Km. Damit liegen sie mit den Diesel-Bussen gleich auf.