Wasserstoffautos: Technik, Modelle, Tests, Tankstellen
Brennstoffzellenautos mit Wasserstoff als Kraftstoff gelten als saubere Alternative zu Pkw mit Verbrennungsmotoren: Lokal sind sie emissionsfrei. Wie funktionieren diese Autos? Gibt es genug Wasserstofftankstellen? Und wie sehen die Zukunftschancen aus? Die wichtigsten Infos.
Derzeit gibt es nur ein Wasserstoffauto auf dem Markt
Das Netz an Wasserstofftankstellen ist dünn
Klimafreundlich nur mit Wasserstoff aus regenerativer Energie
Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?
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 Rekuperationsenergie (Bewegungsenergie beim Bremsen) auf und speichert sie.
In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff gewonnen. Das geschieht durch die Umkehrung der Elektrolyse. Wasserstoff und Luftsauerstoff reagieren zu Wasser, es entstehen Wärme und elektrische Energie. Letztere treibt den Elektromotor an.
In den Fahrzeugen kommen sogenannte PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellen zum Einsatz. Ihre Wirkungsweise: Die Membran trennt den Wasserstoff und den Luftsauerstoff, die jeweils Anode bzw. Kathode umspülen, voneinander. Die Membran ist nur für Wasserstoffionen durchlässig. An der Anode trennen sich die Wasserstoffmoleküle in Ionen und Elektronen.
Die Wasserstoffionen wandern durch die PEM zur Kathode und verbinden sich dort mit dem Luftsauerstoff zu Wasser. Die Wasserstoffelektronen aber müssen – weil die PEM für sie eine undurchdringbare Barriere darstellt – den Umweg über eine Leitung von der Anode zur Kathode nehmen: Der so entstehende elektrische Stromfluss lädt die Traktionsbatterie oder treibt den Elektromotor des Fahrzeugs an.
Welche Wasserstoffautos gibt es?
Aktuell ist lediglich ein einziger Brennstoffzellen-Pkw erhältlich: und zwar der Toyota Mirai. Den Mirai gibt es seit Mitte 2021, verkauft hat sich das rund 70.000 Euro teure Fahrzeug bisher nur in homöopathischen Dosen. Im gesamten Jahr 2024 wurden in Deutschland lediglich 148 Exemplare zugelassen.
Wer den Mercedes GLC F-Cell in Erinnerung hat, liegt zwar richtig, aber das Brennstoffzellenauto made in Germany wurde relativ schnell beerdigt, weil es hoffnungslos erfolglos blieb (2019 bis 2020). BMW kooperiert mit Toyota zur Brennstoffzelle, doch über einige X5-Prototytpen hinaus haben sich die Münchner bisher nicht getraut mit der Technologie.
Das zweite Serienauto, der Hyundai Nexo, ist zumindest derzeit nicht konfigurierbar. Es scheint aber noch das eine oder andere Fahrzeug beim Händler zu stehen. Es werden bald ein Nachfolger kommen, heißt es. Die Ankündigung dürfte jedoch mit Vorsicht zu sehen sein. Denn es fehlen weit und breit positive Marktsignale für einen Brennstoffzellen-Pkw.
Gibt es genügend Wasserstofftankstellen?
Von einer flächendeckenden Versorgung mit Wasserstofftankstellen kann man beileibe nicht sprechen. In Deutschland gibt es aktuell lediglich rund 100 Wasserstofftankstellen, an denen öffentlich getankt werden kann. 20 davon werden gerade deaktiviert. Zum 31. März 2025 schließen zunächst einmal die Wasserstofftankstellen in Neuruppin, Bonn, Flensburg, Geisingen, Potsdam, Ulm, Siegen, Aachen, Bad Rappenau, Heidelberg (Speyerer Straße) und Mönchengladbach. Der Betreiber, die Firma H2 Mobility, will sich in Zukunft auf die Versorgung von Transportern, schweren Lastwagen und Bussen konzentrieren, für deren Betankung andere Anforderungen gelten.
Wie findet man Wasserstofftankstellen?
H2.LIVE ist das digitale Angebot rund ums Tanken, als App kostenfrei im App-Store und bei Google Play downloadbar oder im Internet unter www.h2.live. Hier erhält man Live-Informationen zu den einzelnen Stationen im In- und Ausland, erfährt wann Wartungen geplant sind oder kann eine Tankkarte beantragen.
Nach dem Zoom auf ein Land, werden grüne, rote und blaue Punkte sichtbar. Grüner Punkt: Diese Station steht zur Verfügung. Roter Punkt: Hier kann zurzeit nicht getankt werden. Blauer Punkt: Diese Stationen befinden sich im Aufbau oder in der Genehmigungsphase.
Erfahrungsberichte zeigen, dass H2-Tankstellen defektanfällig zu sein scheinen bzw. dass es oft an der notwendigen Wartung hapert.
Was kostet Wasserstoff für den Pkw?
Laut H2-Live-App kostet ein Kilogramm Wasserstoff im Schnitt 18,25 Euro (16,99 bis 19,25 Euro/Stand März 2025). Mit einem Kilo Wasserstoff kommt der Toyota Mirai laut ADAC Messung exakt 100 Kilometer weit. Damit sind die Treibstoffkosten weit jenseits von allem, was sich irgendwie rechnen könnte. Zum Vergleich: Ein Pkw, der sechs Liter Diesel (1,61 Euro/Stand März 2025) verbraucht, liegt bei unter 10 Euro für die 100 Kilometer.
Wie wird H2 im Auto gespeichert?
Die Speicher von Brennstoffzellenfahrzeugen unterscheiden sich erheblich von denen konventioneller Pkws mit Benzin- oder Dieseltanks. Wasserstoff wird entweder gasförmig unter hohem Druck (350 bar oder 700 bar), oder (weniger gängig) flüssig bei minus 253 Grad Celsius gespeichert. In diesem Aggregatzustand wird eine sehr hohe Energiedichte erreicht. Hierfür sind superisolierte, doppelwandige Tanks erforderlich.
Zwischen den beiden Hüllen des Tanks befinden sich in einem Vakuum Isolationsmaterialien, die den Tank kalt halten und Abdampfverluste minimieren. Tankstellen lagern Wasserstoff sowohl gasförmig als auch tiefgekühlt.
Sind Wasserstoffautos emissionsfrei?
Das hängt davon ab, wie der Wasserstoff erzeugt wird. Vor dem Gesetz gelten Wasserstoffautos als Zero Emission Vehicle (ZEV): Der elektrochemische Prozess geschieht lokal emissionsfrei, Wärme und Wasserdampf werden freigesetzt, außerdem sehr geringe Mengen NOx. Letzteres liegt daran, dass Umgebungssauerstoff im Prozess verwendet wird –und der ist verunreinigt.
Berücksichtigt werden müssen aber auch die Emissionen, die bei der Erzeugung des Wasserstoffs anfallen. Dann ergeben sich enorme Unterschiede: Wird Wasserstoff mit Erdgas hergestellt, ist die Bilanz miserabel – kommt der Strom dafür aus Erneuerbaren Energien, sieht es viel besser aus.
Auf der Suche nach langfristigem Ersatz für fossilen Brennstoffe bieten Wasserstoff und Brennstoffzellenautos deshalb sicherlich Chancen. Allerdings nur, wenn die Energie aus regenerativen Energiequellen wie Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft, Solarthermie, Geo-Thermie und Biomasse stammt.
Wie gewinnt man Wasserstoff?
Wasserstoff hat die chemische Kurzformel H₂ und gilt als das älteste, einfachste und häufigste Element im Universum. Er ist farb- und geruchlos, unter normalen Bedingungen gasförmig und leichter als Luft. Wasserstoff kommt in der Natur nur in gebundener Form vor – zum Beispiel als Bestandteil von Wasser.
H₂ lässt sich durch Elektrolyse aus Wasser gewinnen. Nötig sind dafür Gleichstrom und Elektrolyt: Durch ihren Einsatz wird Wasser (H₂O) in seine Bestandteile, also Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. An der Anode (positive Elektrode) entsteht Sauerstoff, an der Kathode (negative Elektrode) entsteht Wasserstoff.
Mit regenerativer Energie werden zur Zeit nur rund zwei Prozent des weltweiten Wasserstoff-Bedarfs von 600 Milliarden Kubikmeter hergestellt. 98 Prozent werden dagegen aus Kohlenwasserstoffen – etwa Erdgas, Erdöl und Kohle – gewonnen. Rund 40 Prozent davon entstehen als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen, der Erdgas-Synthese und Rohölverarbeitung.
Der wirtschaftlichste Weg der Wasserstoffgewinnung aus diesen fossilen Rohstoffen ist die Dampfreformierung. Dabei wird Erdgas unter Druck gesetzt, erhitzt und mit Wasserdampf vermischt – Wasserstoff wird freigesetzt. Nachhaltig ist ausschließlich der regenerative Wasserstoff.
Wozu wird das Element H2 genutzt?
Wasserstoff hat heute schon viele Einsatzfelder. So nutzt ihn die Lebensmittelindustrie, um Margarine zu befeuchten, Kraftstoff wird damit entschwefelt, und auch als Brennstoff wird er genutzt: Etwa, um für rußfreie Flammen zur Herstellung hochwertiger Glasfasern zu sorgen.
Auf dem Hintergrund des Pariser Klimaabkommens soll in diesem Jahrzehnt damit begonnen werden, eine Wasserstoffproduktion und -verteilung im weltweiten Maßstab aufzubauen. Zukünftig sollen sowohl der Verkehrssektor als auch wichtige Industrien wie Stahl und Chemie auf Wasserstoff als Energielieferant umgestellt werden. Wasserstoff wird eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung der Welt zugeschrieben.
Wie sicher ist ein Brennstoffzellenauto?
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). Die europäischen Sicherheitsnormen für Crashtests gelten auch für diese Fahrzeuge.
Wasserstoff im Verbrennungsmotor?
BMW-Ingenieure haben um die Jahrtausendwende bivalente Otto-Motoren konstruiert, die sowohl Benzin als auch Wasserstoff verbrennen konnten. Ein so ausgerüsteter 7er-BMW stand sogar mal offiziell in der BMW-Preisliste. Die Wasserstoff-Verbrennungsmotoren basieren auf dem normalen Serienmotor und zeichnen sich wie diese durch hohen Komfort, Dynamik und Leistungsdichte aus. Sie unterscheiden sich jedoch durch das modifizierte Ansaugsystem, das einerseits eine Direkteinspritzung des Benzins, andererseits eine Einblasung des Wasserstoffs in die Saugrohre ermöglicht.
Ein weiterer Unterschied liegt in der veränderten Verbrennungssteuerung und in der Abgasnachbehandlung. Beim Wasserstoff-Verbrenner entsteht während der Fahrt praktisch nur Wasser und geringe Mengen NOx aus der Verbrennung als Emission. Allerdings hat BMW die Entwicklung eines Wasserstoff-Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor 2009 eingestellt.