Immer wieder wird Wasserstoff als die Zukunft der Mobilität angepriesen. Aus dem Auspuff kommt nur Wasserdampf, und das Fahrzeug ist schnell wieder aufgetankt. So sei man mit der Brennstoffzelle sauber, einfach und schnell unterwegs. Doch ist der Wasserstoffantrieb wirklich die Technologie der Zukunft? Wir haben einen Blick auf die Details geworfen.
Funktionsweise von Wasserstoffautos
Im Grunde sind Wasserstofffahrzeuge reine Elektroautos, in die anstatt eines Akkus eine Brennstoffzelle eingebaut ist, sowie ein Tank für gasförmigen Wasserstoff. Mithilfe chemischer Reaktionen des Wasserstoffs mit Sauerstoff wird in der Brennstoffzelle Strom erzeugt, der einen Elektromotor antreibt. Der dabei entstehende Wasserdampf wird über den Auspuff abgeleitet. Damit ist der Betrieb eines Wasserstofffahrzeugs genauso umweltfreundlich wie der eines Elektroautos. Dieses Bild ändert sich jedoch, wenn man mit einbezieht, woher der Wasserstoff kommt.
Gewinnung von Wasserstoff
Nachdem Wasserstoff in der Natur nur in gebundener Form zu finden ist, beispielsweise in Wasser oder Kohlenwasserstoff, muss Energie aufgewendet werden, um ihn verwenden zu können. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten, Wasserstoff zu erzeugen. 90% des Wasserstoffs werden durch Reformierung von Erdgas gewonnen. In diesem Verfahren sind also erst recht wieder fossile Energieträger notwendig, und bei der Herstellung entstehen große Mengen an CO2, die die Klimaerwärmung zusätzlich antreiben. Aus ökologischer Sicht bringt dies also keinen Vorteil gegenüber Verbrennern.
Wasserstoff könnte grundsätzlich auch aus der chemischen Industrie verwendet werden, wo er als Abfallprodukt anfällt. Doch dort wird er meist für andere Prozesse weiterverwendet und kann daher nur in sehr geringen Mengen als Kraftstoff genutzt werden.
Eine andere Möglichkeit der Wasserstofferzeugung ist die Elektrolyse von Wasser. Hier wird Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Dieses Verfahren wird jedoch nur eingesetzt, wenn sehr günstiger Strom zur Verfügung steht, weil andernfalls die Herstellung aus fossilen Energieträgern günstiger ist. Doch selbst wenn überschüssiger Strom aus der Photovoltaikanlage verwendet wird, ist der Wirkungsgrad sehr gering.
Geringer Wirkungsgrad
Bei der Elektrolyse gehen bereits 30% der Energie verloren. Außerdem muss Wasserstoff für den Transport verdichtet werden. Dabei sinkt der Wirkungsgrad um weitere 15%. Ist der Wasserstoff erst mal an Bord, muss er noch in der Brennstoffzelle aufgespalten werden. Und auch hierbei verpuffen 20% der Energie. Zum Schluss beträgt der Wirkungsgrad also nur noch 35%. Damit ist der Wasserstoffantrieb nicht einmal halb so effizient wie der reine Elektroantrieb. Und dies hat entsprechende Auswirkungen auf die Umwelt, aber auch auf die Betriebskosten.
Flüchtigkeit der Wasserstoffmoleküle
Da Wasserstoff wird üblicherweise in Gasform transportiert und gelagert. Die H2-Moleküle sind jedoch sehr klein und verflüchtigen sich schnell. Selbst durch das Ionengitter eines Stahlbehälters können sie entschlüpfen. Um den Wasserstoff dauerhaft halten, ihn im Auto sicher transportieren zu können, und selbst bei einem Unfall nicht zur Gefahr werden zu lassen, müssen Wasserstofftanks entsprechend aufwändig gebaut sein. Darum wiegen Tanks für 5 kg Wasserstoff etwa 125 kg und sind daher sowohl durch ihre Größe als auch ihr Gewicht sehr unvorteilhaft in der Mobilität. Die hohe Verdichtung (700 Bar) bringt zudem auch Sicherheitsrisiken mit sich, wie die Explosion an einer Wasserstoff-Ladestation in Norwegen im Juni gezeigt hat.
Langsames Laden
Ein weiterer Mythos ist, dass das Tanken so rasch gehe wie das Betanken von Verbrennern. Das mag zwar für das Betanken eines einzelnen Fahrzeuges stimmen. Doch um den Druck wieder auf die für das nächste Fahrzeug benötigten 700 Bar zu bringen, muss der gelagerte Wasserstoff nach jedem Tankvorgang erneut verdichtet werden. Und das dauert seine Zeit. Müssen also mehrere Fahrzeuge nach einander betankt werden, entsteht eine Wartezeit. Auch der Zeitvorteil bleibt vorerst also nur eine Geschichte der Öl- und Gasindustrie die naturgemäß ein hohes Interesse an Wasserstoff-Ladenetzen als Ersatz für die in Zukunft überflüssigen Tankstellennetze haben.
Hohe Betriebskosten
Da zurzeit erst wenige Wasserstoffautos auf den Straßen sind, sind die durchschnittlichen Wartungs- und Servicekosten schwer einzuschätzen. Mit der im Vergleich zum Elektroauto weitaus komplexeren und aufwendigeren Technik ist allerdings auch mit deutlich höheren Kosten zu rechnen. Und das trifft nicht nur auf Wartung und Service zu, sondern auch auf den Tank. Denn ein Kilo Wasserstoff, das für 100 km ausreicht, kostet etwa 10 Euro. Die (sehr variablen) Stromkosten für Elektroautos liegen jedenfalls deutlich unter diesen Kosten. Dazu kommt, dass E-Fahrzeuge vielerorts sogar kostenlos geladen werden können.
Reichweite und Technischer Fortschritt
Da sich die Technik der Elektroautos rasant schnell weiterentwickelt – weit schneller als jene der Wasserstoffautos – kommen einige E-Fahrzeuge heute mit ihrer Reichweiten bereits an jene von Wasserstoffautos heran. Die Ladezeiten verkürzen sich ebenfalls Jahr für Jahr weiter und machen Elektroautos bereits heute massentauglich. Dies kann von Wasserstoffautos wohl auch in vielen Jahren noch nicht behauptet werden.
Fazit
Die bleibende Abhängigkeit von fossilen Energien, der geringe Wirkungsgrad, die kostspielige und komplexe Technologie, umständliche Handhabung des Wasserstoffs und einfach die fehlenden Perspektiven auf eine zeitnahe Massentauglichkeit machen den Wasserstoffantrieb zu keiner konkurrenzfähigen Antriebsalternative.