Ratgeber und Tipps
Wasserstoff ist nicht nur das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Die Verarbeitung von Wasserstoff wird auch als eine der Schlüsseltechnologien für die Zukunft gehandelt und findet bereits Einsatz in unterschiedlichen Wirtschaftszweigen. So auch in der Mobilität.
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Wasserstoff ist nicht nur in beinahe allen Verbindungen der organischen Chemie enthalten, sondern auch in erheblichen Mengen auf der Erde vertreten, da es sich um einen Bestandteil von Wasser handelt.
Mit dem Symbol H steht das Element im Periodensystem an erster Stelle und kommt fast ausschließlich in gasförmiger, gebundener Form vor. Als Sekundärenergie benötigt das farb- und geruchlose Gas zusätzliche Energie, eine sogenannte Primärenergie, um produziert zu werden.
Wir stellen Ihnen den alternativen Antriebskraftstoff näher vor: Wie funktioniert ein Wasserstoffauto und wie sicher ist es? Was sind die Vor- und Nachteile von einem Wasserstoff-Brennstoffzellen Auto im Vergleich zu anderen Antriebskraftstoffen? Wo liegt die Wasserstoff-Auto-Zukunft?
Wer mit einem Wasserstoff Auto in das umliegende Ausland fahren möchte, muss die Route entsprechend der europäischen H2-Tankstellen planen.
Fahrzeuge mit Brennstoffzellentechnik stoßen - im Gegensatz zu Diesel oder Benzinern – im Betrieb weder Feinstaub, Stickoxide noch CO2 aus. Als Abfallprodukt entsteht lediglich Wasser(dampf). Damit sind sie lokal emissionsfrei.
Die Herstellung ist zudem mit jeder Stromquelle möglich, was von Vorteil ist bei der Herstellung von grünem Wasserstoff. Dazu kommt, dass Wasser aber auch Wasserstoff ein möglicher Zwischenspeicher für regenerative Energieerzeuger ist, der mögliche Engpässe in der Stromversorgung mit erneuerbaren Energien ausgleichen kann.
Vorteile von Wasserstoffautos:
Ein Nachteil ist der hohe Energieverbrauch bei der Herstellung von Wasserstoff. Dazu kommt die mangelnde Tankstellen-Infrastruktur im In- und Ausland, die eine gute Routenplanung unverzichtbar macht.
Auch die Modellauswahl ist derzeit noch überschaubar und bietet kaum Varianz. Zudem bedeutet die Anschaffung eines Elektro-Fahrzeugs – ob mit Batterie oder mit Wasserstoff betrieben – einen hohen Kostenaufwand.
Nachteile von Wasserstoffautos:
Im Gegensatz zu anderen Brennstoffen entstehen bei der Verbrennung von Wasserstoff keine Schadstoffe, die in die Atmosphäre gelangen könnten.
Im Vergleich zu batteriebetriebenen Fahrzeugen liegt ein wichtiger Vorteil von Wasserstoff Autos im Nutzfahrzeugsegment, da hier ein besonders hohes Leistungsniveau erforderlich ist.
Um auf dieses Niveau zu gelangen, müssten bei der batteriebetriebenen Variante immens große Batterien verbaut werden. Diese sind nicht nur materialintensiv, sondern auch ein wesentlicher Kostentreiber bei der Anschaffung des Fahrzeugs. Um die gleiche gespeicherte Energie von zwei vollen Tanks mit 700 bar Wasserstoff mit Batteriezellen abzubilden, würden die Batterien ein Vielfaches an Volumen und Masse der Wasserstofftanks einnehmen. Das zusätzliche Gewicht hätte besonders bei Lkw auch negative Auswirkungen auf die Reichweite und Nutzlast. In Sachen Reichweite stehen Wasserstoff Autos den herkömmlichen Verbrennern und Dieselfahrzeugen in nichts nach.
Im Pkw-Segment steht das Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug sowohl mit dem klassischen Verbrenner als auch mit der aufstrebenden batterieelektrischen Mobilität im Wettbewerb. Letztere hat in puncto Modellvielfalt und Preisattraktivität wesentliche Vorteile. Eine rasche Aufholjagd mit Blick auf die Zulassungszahlen gilt als ausgeschlossen.
Im Nutzfahrzeug-Segment und bei Elektrobussen könnten Fahrzeuge mit Brennstoffzelle in den kommenden Jahren aufholen, da das Anforderungsprofil an das Fahrzeug bei
besser passt. Neben der Verwendung in Brennstoffzellen kann Wasserstoff als Energieträger auch in Verbrennungsmotoren verwendet werden.
Die Zukunft der beiden alternativen Antriebsstoffe ist von verschiedenen Faktoren abhängig.
Dazu zählen unter anderem
Die Planung neuer Wasserstoff-Fahrzeuge von namhaften Herstellern zeigt, dass Wasserstoff Zukunftspotenzial im Kraftfahrzeugsegment aufweist. Um die Klimaziele zu erreichen, wird man sowohl den Wasserstoff, als auch die Batterie benötigen, um unabhängiger von fossilen Kraftstoffen zu werden. Nicht zu vernachlässigen sind hier auch der Ursprung und die Erzeugungs- und Distributionswege des jeweiligen Energieträgers.
Im Juli 2021 startete TÜV NORD GROUP die Initiative „Hydrohub“. Diese verfolgt das Ziel, Energieunternehmen, Industrien und Kommunen rund um das Thema Wasserstoff zu unterstützen und beraten. Das Hydrohub, das aus Vertreterinnen und Vertretern der verschiedenen Geschäftsbereiche formiert wird, soll Schlüsselthemen entwickeln und daraus neue Dienstleistungen ableiten. Darunter fallen Aufgabenfelder, wie die Entwicklung von Wasserstoffstandorten, die Sicherstellung einer nachhaltigen Wasserverwendung, die Entwicklung von Importstrategien sowie Emissions- und Reichweitenmessungen.
Die Automobilwelt verändert sich rasant: Neben klassischen Benzin- und Dieselantrieben gewinnen alternative Antriebe zunehmend an Bedeutung. Ob Elektro, Brennstoffzelle, Hybrid oder gasbetriebene Fahrzeuge: sie alle bieten unterschiedliche Vorteile für Umwelt, Effizienz und Fahrkomfort. Entdecken Sie die verschiedenen Antriebsarten und erfahren Sie, welcher am besten zu Ihren Bedürfnissen passt.
Eine der wohl bekanntesten alternativen Antriebsformen stellt der Elektromotor dar.
Von einer Elektromaschine angetrieben, bezieht der Motor die dazu notwendige Energie aus einer Batterie, die sich an einer speziellen Ladesäule wieder aufladen lässt.
Die dabei entstehenden Betriebskosten sind deutlich geringer als bei einem Auto mit Verbrennungsmotor. Zudem entstehen keine Stickstoffoxide, weniger Feinstaub und CO²-Ausstoß.
Im Brennstoffzellenauto befinden sich ein Wasserstofftank, eine Brennstoffzelle und eine kleine Batterie, die immer dann eingreift, wenn etwas mehr Energie von Nöten ist. Da es sich bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen im Grunde um Elektroautos handelt, ist es eine emissionsfreie und geräuscharme Alternative zu Verbrennungsmotoren.
Ein weiterer Vorteil: Wasserstoff ist das wohl am häufigsten vorkommende Element und eine nahezu unendliche Ressource.
Der Hybrid ist mit einem elektrisch- und fossil-betriebenen Motor ausgestattet. Beim seriellen Hybridauto ist die Verbrennungsanlage nur für die Stromerzeugung zuständig und dient als kleines Kraftwerk.
Beim parallelen Hybrid ist es anders. Hier wirken beide Motoren gleichzeitig. Warum das von Vorteil ist? Ganz einfach: Im Stadtverkehr kann rein elektrisch gefahren werden, bei längeren Strecken übernimmt der Verbrennungsmotor und bei voller Leistung arbeiten beide parallel.
Die Hybridtechnik hat sich bewährt und stößt dank des zusätzlichen Elektromotors weniger Treibhausgase als reine Diesel- oder Benzinfahrzeuge aus.
Das Plug-in-Hybrid-Fahrzeug unterscheidet sich von dem Hybrid vorrangig im Bereich der Lademöglichkeit.
Der Plug-in-Hybrid kann über ein Stromnetz aufgeladen werden – eine Möglichkeit, die es bei Hybridautos nicht gibt. Je nach Modell ist auch die elektrische Reichweite größer als bei einem Hybrid.
Mit einem Autogas betriebenen Fahrzeug lassen sich die Kraftstoffkosten um die Hälfte reduzieren. Autogas ist ein verflüssigtes Gemisch aus Propan und Butan und günstiger als Benzin. Vor allem bei Vielfahrern und Pkw mit hohem Verbrauch kann sich die Umrüstung zu Autogas rentieren.
Ebenfalls gut zu wissen: Auto- und Erdgas bringen steuerrechtliche Vorteile mit sich. Die Steuersätze sind hier sehr viel günstiger als bei Benzin und Diesel.
Erdgas ist ein brennbarer, organischer Rohstoff und in der Verbrennung wesentlich umweltfreundlicher als Benzin oder Diesel.
In Deutschland gibt es H-Gas und L-Gas, die sich durch den Methangehalt unterscheiden. Da dieser bei H-Gas höher ist, verbrauchen Fahrzeuge dieser Art weniger und haben zudem eine größere Reichweite.
Interessant: Erdgas wird in Kilogramm und nicht in Litern getankt.
Der Wirkungsgrad eines Gerätes gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie in nutzbringende Energie umgewandelt wird. Wie verhält es sich mit dem Wirkungsgrad bei den alternativen Antrieben? Wir haben uns die Wirkungsgrade der drei gängigsten Kraftanlagen genauer angesehen.
Ein Elektromotor setzt rund 80 % der ihm zugeführten Energie in Bewegung um und gibt im Umkehrschluss nur 20 % der Energie an die Umwelt ab. Sicher müssen noch Verluste berücksichtigt werden, die beim Laden der Batterie anfallen. Dennoch kommt ein Elektrofahrzeug auf einen Wirkungsgrad von ca. 65 % und ist damit sehr viel effizienter als ein Wagen mit konventionellem Verbrennungsmotor. Zum Vergleich: Bei einem Dieselmotor liegt der Wirkungsgrad bei circa 45 %, bei einem Benziner unter optimalen Bedingungen bei ca. 30-35 %.
Eine Brennstoffzelle allein kommt auf einen Wirkungsgrad von 83 %, verbaut in einem Fahrzeug muss jedoch mit Einbußen gerechnet werden. Hier kann von einem Wirkungsgrad von 50 % ausgegangen werden. Diese nicht sehr genaue Effizienz beruht darauf, dass es sich bei der Brennstoffzelle um einen Energiewandler handelt, der Wasserstoff in elektrischen Strom umwandelt.
Betrachtet man die komplette Abfolge von Prozessen, von der Erzeugung des Wasserstoffs bis hin zur Umwandlung in elektrische Energie, bleibt lediglich ein Wirkungsgrad von circa 30 %. Damit ist die Brennstoffzelle hinsichtlich des Wirkungsgrades kaum besser als Fahrzeuge, die mit Diesel oder Benzin betrieben werden.
Ein Hybridfahrzeug hat ebenfalls einen deutlich besseren Wirkungsgrad als ein Kraftwagen, der ausschließlich mit einer Verbrennungsanlage ausgestattet ist. Durch die Wahl und Aufteilung der zwei Antriebe wird der Gesamtwirkungsgrad stets optimiert. Je nachdem, was am effizientesten ist, wechseln Hybridautos zwischen den Antrieben oder laufen gleichzeitig mit Elektro- und Verbrennungsmotor.
Mehr zum Wirkungsgrad alternativer Antriebsarten find Sie unter Wirkungsgrade von Elektroautos.
Wasserstoff ist zwar hochentzündlich, explodiert aber niemals, ohne einen Auslöser und eine Zündquelle. Zudem vermischt er sich schnell mit der Umgebungsluft. Bei Wasserstoff-Brennstoffzellen-Autos besteht somit kein Grund zur Beunruhigung. Durch die Speicherung in separaten, druckfesten Tanks kommen sich Wasserstoff und Sauerstoff nicht in die Quere.
Zahlreiche Crashtests haben gezeigt, dass ein Totalschaden erforderlich ist, um den Wasserstofftank zu beschädigen und Wasserstoff freizusetzen.
Die Reichweite von Wasserstoffautos hängt vor allem von der Tankkapazität ab. Der Verbrauch und das Tankvolumen werden - im Gegensatz zu Verbrennerfahrzeugen - nicht in Litern, sondern in Kilogramm angegeben.
Manche Modelle schaffen eine Reichweite von über 600 Kilometern und sind in diesem Bereich vergleichbar mit Benziner- oder Dieselfahrzeugen. Batteriebetriebene Elektro-Fahrzeuge müssen hier schon einen großen Batteriespeicher vorweisen, um ähnliche Distanzen zu bewältigen.
Derzeit ist das Tankstellennetz für Wasserstoff noch lückenhaft, aber es gibt sie – die H2-Tankstellen und mobilen Stationen. Aktuell stehen deutschlandweit knapp über 100 öffentliche Wasserstoff-Tankstellen zur Verfügung (Stand: April 2022).
Welche Wasserstoff Autos gibt es? Derzeit ist das Angebot von Wasserstoff Autos sehr begrenzt.
Die ersten „serienmäßigen“ Brennstoffzellen-Fahrzeuge auf dem europäischen Markt sind:
Von Mercedes gab es den GLC F-Cell, der aber inzwischen wieder vom Markt genommen wurde.
Da Wasserstoff ausschließlich in Verbindungen mit anderen Stoffen wie Erdgas, Erdöl oder Wasser zu finden ist, muss er mittels Energie getrennt werden. Es gibt verschiedene, energieintensive Verfahren, um Wasserstoff herzustellen:
Je nachdem, ob Wasserstoff gasförmig oder flüssig gespeichert werden soll, gibt es verschiedene Möglichkeiten der Lagerung:
Obwohl Wasserstoff farb- und geruchlos ist, spielen Farben dennoch eine wichtige Rolle. Sie entscheiden, ob und wie nachhaltig Wasserstoff produziert wird. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen vier Farbkategorien:
Grauer Wasserstoff
Türkiser Wasserstoff
Blauer Wasserstoff
Grüner Wasserstoff
Aktuell werden aus regenerativen Energien leider nur zwei Prozent des Wasserstoff-Bedarfs gedeckt, die fehlenden 98 Prozent werden aus Kohlenwasserstoffen wie Erdgas, Erdöl oder Kohle gewonnen.
Vor allem die Herstellung widerspricht daher derzeit dem Anspruch auf Umweltverträglichkeit.
