Fahren mit Wasserstoffantrieb

Autos, die reinen Wasserstoff tanken, wandeln diesen in Strom um. Brennstoffzellen-Fahrzeuge zählen also zu den Elektroautos. Im Gegensatz zu einem Elektro-Fahrzeug wird der Strom aber nicht mitgeführt, sondern direkt im Fahrzeug erzeugt und in einer Batterie gespeichert. Dies geschieht durch einen Brennstoffzelleantrieb. Ursprünglich wurde dieser in der Raumfahrt verwendet.

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff (H₂) ist Bestandteil vieler organischer Verbindungen, wie zum Beispiel von Wasser (H₂O) und macht ca. 70 Prozent aller Materie auf der Welt aus. Es ist ein geruchloses und ungiftiges Gas, welches in Reinform nicht auf der Erde vorkommt. Wasserstoff ist ein Energieträger mit einer sehr hohen Energiedichte: 1 Kilogramm Wasserstoff enthält so viel Energie wie fast 3 Liter Benzin.

Gewinnung von Wasserstoff

Um Wasserstoff aus seinen organischen Verbindungen zu lösen, gibt es zwei gebräuchliche Verfahren.

Dampfreformierung: Methan (CH₄) ist eine wasserstoffreiche Verbindung. In zwei Prozessschritten und unter Zugabe von hocherhitztem Wasserdampf wird Wasserstoff erzeugt.
Elektrolyse: Mittels der Elektrolyse wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Dies geschieht in einer Power-to-Gas-Anlage. Durch den Einsatz von überschüssigem Ökostrom entsteht ein emissionsfreier Energieträger.

Speicherung von Wasserstoff

Wie Erdgas kann Wasserstoff unter hohem Druck zusammengepresst und in das Gas-Netz eingespeist, gespeichert und transportiert werden. Durch eine Methanisierung des Wasserstoffs, also die Zuführung von CO₂, lässt sich regeneratives Erdgas erzeugen. Das CO₂ kann z. B. aus der benachbarten Biogas-Anlage stammen.

Funktionsweise eines Wasserstoffautos

Die im Fahrzeug verbaute PEM-Brennstoffzelle erzeugt in einer umgekehrten Elektrolyse aus Wasserstoff elektrischen Strom, der einen Elektromotor antreibt: Der mitgeführte Wasserstoff reagiert mit zugeführtem Luftsauerstoff zu Wasser und gibt dabei elektrische Energie ab. Der Wasserstoff wird in der Regel gasförmig mit einem Druck von bis zu 700 bar und mit bis zu –40 °C vorgekühlt an H₂-Tankstellen angeboten und im H₂-Auto verbauten Druckbehältern gespeichert. Statt einer großen Batterie wie bei einem Elektroauto ist in Brennstoffzellenautos nur eine kleine Batterie verbaut, die als Zwischenspeicher fungiert. Zudem nimmt sie die Bewegungsenergie beim Bremsen – die sogenannte Rekuperationsenergie – auf und speichert sie. Als Abgas emittiert das Fuel Cell Vehicle lediglich Wasserdampf.

Vor- und Nachteile von Wasserstoffautos

Brennstoffzellenautos sind in Deutschland bis dato noch ein Nischenprodukt. Rund 600 Autos (Stand: Januar 2019) fahren bisher auf unseren Straßen. In Japan ist man da bereits deutlich weiter, denn Wasserstoffautos werden großzügig staatlich gefördert.

Das Tanken: Lange Ladezeiten wie bei Elektro-Fahrzeugen gibt es nicht. Nach drei bis fünf Minuten ist der Tank voll. Durch die schnelle Betankung sind Wasserautos den Elektroautos weit überlegen.
Die Reichweite: Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind bereits heute langstreckentauglich: Mit über 500 Kilometern bei einer Tankfüllung von 4 bis 6 Kilogramm Wasserstoff haben sie eine deutlich höhere Reichweite als Elektroautos.
Die Lebensdauer: In der Brennstoffzelle sind kaum bewegliche Teile verbaut. Das sorgt für eine lange Lebensdauer.
Die Klimabilanz: Wasserstoff ermöglicht es, Energie zu speichern. Durch die Elektrolyse von überschüssigem Ökostrom entsteht ein sauberer Energieträger, der für einen emissionsfreien Straßenverkehr sorgt.
Die Anwendbarkeit: Anders als bei der Elektomobilität funktioniert der Wasserstoff-Antrieb bereits heute bei Pkw, Lkw und Bussen.

Ausbau der Infrastruktur

Derzeit gibt es ca. 70 H₂-Tankstellen in Deutschland. Bis Ende 2023 sollen immerhin 400 Tankstellen errichtet werden, dennoch sind für eine flächendeckende Infrastruktur mindestens 1.000 H₂-Tankstellen nötig. Unternehmen wie H2 Mobility arbeiten intensiv am Ausbau der H₂-Tankstellen-Infrastruktur.

Wasserstoffautos: Hohe Anschaffungskosten, hohe Ersparnis

Namhafte Hersteller wie Mercedes-Benz oder Toyota haben bereits Kleinserien an Wasserstoffautos im Programm. Mit 60.000 Euro sind die Anschaffungskosten noch sehr hoch. Mit höheren Stückzahlen werden H₂-Fahrzeuge jedoch günstiger werden. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur unterstützt die Anschaffung eines Wasserstoffautos. Dank der Förderung und der geringen Wartungs- und Betriebsaufwände sind die Mehrkosten gegenüber konventionellen Pkw eher gering. Zudem sind H₂-Autos zehn Jahre von der KfZ-Steuer befreit.