Wasserstoffautos gelten als eine der vielversprechendsten Lösungen für eine grüne Verkehrswende. Wir erklären die Technik in Brennstoffzellenautos und beleuchten ihre Vor- und Nachteile.

 

Wer hat’s erfunden?

Christian F. Schönbein, Professor für Physik und Chemie an der Uni Basel, entdeckte vor etwa 180 Jahren den „Brennstoffzellen-Effekt“: Werden zwei Platindrähte in mineralisiertem Wasser mit Wasserstoff und Sauerstoff umspült, so entsteht eine Spannung. Sir William R. Grove, eigentlich Jurist, gilt als Erfinder des ersten Brennstoffzellen-Apparates. Diese Erfindung war der zweite wesentliche Beitrag zur Entwicklung der Brennstoffzelle und bestand aus mehreren in Reihe geschalteten galvanischen Elementen. Die erzeugte Spannung reichte aus, um Wasser in einem weiteren Behälter in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen.

 

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Prinzip der Brennstoffzelle. Foto: Adobe Stock/sivvector

Funktionsprinzip der Brennstoffzelle

Eine moderne Brennstoffzelle wird links mit Wasserstoff aus einem Tank, und rechts mit Sauerstoff aus der Luft „gefüttert“. Dem Wasserstoff geht es dabei direkt an den Kragen. Er wird in seine Einzelteile zerlegt: zwei Elektronen (-) und zwei Protonen (+). Die freiheitsliebenden Elektronen fließen direkt als Strom ab und können für einen Elektromotor genutzt werden. Die harmoniebedürftigen Protonen suchen den Ladungsausgleich und fließen nach rechts zum Sauerstoff. Der wiederum sagt nicht nein und verbindet sich mit den Wasserstoffteilchen zu Wasser. Das Ganze nennt sich „kalte Verbrennung“. Es entsteht Strom, Wärme, und ein wenig Wasser.

 

 

 

Einsatzmöglichkeiten im Verkehr

Wenn man dieses Prinzip mehrfach aufeinanderstapelt und in Reihe schaltet, spricht man von einem „Stack“ also einem Stapel aus Zellen. Diese ergeben dann die Brennstoffzelle als Ganzes. Um einen PKW wie den Hyundai Nexo damit vom Fleck zu bewegen, braucht es 440 Zellen. Damit die arbeiten können, führt der Nexo knapp 6,5 Kilo Wasserstoff mit sich, verpackt in drei Tanks aus Kohlefaser. Betankt ist das Auto in unter fünf Minuten. Die Reichweite beträgt laut verschiedener Praxistests etwa 550-600 Kilometer. Größere Vehikel wie Busse oder Bahnen (auch die gibt es schon serienreif) haben entsprechend größere Brennstoffzellen und Tanks. Ein modernes Elektrofahrzeug kann als Speicher also entweder eine Batterie oder eine Brennstoffzelle nebst Wasserstofftank mit sich führen.

Das Wasserstoffauto Hyundai Nexo tankt an einer Wasserstoff-Tankstelle..

Kurze Tankzeit, große Reichweite: Sind Vorteile von Wasserstoffautos wie der Hyundai Nexo. Foto: Hyundai

 

Wie sicher sind Brennstoffzellenautos?

Wasserstoff in Verbindung mit Sauerstoff brennt. Ab einem bestimmten Verhältnis ist das Gemisch sogar explosiv. Wasserstoff ist aber extrem flüchtig, weil er so leicht ist. Forscher haben in einem Experiment ein mit Benzin und ein mit Wasserstoff betriebenes Fahrzeug angezündet. Vorher hatten sie jeweils in die Treibstoffleitung ein Loch gebohrt, damit es in jedem Fall klappt. Der Benziner brannte vollständig aus. Beim Wasserstoff entlud sich der Tankinhalt in einer Stichflamme weit über dem Fahrzeug. Die Brandgefahr ist bei Autos mit Benzin- oder Dieseltank also tatsächlich größer. Bei Crashs gelangen bei Autos mit Verbrennungsmotor zudem oft Öl und Benzin oder Diesel in die Umwelt.

 

Wirkungsgrad: Brennstoffzelle und Batterie im Vergleich

Um klimatechnisch zu punkten, sollten Wasserstoffautos mit CO2-neutralem Wasserstoff aus regenerativen Quellen betankt werden. Dasselbe gilt für Elektroautos, die Ihre Energie in Batterien mit sich führen. Aber welche der beiden Arten hat nun am Ende den besseren Gesamtwirkungsgrad? Moderne Wasserstoffautos kommen derzeit auf einen Wirkungsgrad von knapp 60 Prozent. Elektroautos kommen auf etwa 90 Prozent. Bei der Brennstoffzelle handelt es sich um einen Energiewandler – sie wandelt Wasserstoff zu Strom. So ein System kann deshalb nie gleich effizient sein, wie eine Batterie, die ja selbst ein Energiespeicher ist. Diese Schwäche hat aber auch eine positive Seite: Die Abwärme des Brennstoffzellensystems kann zur Beheizung der Fahrzeuge genutzt werden.

Die Power-to-Gas Anlage in Wyhlen produziert Wasserstoff aus regionaler Wasserkraft.

Wasserstoff aus regionaler Wasserkraft: Die Power-to-Gas Anlage in Wyhlen. Foto: Energiedienst/Kevin Folk

 

Welcher Antrieb ist nun besser?

Die Erzeugung von Wasserstoff aus Ökostrom ist ein wichtiger Baustein der Energiewende. Überschüssiger Strom, der zum Zeitpunkt X nicht benötigt wird, kann in Power-to-Gas Anlagen in Wasserstoff umgewandelt und damit gelagert werden. Dann spielt auch am Ende der Wirkungsgrad eine untergeordnete Rolle. Denn primäres Ziel ist es, CO2-Emissionen zu vermeiden. In punkto Lademöglichkeiten und Anschaffungspreis hinkt das Wasserstoffauto dem E-Mobil derzeit noch deutlich hinterher. In Deutschland gibt es derzeit 84 Wasserstoff-Tankstellen und ein Hyundai Nexo kostet knapp 80.000 Euro! Solche Faktoren ändern sich aber mit höheren Stückzahlen. Reichweite und Dauer der Betankung sind große Vorteile. Zudem: Wasserstoff kann lokal produziert werden! Schauen Sie mal bei unserer Power-to-Gas Anlage in Wyhlen vorbei!

 

 

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