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H2 wird mobil

Fahren mit Wasserstoff

Wasserstoff ist nicht nur ein Energiespeicher, er kann auch als Antrieb für Fahrzeuge, Schiffe oder Flugzeuge dienen. Aus dem Auspuff kommt dann statt Feinstaub, Stickoxiden und anderen Luftschadstoffen nur Wasserdampf.

Brennstoffzelle
Aufbau einer Brennstoffzelle: Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht Wasser. Es werden Elektronen frei, die als elektrischer Strom abfließen. . © Matt/ Necropotame,Free Art License

Fahren mit Brennstoffzellen

Beim Wasserstoffantrieb sorgen meist Brennstoffzellen dafür, dass aus dem Gas Strom für Elektromotoren entsteht. In ihnen findet quasi die Umkehrreaktion der Wasserspaltung statt: Wasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Wasser und produzieren dabei als Nebenprodukt Wärme und elektrischen Strom. Dieser Strom wird dann von Elektromotoren in die Bewegung der Räder, Schiffsschrauben oder Flugzeugturbinen umgesetzt.

Sonderlich effizient sind die Brennstoffzellen solcher Antriebe bislang allerdings nicht: Nur 40 bis 50 Prozent der im Wasserstoff gespeicherten Energie werden in Strom umgesetzt. Im gängigen Wasserstoffauto sind es sogar nur 30 bis 40 Prozent. Elektroautos mit Batterien erreichen dagegen einen Wirkungsgrad von rund 70 Prozent. Dafür jedoch haben Wasserstoff-Fahrzeuge eine erheblich größere Reichweite: Während ein Elektroauto nur 150 bis 300 Kilometer weit kommt, kann ein Wasserstoffauto mit einer Tankfüllung zwischen 500 und 800 Kilometer weit fahren. Ein weiterer Vorteil: Das Auftanken dauert nur wenige Minuten – kaum länger als der gängige Tankstopp beim Benziner oder Diesel.

Alternative zum klassischen Elektroauto?

Doch noch steht Wasserstoff als PKW-Antrieb ziemlich am Anfang. Weltweit waren Ende 2019 nur knapp 12.000 Brennstoffzellen-Autos zugelassen und auch die Infrastruktur für Wasserstoff-Fahrzeuge ist alles andere als üppig: In ganz Deutschland gibt es gerade einmal 80 öffentlich zugängliche Wasserstoff-Tankstellen. In anderen Ländern sieht es noch weit schlechter aus.

Brennstoffzellen-Motor
Motor des Toyota Mirai, des weltweit ersten in Serie produzierten Brennstoffzellenautos. © Tramino/ iStock

Hinzu kommt, dass auch die Autos selbst noch relativ teuer sind: Das kleinste Modell von Toyota oder Hyundai kostet mehr als 60.000 Euro, einen Elektrokleinwagen bekommt man schon für rund die Hälfte. Wissenschaftler gehen aber davon aus, dass die Preise für Wasserstoffautos schon bis zum Jahr 2030 dank größerer Produktionsmengen deutlich sinken werden.

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Ob sich Wasserstoff langfristig gegen die Batterie-Autos durchsetzen kann, bleibt zumindest bei PKWs dennoch offen. Immerhin fördern einige Länder die Brennstoffzell-Technologie inzwischen aktiv und haben sich konkrete Zielvorgaben gesetzt: Japan will bis zum Jahr 2030 800.000 Wasserstoffautos auf die Straße bringen, China sogar eine Million. Deutschland und Großbritannien wollen bis 2040 aus der Produktion von PKW mit Verbrennungsmotoren aussteigen. Zu welchem Teil die „Zero-Emission“-Fahrzeuge dann aber mit Batterien oder Wasserstoff angetrieben werden, bleibt vorerst offen.

Wasserstoff für Busse und LKW

Deutlich konkurrenzfähiger könnte der Wasserstoff aber bei Bussen und LKW sein. „Für Hochleistungs-Transportfahrzeuge wie Busse und Laster könnten Brennstoffzellen die beste und möglicherweise einzige realistische Zero-Carbon-Lösung sein“, sagt Ian Staffell vom Imperial College London. Denn bei diesen Fahrzeugen haben Brennstoffzellen gegenüber dem Akku einige entscheidende Vorteile.

Brennstoffzellen-Bus
Japanischer Brennstoffzellenbus, vorgestellt 2017 auf der Tokyo Motor Show. © Cxpr /CC-by-sa 4.0

Beim Akkuantrieb erfordern das große Gewicht der Fahrzeuge und die benötigte starke Antriebskraft eine enorme Anzahl an Akkus pro Fahrzeug – das bringt zusätzliches Gewicht und nimmt Platz ein. Zudem haben Fahrzeugbatterien oft nur eine begrenzte Lebensdauer – Tesla gibt dafür zehn bis 15 Jahre an. Busse und Laster aber sind quasi im Dauereinsatz und durchlaufen entsprechend viele Ladezyklen – das verkürzt ihre Haltbarkeit zusätzlich.

Brennstoffzellen dagegen sind von Natur aus langlebiger und können auch im Dauerbetrieb problemlos immer wieder aufgetankt und entladen werden, wie Staffell erklärt. Zudem fasst der typische Tank eines Wasserstoff-Busses nur rund 40 Kilogramm komprimierten Wasserstoff und fällt damit buchstäblich kaum ins Gewicht. Tatsächlich gibt es in Europa bereits gut 80 Brennstoffzellen-Busse, die zusammen schon rund sieben Millionen Kilometer zurückgelegt haben. Bei den LKW allerdings stagniert die Entwicklung noch – auch wegen der im Vergleich zu Dieselfahrzeugen höheren Anschaffungskosten. Das aber könnte sich mit strengen Umweltauflagen und höheren Spritpreisen ändern.

Vorreiter Japan und Korea

Japan plant bereits eine umfangreiche Wasserstoff-Offensive: Zur Sommerolympiade 2020 in Tokio will die Regierung eine Flotte von mehr als hundert Brennstoffzellen-Bussen und tausenden Wasserstoffautos bereitstellen und sein Netzwerk von Wasserstoff-Tankstellen aufstocken. Auch das olympische Dorf soll komplett durch Wasserstoff mit Strom und Wärme versorgt werden. „Wir freuen uns darauf, die Welt mit unserer Wasserstoff-Technologie zu überraschen“, sagt Toru Muta vom japanischen Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie.

Ebenfalls ein Vorreiter in Sachen Brennstoffzelle ist Südkorea: Der Autohersteller Hyundai baut mit dem Nexo bereits ein Wasserstoffauto in Serie – wenn auch vorerst mit wenig Profit. Zudem steht in Korea das größte Brennstoffzellen-Kraftwerk der Welt. Mit 59-Megawatt Kapazität erzeugt der Gyeonggi-Park genügend Strom und Wärme für 45.000 Haushalte. Bis 2022 soll es zudem 330 Wasserstoff-Tankstellen im Land geben.

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Wasserstoff – kommt der große Boom?
Wie das Gas bei der Energiewende helfen kann

Hoffnungsträger mit Fehlstarts
Der mühsame Weg der Wasserstoff-Technologien

Auf die Herstellung kommt es an
Warum nicht jeder Wasserstoff "grün" ist

Offshore-Wasserstoff
H2-Produktion auf hoher See

Der direkte Weg
Thermochemische und photokatalytische Wasserstoffproduktion

H2 wird mobil
Fahren mit Wasserstoff

Wasserstoff im Eigenheim
Brennstoffzellenheizungen und H2 im Stadtgas

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