Wasserstoffantrieb

Da Wasserstoffautos einen Elektromotor haben, handelt es sich im Grunde ebenfalls um Elektrofahrzeuge. Der entscheidende Unterschied zu batteriebetriebenen E-Autos besteht allerdings darin, dass Wasserstofffahrzeuge ihren Strom selbst erzeugen. Das bedeutet, sie beziehen die Energie nicht aus einer eingebauten Batterie, sondern aus ihrem eigenen kleinen Kraftwerk: einer Brennstoffzelle mit Wasserstofftank.

Korrekterweise werden Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb daher auch als Brennstoffzellenautos bezeichnet. Während batteriebetriebene Elektroautos mit BEV („Battery Electric Vehicles“) abgekürzt werden, lautet die gängige Abkürzung für die innovativen Wasserstoffautos FCEV – also „Fuel Cell Electric Vehicle“, wobei „Fuel Cell“ die englische Bezeichnung für die Brennstoffzelle ist.

In der Brennstoffzelle eines Wasserstoffautos erfolgt die Stromgewinnung bei der sogenannten umgekehrten Elektrolyse. In diesem Prozess reagieren der getankte Wasserstoff und der Sauerstoff aus der Umgebung miteinander und verbinden sich zu Wasser, das als Wasserdampf über den Auspuff abgegeben wird. Als Nebenprodukte entstehen dabei außerdem Wärme und elektrische Energie, mit der letztlich der Elektromotor des Fahrzeugs angetrieben wird. So fungiert die Brennstoffzelle im Wesentlichen als Energiewandler, die den Wasserstoff in für das Auto direkt nutzbaren Strom umwandelt.

Grundsätzlich wird der Strom bei Autos mit Wasserstoffantrieb dann produziert, wenn er benötigt wird – also direkt während der Fahrt. Trotzdem gibt es eine kleine Batterie, die als Zwischenspeicher dient und Lastspitzen, wie zum Beispiel starkes Beschleunigen, abfedert. Gleichzeitig speichert die Batterie Bewegungsenergie, die beim Bremsen zurückgewonnen wird (die sogenannte Rekuperationsenergie).

Wie wird der Wasserstoff im Auto gespeichert?

Je nach Modell unterscheiden sich BZ-Fahrzeug in der Lagerung und dem Transport des getankten Wasserstoffes. So kann der Brennstoff entweder gasförmig unter hohem Druck von 350 bzw. 700 bar oder flüssig bei -253 Grad Celsius gespeichert werden. Die Höhe des Drucks ist abhängig von der Größe des Speichers: Je kleiner der Speicher, desto höher der Druck. Deswegen haben PKW eine höhere Druckstufe (700 bar) als zum Beispiel Busse (350 bar).

Da während der Fahrt lediglich Wasserdampf und Wärme abgegeben werden, sind Wasserstofffahrzeuge lokal emissionsfrei und halten die Luft sauber. Somit bietet der alternative Antrieb einen enormen Vorteil gegenüber Pkw mit Verbrennungsmotoren, die Schadstoffe wie CO₂ und gesundheitsschädliche Abgase wie Stickoxide erzeugen.

Ob Autos mit Brennstoffzelle wirklich umweltverträglich sind, hängt jedoch vor allem davon ab, unter welchen Bedingungen der Wasserstoff hergestellt wird und welche Emissionen beim Herstellungsprozess entstehen. Demnach ist der Wasserstoffantrieb nur dann eine klimafreundliche bzw. klimaneutrale Alternative, wenn die gesamte Wertschöpfungskette nachhaltig ist und der Wasserstoff aus regenerativen Energien, wie etwa Wind- und Wasserkraft, Geothermie; Photovoltaik oder biogenen Quellen erzeugt wird. Werden zur Herstellung hingegen fossile Brennstoffe, wie beispielsweise Erdgas, verwendet, macht sich dies auch in der Klimabilanz der Wasserstofffahrzeuge negativ bemerkbar.

Allerdings bieten Autos mit Brennstoffzelle auch ein großes Potenzial für das Upcycling von Wasserstoff: Dieser entsteht bei zahlreichen industriellen Prozessen als Nebenprodukt und wird oftmals nicht weiter genutzt. Durch eine Reinigung kann der Brennstoff jedoch für den alternativen Antrieb brauchbar gemacht werden.

Da Wasserstoff ein leicht entzündbares Element ist, gelten für Hersteller von Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb in Sachen Sicherheit andere Anforderungen als bei Benzin- oder Dieselfahrzeugen. Allerdings haben sich Wasserstofftechnologien bereits in vielen Bereichen bewährt – somit ist auch der fachgerechte Umgang und die korrekte Lagerung des Brennstoffes längst kein Neuland mehr.

Außerdem wird der Wasserstoff in robusten Tanks gespeichert, deren Sicherheit bereits in diversen Crashtests bestätigt wurde. Grundlegende Anforderungen an die Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen sowie an die Sicherheit der Fahrzeuge und Bauteile sind in der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 festgelegt. Somit ist eine unkontrollierte Knallgasreaktion von Wasserstoff und Sauerstoff beim Betrieb von Wasserstoffautos nahezu ausgeschlossen.

Die Verfügbarkeit von Wasserstofftankstellen zeigt deutlich, dass sich die alternative Antriebstechnologie noch im Entwicklungsstadium befindet. Bislang gibt es europaweit lediglich 134 Tankstellen (Stand: August 2020), an denen Wasserstoff getankt werden kann – allein 84 davon befinden sich in Deutschland, meist rund um große Metropolen wie Berlin, München, Köln und Hamburg. In Düsseldorf gibt es zwei Wasserstoff-Tankstellen.

Allerdings haben sich bereits einige Fahrzeughersteller mit Wasserstofferzeugern sowie Tankstellenbetreibern in der Initiative „Clean Energy Partnership“ zusammengeschlossen, um den Ausbau der Infrastruktur in Deutschland voranzutreiben. So soll sich die Zahl der Tankstellen für Wasserstoff hierzulande bis Ende 2021 auf 130 erhöhen.

Derzeit ist die Auswahl an Wasserstoffautos auf dem Markt noch vergleichsweise klein. Mit dem Mercedes GLC F-Cell ist Daimler in Deutschland bislang der einzige Hersteller, der ein Auto mit Wasserstoffantrieb anbietet. Allerdings planen auch Hersteller wie BMW und Audi, künftig Modelle mit Wasserstoff als Treibstoff auf den Markt zu bringen. Insbesondere asiatische Hersteller, wie Toyota, Hyundai und Honda, setzen auf Wasserstoff als Antriebsart der Zukunft und wollen die Entwicklung maßgeblich vorantreiben. Zu den ersten Wasserstoffautos dieser Marken zählen der Toyota Mirai, der Hyundai Nexo und der Honda Clarity. Bei den Stadtwerken Düsseldorf nutzen wir zwei Toyota Mirai mit Brennstoffzelle in unserem Fuhrpark.