Wasserstoff in der Automobilindustrie

Brennstoffzelle Wasserstoffauto

Bereits seit einiger Zeit ist absehbar, dass wir uns langfristig wohl vom klassischen Verbrennungsmotor verabschieden müssen. Es ist nicht nachhaltig, fossile Brennstoffe zu nutzen, die einerseits ohnehin nur begrenzt verfügbar und andererseits massiv klimaschädigend sind. Mehr als 80 % der berichteten Treibhausgasemissionen in Deutschland entstehen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, bei den meisten handelt es sich um Kohlenstoffdioxid (CO₂).

Um CO₂-Emissionen und somit Umweltauswirkungen zu reduzieren, ist ein Umdenken notwendig. Die EU hat deshalb 2023 ein Gesetz zum „Verbrenner-Aus“ beschlossen. Genauer gesagt, werden Autohersteller dazu verpflichtet, den gesamten CO₂-Ausstoß aller von ihnen innerhalb eines Jahres verkauften Pkw, zu senken. Das Ziel besteht darin, dass bis 2035 der CO₂-Ausstoß neu zugelassener Pkw bei null liegen soll. Ab 2035 sollen nur noch emissionsfreie Autos erstmalig zugelassen werden. Die Automobilindustrie befindet sich somit in einem tiefgreifenden Wandel hin zu nachhaltigeren Antriebslösungen. Neue Verbrennermotoren wird es dennoch geben, sie müssen jedoch künftig mit E-Fuels betrieben werden. Elektroautos und Brennstoffzellen-Fahrzeuge rücken in den Fokus. Letztere werden häufig auch als Wasserstoff-Autos bezeichnet.

In diesem Blogbeitrag werfen wir einen Blick darauf, wie Wasserstoff-Autos funktionieren, welche Vorteile sie bieten und ob sie das Zeug dazu haben, die neue Nummer 1 auf den Straßen zu werden.

Wie funktionieren Wasserstoffautos?

Wasserstoffautos sind eine bestimmte Form der Elektroautos. Sie erzeugen Strom mithilfe einer Brennstoffzelle und eines Wasserstofftanks, indem sie die Elektrolyse umkehren: Der meist gasförmige Brennstoff Wasserstoff reagiert mit dem Oxidationsmittel Sauerstoff und die dabei entstehende Reaktionsenergie wird in Wärme, aber auch in elektrische Energie umgewandelt, die das Auto antreiben kann. Zudem verfügen Wasserstoffautos über eine kleine Batterie, die als Zwischenspeicher fungiert. Sie speichert außerdem Bremsenergie, die beim Beschleunigen wieder abgegeben wird.

Woher kommt der Wasserstoff?

Wasserstoff ist in der Natur nur in gebundener Form zu finden. Um ihn nutzbar zu machen, muss er deshalb zunächst gelöst werden. Es gibt mehrere Verfahren, mit denen Wasserstoff gewonnen werden kann. Wie umweltfreundlich Wasserstoffautos sind, hängt maßgeblich vom verwendeten Verfahren ab, denn im Betrieb sind Fahrzeuge mit Brennstoffzelle emissionsfrei, die Herstellung von Wasserstoff kann jedoch potenziell viel CO₂ freisetzen. Ein großer Teil des industriell produzierten Wasserstoffs wird bislang durch die Umwandlung von Erdgas gewonnen. Dieser Prozess ist sehr energieintensiv und hat die höchsten CO₂-Emissionen im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren.

Etwas klimafreundlicher wird es, wenn das Kohlenstoffdioxid abgefangen und unterirdisch gespeichert wird. Damit Wasserstoffautos eine echte umweltfreundliche Alternative zu klassischen Verbrennern darstellen können, sollte der Wasserstoff jedoch mittels Elektrolyse gewonnen werden. Dabei wird Wasser mithilfe von Strom in Wasser- und Sauerstoff aufgespalten. Der verwendete Strom muss bei der Klimabilanz dieses Herstellungsverfahrens ebenfalls beachtet werden und sollte deshalb aus regenerativen Energien, beispielsweise aus Wind oder Solarkraft erzeugt werden.

Vor- und Nachteile von Wasserstoffautos

Um langfristig CO₂-Emissionen erheblich reduzieren zu können, ist die Umstellung auf erneuerbare Energien ein wichtiger Schritt. Es erscheint jedoch zunächst wenig sinnvoll, die auf diese Weise erzeugte Energie nicht direkt für den Betrieb von Elektroautos zu verwenden, sondern unter hohem Verbrauch in Wasserstoff umzuwandeln. Der Wirkungsgrad von Wasserstoffautos ist laut Bundesumweltministerium mit 27 % vergleichsweise gering und liegt nur wenig über dem von Verbrennern.

Elektroautos haben hingegen einen Wirkungsgrad von rund 64 %. Es gibt dennoch einige Vorteile, die Wasserstoffautos gegenüber Elektroautos haben. Ein besonders großer Vorteil besteht darin, dass die meisten Wasserstoffautos in wenigen Minuten betankt werden können. Elektroautos müssen je nach Ladestation und Batteriegröße zwischen einer und 16 Stunden laden, um voll aufgeladen zu sein. Außerdem ist die Reichweite von Wasserstoffautos mit der von klassischen Verbrennern vergleichbar, mit Elektroautos müssen auf längeren Fahrten in der Regel Zwischenstopps zum Aufladen eingeplant werden. Wer regelmäßig weite Strecken fährt, wird mit einem Wasserstoffauto also zumindest bislang vermutlich glücklicher als mit einem Elektrofahrzeug. Problematisch ist allerdings, dass bisher nur wenige Tankstellen für die Betankung mit Wasserstoff ausgestattet sind. Gerade einmal knapp 1000 Tankstellen bieten diesen Service weltweit an, immerhin rund 100 davon sind in Deutschland. Der Wasserstoff wird an diesen Tankstellen entweder in flüssiger Form oder komprimiert gasförmig in Tanks bereitgehalten. Damit der Wasserstoff besser zu den Tankgestellen geliefert werden kann, werden im Vorfeld Wasserstoffkompressoren eingesetzt. Sie können Wasserstoff verdichten und so besser transportabel machen. Das Tanken erfolgt wie gewohnt mittels Zapfpistole.

Auch preislich unterscheiden sich das Betanken mit Benzin, Diesel oder Wasserstoff kaum voneinander. In der Anschaffung sind Wasserstoffautos jedoch vergleichsweise teuer. Die Produktion der Brennstoffzellen ist kostspielig und benötigt teure Rohstoffe wie Platin und auch die dickwandigen und speziell beschichteten Tanks sind nicht gerade günstig. Derzeit kostet ein Wasserstoffauto in Deutschland zwischen 60.000 und 80.000 Euro und ist damit deutlich teurer als Elektroautos, die durchschnittlich rund 50.000 Euro kosten. Günstige Modelle sind bereits ab 20.000 Euro erhältlich.

Die Verbreitung von Wasserstoffautos

Wasserstoffautos sind seit einigen Jahren auf dem Markt, obwohl sie noch lange nicht so verbreitet sind wie batterieelektrische Fahrzeuge. Insgesamt wurden im Jahr 2022 in Deutschland lediglich 894 Fahrzeuge mit Brennstoffzelle zugelassen. Auf dem deutschen Markt sind serienmäßig bisher aber auch nur der Toyota Mirai und der Hyundai Nexo erhältlich. Andere Autohersteller experimentieren derzeit mit Wasserstoff und entwickeln entsprechende Modelle. Möglicherweise können Wasserstoffautos zukünftig günstiger werden, insbesondere, wenn die Nachfrage steigen sollte und sie in größerer Stückzahl produziert würden. Dass es bisher so wenig Tankstellen in Deutschland gibt, an denen Wasserstoff getankt werden kann, dürfte allerdings dazu beitragen, dass Wasserstoffautos derzeit ein Nischendasein fristen. Solange die Nachfrage nicht steigt, dürften die meisten Tankstellen auch nicht auf Wasserstoff nachrüsten – ein Teufelskreis. Trotz dieser Herausforderungen gibt es ein beträchtliches Potenzial für Wasserstoff in der Automobilindustrie, vor allem in Bereichen wie Langstreckentransport und für Nutzfahrzeuge. Allgemein wird aber vermutlich das Elektroauto vorgezogen werden. Wer keine langen Strecken fahren muss, findet damit in der Regel die klimafreundlichere, günstigere und insgesamt alltagstauglichere Variante.

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