Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge als alternative Antriebsmöglichkeit der Zukunft

Antrieb mit der Brennstoffzelle

Die Automobilindustrie ist im Wandel – und dies mit gleich mehreren Antriebskonzepten. Welche Technologie sich letztendlich durchsetzen wird, lässt sich nur schwer sagen. Klar ist, dass der Trend eindeutig in Richtung Elektro- und Hybrid-Autos geht, die aufgrund ihrer besseren Umweltbilanz und den aktuellen Umweltboni eindeutig punkten können. Doch es gibt einen Weiteren – noch bisher relativ unbekannten – Mitstreiter im Bereich des Automobilantriebs: Die Wasserstoff- bzw. Brennstoffzelle.

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Bild: Adobe Stock / bluedesign
Für alle, die noch nie darüber etwas ge- hört haben: Wasserstoff ist ein farb-, und geruchloses Gas. In Verbindung mit Sauerstoff ist es besonders in Form von Wasser bekannt. Wasserstoff steht uns nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Bezogen auf die Energiegewinnung ist es sauber und sicher und durch das reiche Vorkommen ist es stets möglich das Element lokal zu gewinnen.

Was sind Wasserstoffautos?

Auf Deutschlands Straßen werden auch weiterhin die meisten Autos mit herkömmlichem Benzin angetrieben. Laut Kraftfahrtbundesamt waren zu Jahresbeginn die häufigsten Kraftstoffarten Benzin und Diesel. In Zahlen: Von 65,8 Millionen in Deutschland zugelassenen Fahrzeugen Betrug der Anteil der Benziner 65,9 Prozent und der Diesel-Fahrzeuge 31,7 Prozent. Doch diese Antriebsmethode ist nicht nachhaltig und umweltfreundlich, da bei den Verbrennungsprozessen des Treibstoffs umweltschädliche Gase freigesetzt werden. Dies hat auch die Automobil- industrie erkannt und setzt deshalb immer mehr auf alternative Antriebe, die diese Verbrennungsprozesse umgehen und es keine schädlichen Stoffe mehr freisetzen.

Mit den Wasserstoffautos ist es ähnlich. Da keine Verbrennungsprozesse mehr stattfinden, fallen die Emissionswerte extrem niedrig aus. Auch der Energiegewinnungsprozess ist sehr interessant. Hierbei wird nämlich der zum Fahren benötigte Strom über eine Brennstoffzelle selber produziert, sozusagen wie ein eigener Haushalt, der sich eigenständig mit Energie versorgt. Um den Haushalt am Leben zu erhalten muss lediglich der Wasserstofftank regelmäßig nachgefüllt werden, ähnlich wie Benzin tanken oder Strom aufladen.

So funktionieren Wasserstoffautos

Im Fahrzeug selbst ist ein großer Wasserstoff-Tank verbaut, der eine gewisse Menge des Elements speichern kann und bei Bedarf bereitstellt. Die eigentliche Energiegewinnung findet in der Brennstoffzelle statt. Dort läuft die sogenannte umgekehrte Elektrolyse ab. Eine Reaktion, bei der Wasserstoff aus den Tanks mit Sauerstoff der Umgebungsluft reagiert. Als Endprodukte dieses chemischen Vorgangs entstehen Energie, Wärme und Wasser, das in Form von Wasserdampf wieder durch den Auspuff abgegeben wird. Die gewonnene Energie wird durch einen verbauten Stromfluss an eine Batterie oder direkt an den Elektromotor weitergeleitet. In der Batterie kann diese dann gespeichert und nach Bedarf dem Triebwerk bereitgestellt werden. Im Elektromotor findet letztendlich die finale Umwandlung statt, um die Räder des Fahrzeugs anzutreiben.

Der Gewinnungsprozess von Wasserstoff
Das Element lässt sich auf unterschiedliche Arten gewinnen – Beispielsweis durch die Elektrolyse aus Wasser. Dafür benötigt man Gleichstrom und Elektrolyt. Dabei wird Wasser in seine Einzelelemente zerlegt, also Wasserstoff und Sauerstoff. Allerdings werden nur zwei Prozent des weltweiten Wasserstoff- Bedarfs auf diese Weise hergestellt. Die am häufigsten verwendete Gewinnungsmethode ist aus Kohlenwasserstoffen wie zum Bei- spiel Erdgas, Erdöl und Kohle. Bei chemischen Prozessen, beispielsweise der Synthese von Erdgas oder der Rohölverarbeitung entstehen rund 40 Prozent Wasserstoff als Nebenprodukt. 

Der wirtschaftlichste Weg, um den Stoff aus diesen fossilen Rohstoffen zu gewinnen ist die Dampfreformierung. Bei diesem Vorgang wird Erdgas unter Druck gesetzt, erhitzt und mit Wasserdampf vermischt. Als Endprodukt wird Wasserstoff freigesetzt.

Pluspunkte der Technologie
Wenn sich die neue Antriebstechno- logie durchsetzen soll muss sie einer- seits natürlich benutzerfreundlich sein aber andererseits auch in den Aspekten Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit punkten. Bei grober Betrachtung haben Elektro und Wasserstoffautos einige Ähnlichkeiten: Das fast nicht vorhandene Motorgeräusch, der impulsive Antrieb und natürlich die positive Umweltbilanz. Doch bei genauerer Betrachtung gibt es einige Vorteile zu einem Elektroauto. So hat eine Wasserstoffauto eine viel kürzere Ladezeit. Wo man bisher noch von einer halben Stunde bis zu mehreren Stunden für eine vollständige Batterieladung warten musste, füllen sich die Wasserstofftanks innerhalb von weniger als fünf Minuten vollständig auf. Außerdem ist es aktuell noch der Fall, dass wasserstoffbetriebene Autos eine höhere Reichweite bieten als rein elektrisch fahrende. Denn ein vollgefüllter Wasserstofftank reicht für etwa 500 km, was batteriebetriebene Autos nur mit sehr großen Batterien erreichen können. Bei der Reichweite ist auch zu beachten, dass die Außentemperatur keinen Einfluss auf den Wasserstofftank hat. Bei Batterien schwankt die Leistungsfähigkeit vor allem bei sehr kalten Temperaturen.

Nachteile der Technologie
Ein großes Manko ist das niedrige Angebot des Tanknetzes der speziellen Zapfsäulen. Bisher gibt es nur etwa 80 Stück davon in ganz Deutschland und diese sind hauptsächlich auf größere Städte verteilt. Das erschwert Fahrern die Flexibilität, auch wenn die Zahl der Wasserstoff-Zapfsäulen bis zum Jahr 2022 auf 130 ausgebaut werden soll.

Ein weiterer und nicht ganz unwesentlicher Aspekt ist der hohe Anschaffungspreis. Für den Kauf eines Modells mit dieser Technologie sollte man mindestens 60.000 Euro einplanen, wobei die geringe Anzahl an bisher erhältlichen Wasserstoff-Modellen auch ein wichtiger Punkt ist. Da die gesamte Konstruktion mit Wassersstofftank, Brennstoffzelle, Batterie und Elektromotor sehr viel Platz einnimmt, ist solch ein Antrieb für Kleinwagen und Kompaktmodelle zudem aktuell ungeeignet.

Was planen die Autohersteller hierzulande?
Momentan gibt es mit Hyundai und Toyota nur zwei Anbieter mit Wasserstofftechnologie hierzulande. Letztgenannter Hersteller bietet am November sogar ein vollständig neu entwickeltes Modell seiner Brennstoffzellenlimousine „Mirai“ an, dass eine rund 30 Prozent höhere Reichweite haben soll.

Von den deutschen Autoherstellern hatte bisher nur die Marke Mercedes ein eigenes serienproduziertes Kraftfahrzeug – den GLC F-Cell, dessen Produktion jedoch im April dieses Jahres wieder eingestellt wurde. Andere große deutsche Hersteller, wie Audi, VW wollen nachziehen und planen ebenfalls langfristig mit von Brennstoffzellen betriebenen Autos in den Markt einzusteigen. BMW ist da offenbar schon einen Schritt weiter und plant sogar schon 2022 den „I-Hydrogen Next“ in Kleinserie in den Handel zu bringen.

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